自動控制元件及線路第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月緒論0.1

控制元件的作用和分類第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月從自動控制的發(fā)展歷史看，最初是控制機械轉(zhuǎn)速。瓦特蒸汽機的轉(zhuǎn)速控制被公認(rèn)為是最早的自動控制裝置?，F(xiàn)代發(fā)電廠對交流電壓頻率的控制，實質(zhì)上就是對發(fā)電機轉(zhuǎn)速的控制。在現(xiàn)代機械制造業(yè)中和武器裝備中，對機械位移的控制更多。很多高級裝置的控制，實質(zhì)上是對位移的控制。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制技術(shù)應(yīng)用廣泛。從被控制的變量看，有機械轉(zhuǎn)速，機械位移，溫度，壓力，流量，液位，重量。從控制裝置所在環(huán)境看，空中的飛行器，地面上的自動化裝置，大海中的現(xiàn)代化艦船，深海中的潛艇。有現(xiàn)代化設(shè)備的地方，就有自動控制技術(shù)。第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制技術(shù)：自動控制原理自動控制元件及線路常用的元件及線路機械伺服系統(tǒng)

第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng)第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月控制系統(tǒng)：采用控制技術(shù)的裝置，過程?？刂葡到y(tǒng)：控制對象與控制元件形形色色的系統(tǒng)，五花八門的元件按功能分類：執(zhí)行元件，放大元件，測量元件，補償元件第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月四大元件1．執(zhí)行元件，功能是驅(qū)動控制對象，控制或改變被控量（輸出量）。（電機）2．測量元件，功能是將被測量檢測出來并轉(zhuǎn)換成另一種容易處理和使用的量（例如電壓）。（電位器）測量元件一般稱為傳感器，過程控制中又稱為變送器。第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3．放大元件功能是將微弱信號放大。分為前置放大元件和功率放大元件兩種。功率放大元件的輸出信號具有較大的功率，可以直接驅(qū)動執(zhí)行元件。4．補償元件（校正元件）為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定并使系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的精度指標(biāo)和其他性能指標(biāo)，控制系統(tǒng)的設(shè)計者增加的元件。作用是改善系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)能正常可靠地工作并達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)。第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月執(zhí)行元件：電動機測量元件：電位器輸出量：轉(zhuǎn)角第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

控制系統(tǒng)功能框圖第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2

本課的主要內(nèi)容執(zhí)行元件，測量元件，功率放大元件及有關(guān)線路。控制電機：專為控制系統(tǒng)制造的電機。可作執(zhí)行元件和測量元件。執(zhí)行元件：電動機，液壓元件。測量元件：控制電機，編碼器，阻容感傳感器，熱電式傳感器。功率放大元件：線性功率放大器，脈沖寬度調(diào)制型放大器。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月本課特點涉及的知識廣：電機，傳感器，功率電子技術(shù)。實踐性強：1.講述內(nèi)容是實際元件。要接觸實際元件，并做實驗。

2.在實際中直接應(yīng)用的可能性很大。第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3

電磁學(xué)的基本概念與定律0.3.1磁場表示磁場強弱的物理量是磁通，Φ。單位面積的磁通是磁密，B。對某一截面S，設(shè)θ是dS法線與磁密B的夾角穿過截面S的磁通Φ為第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月可以認(rèn)為磁密B與磁場強度向量H

有關(guān)。磁場強度向量H

與B

的關(guān)系是:

B=μH第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月從物理角度，磁場是由？產(chǎn)生的？磁場是由電流產(chǎn)生的。磁場與電流的關(guān)系由？定律描述？安培環(huán)路定律（全電流定律）。描述H

與I的關(guān)系。第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月

H

與I的關(guān)系是:第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.2磁路定律描述磁通與磁勢之間的關(guān)系。公式中一些物理量是近似值，近似關(guān)系。主要是定性關(guān)系。第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.2磁路定律鐵心的磁路。第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月主磁路與主磁通，漏磁路與漏磁通。第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.3電磁感應(yīng)定律前面講磁場是由電流產(chǎn)生的。電磁感應(yīng)定律說明，變化的磁場，可以產(chǎn)生電勢，以及電流。

第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.3電磁感應(yīng)定律

線圈的總磁鏈

感應(yīng)電勢

第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月引起磁鏈變化的原因：(1)磁通由交流電流產(chǎn)生，空間中任一點的磁通隨時間變化；

