自动控制元件01

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。


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
课程的主要内容


第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
直流伺服电动机 直流测速发电机 步进电动机 旋转变压器 自整角机 交流伺服电动机 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。

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
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Leabharlann 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。
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。
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:lixinggen@
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关键 地位，因此，强调可靠性是不容置疑的。

封闭的磁系统 电磁转矩 磁场能量
因 有




5.圆柱面磁场间的力矩


教材

《自动控制元件》 ，叶瑰昀主编，哈尔滨 工程大学出版社
参考书

1.《控制电机》陈隆昌、阎治安、刘新正编 著 第三版 西安电子科技大学出版社，2000 2.《执行电动机》王季秩、曲家骐编著 机械工业出版社，1992
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

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 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。