自动控制元件01

1、自动控制元件,浙江大学电气工程学院 李兴根副教授 主讲 Email:,绪论,一、自动控制元件的定义 自动控制元件是组成自动控制系统的基本单元。,自动控制元件的分类,按作用分类：功率元件和信号元件 功率元件：进行电机能量转换的元件，如力矩电机、伺服电机、步进电机等。 信号元件：进行机电能量转换的元件。如测速发电机、自整角机、旋转变压器等。,自动控制元件的分类,按功能分类：测量元件、变换元件、放大元件、执行元件和校正元件 1测量元件：把被测量(例如转角或转角差)转换为另一种易于显示、传输或记录的物理量(例如电量)。如传感器、自整角机、旋转变压器等。 2变换元件：它的作用是根据执行元件的需要，将误差

2、信号由交流变为直流或直流变为交流。常用相敏检波器和极性调制器等作变换元件。 3放大元件：它是用来将微弱的误差信号加以放大，其中包括电压放大和功率放大。常用晶体管放大器、可控硅放大器、磁放大器、电机放大机等作放大元件。 4执行元件：它是用来把放大后的电信号转变为机械位移，以带动被控制对象运动。常用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作执行元件。 5校正元件：它用来改善系统的品质。常用测速发电机、测速电桥以及校正网络等作校正元件。,自动控制元件的分类,按电流分类：直流元件、交流元件和脉 冲元件,二、控制元件在自动控制系统中的作用,火炮随动系统,数控机床,数控机床,自动控制系统对控制元件的主要要求,自动

3、控制元件作为自动控制系统中的一类重要元件，其性能好坏将直接影响到整个控制系统的工作性能。现代自动控制系统对自动控制元件除了要求其体积小、重量轻、耗电少外，还要求它具有：高可靠性、高精度和快速响应。,自动控制系统对控制元件的主要要求,1、高可靠性 控制元件的工作可靠性对保证自动控制系统的正常工作极为重要。在宇宙航行系统、军事装备等系统中，对所用控制元件的可靠性总是提出第一位的要求。据概率计算，如果单个元件的可靠性是99.5，则40个元件所组成的系统的可靠性仅为81.8，100个元件组成的系统，其可靠性仅为60 .5。譬如一套自动控制系统有时要用到数十台甚至数百台的控制电机，它们在系统中又往往处于

4、关键地位，因此，强调可靠性是不容置疑的。,自动控制系统对控制元件的主要要求,2、高精度 所谓精度就是指实际特性与理想持性的差异，差异越小，则元件的精度越高。与可靠性问题相似，元件的精度在相当程度上决定了整个系统的精度。因此提高精度是对元件提出的另一个重要的要求。,自动控制系统对控制元件的主要要求,3、快速响应 在自动控制系统中由于信号是经常变化的，有时变化甚至是极其迅速的，所以就要求元件特别是功率元件(如执行电动机)应能作出快速的响应。实践表明：执行电动机快速性能的好与坏，严重地影响着整个系统的快速性。因此快速性是对元件提出的又一个基本要求。,课程的主要内容,第一章 直流伺服电动机 第二章 直

5、流测速发电机 第三章 步进电动机 第四章 旋转变压器 第五章 自整角机 第六章 交流伺服电动机 第七章 无刷直流电动机,预修课程,电工学或电路原理 电机学或电机拖动,预备知识,一、基本物理量 1、磁感应强度B 磁感应强度是表征磁场强度强弱及方向的一个物理量，或称磁通密度（磁密），其国际单位是T。 磁场是由电流或永磁体产生的。磁力线的方向与电流方向满足右手螺旋定则。磁力线上任意点的切线方向就是该点磁感应强度B的方向。,2、磁通量 通过某一截面S的磁力线的总数称为磁通量 ，简称磁通。磁通的单位为Wb。,3.磁场强度H 磁场强度是用来表示磁场中各点磁力大小和方向的一个物理量，与磁感应强度不同，它的大

6、小与磁场中磁介质的性质无关，仅与产生磁场的电流大小和载流导体的形状有关。 磁场强度H的单位是A/m。,4、磁导率 磁导率是用于衡量物质导磁能力的物理量。物质按导磁性能的不同分为铁磁物质（铁、钴、镍及其合金）和非铁磁物质（铁磁物质以外的其它物质，如铜、铝、橡胶等各种绝缘材料及空气等）两类。非铁磁物质的磁导率与真空的磁导率相差很小，工程上通常认为二者相同。 铁磁物质的磁导率要比真空的大很多倍（ 几百甚至几万倍不等），因此工程上用铁磁物质做成各种形状的磁路，以便使磁通能集中在选定的空间，以增强磁场。,磁场强度与磁感应强度、磁导率之间的关系为,磁性材料的主要特性,高导磁性 磁饱和性 磁滞特性,永磁材料

7、的特性,永磁材料的特性,磁路及其基本定律,磁路及其基本定律,1.基尔霍夫第一定律，即磁通连续性定律,磁路及其基本定律,2.基尔霍夫第二定律，即磁场的安培环路定理 磁压降,磁路及其基本定律,磁路及其基本定律,3.电磁感应定律,电磁感应定律,线圈中的磁通变化可能有两种不同的方式：1)磁通本身就是由交流电流产生的，也就是说空间中任一点的磁通本身随时间变化；2)空间中各点的磁通本身虽不变化，但 线圈处于不同位置时，通过它的磁通可能不同，由于线圈和磁场间有相对运动，线圈中的磁通在变化。一般说来，磁链可以看成是电流和位移的函数，即,电磁感应定律,变压器为一特殊例子，它的线圈静止不动，速度电势为零，线圈中的感应电势仅有变压器电势。 直流电机为另一特例，在直流电机中间任一点的磁通对时间为恒定不变，变压器电势为零，线圈中的电势仅有速度电势。,电感与磁链的关系,若一个线圈本身的电流所产生的磁链为 ，则定义该线圈由磁链 所引起的电感L为 若线圈是空心线圈，周围没有铁磁材料，则L是常数，与电流无关，这时称这个线圈的电感是线性电感。这时感应电势为 电感,若线圈周围有铁磁材料，则L就不是常数，它的大小随电流而变化，称为非线性电感。,电磁力与电磁转矩,电磁转矩 对于一个封闭的磁系统，可以根据虚位移原理求电磁转矩。,式中，Wm为磁场能量，或称磁储能,封闭的磁系统 电磁转矩