(2)空間中各點的磁通不變化，但線圈位置變化，磁鏈相應(yīng)變化。因此磁鏈可以看成是時間和位移的函數(shù)，即Ψ=Ψ(t,x)，所以有第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器電勢旋轉(zhuǎn)（速度）電勢第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生電勢電感不變的線圈第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.4

電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩電機、電磁鐵中力的產(chǎn)生有兩種說法：1.磁場中的載流導(dǎo)線受力。2.磁場內(nèi)產(chǎn)生的力。1）磁極間的相互作用力：同性相斥，異性相吸。2）磁場內(nèi)的磁性物體受力：磁力（力矩）使磁路磁阻最小。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.4

電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩電機、電磁鐵中力的產(chǎn)生最準(zhǔn)確的解釋：電磁力（力矩）是由磁場產(chǎn)生的。第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.4

電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩1）磁場中的載流導(dǎo)體所受的電磁力和力矩為

2）鐵心表面的磁力(向外)

3）磁極間的力同性相斥，異性相吸，與距離平方成反比。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.5

圓柱面磁場間的力矩第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.5

圓柱面磁場間的力矩第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.5

圓柱面磁場間的力矩第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.5

圓柱面磁場間的力矩第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3.5

圓柱面磁場間的力矩第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月展開成傅里葉級數(shù)，基波為：

2極磁場

4極磁場

2p極磁場第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0.4

運動控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件對執(zhí)行元件的基本要求：足夠大的功率，力或力矩；快速響應(yīng)。常用的執(zhí)行元件是電動機、液壓元件。力或力矩最大的是液壓元件。使用最方便、應(yīng)用最廣泛的是電動機，一臺電機可作電動機用，也可作發(fā)電機用，這被稱為電機的可逆原理。分類：直流，交流；大型，中小型，微型；驅(qū)動用，控制用。第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月值得注意的是，電機和電力電子技術(shù)及控制技術(shù)有機地結(jié)合起來，使傳統(tǒng)電機產(chǎn)品得以改造和更新，形成新一代高新技術(shù)產(chǎn)品，因此獲得高性能、高質(zhì)量、高可靠性和高附加值。第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.發(fā)現(xiàn)、理論與早期應(yīng)用（1820-1880）

1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對磁針有力的作用，安培確定通有電流的線圈的作用與磁鐵相似，揭示了磁現(xiàn)象的本質(zhì)。1826年歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。這些重大發(fā)現(xiàn)，奠定了電力技術(shù)的理論基礎(chǔ)。0.5

電力技術(shù)發(fā)展回顧第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.發(fā)現(xiàn)、理論與早期應(yīng)用（1820-1880）第一臺商用電動機誕生于1880年左右。從電磁學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，到電磁學(xué)理論，到電動機的實際應(yīng)用，大約經(jīng)歷了半個世紀(jì)。用10個學(xué)時，探討，理論到實際電機的發(fā)展過程。0.5

電力技術(shù)發(fā)展回顧第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.交流電的應(yīng)用首先應(yīng)用的電力是直流電和直流電動機。1885年意大利物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)并建立了旋轉(zhuǎn)磁場原理，1888年俄國工程師發(fā)明了三相發(fā)電機、三相變壓器和三相異步電動機。由于三相交流電十分適合遠(yuǎn)距離輸電，且三相交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，很快，三相交流電動機迅速發(fā)展，不但取代了絕大部分直流電機，而且被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。一段故事。*第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月愛迪生，1847-1931，工業(yè)革命的年代。直流電機發(fā)明并被廣泛應(yīng)用年代。愛迪生所在公司生產(chǎn)直流電動機。當(dāng)三相電被發(fā)明時，愛迪生進行了研究。交流電對生物的生命危險大。交流電不可能廣泛應(yīng)用。錯失良機。第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3.微型電動機的應(yīng)用近30年以來，由于自動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種微型電機得到極其廣泛的應(yīng)用。包括汽車，計算機，音響和影像設(shè)備，家用電器等眾多產(chǎn)品都大量用電機。直流電動機，單相異步電動機，直流無刷電動機等各種各樣的電機，在數(shù)量上，得到極大發(fā)展。第42頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.控制用電動機1930-1980年，在精密的機械伺服系統(tǒng)中，直流電動機占據(jù)了壟斷地位。1980年以后，在電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，以變頻技術(shù)為代表的交流調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用，在速