工业控制技术复习材料

第1-1讲：工业控制技术概述1. 开环系统:若系统中的信号只从控制装置向被控对象传递，而无方向传递，即信号传递路径不构成回路，这类控制称为开环控制系统。

2. 闭环系统;在控制系统中，通过测量装置检测输出量，并与输入信号进行比较，进而使控制装置按照二者的差值来调节输出量，这类控制称为开环控制系统。

第1-2讲：机电传动系统的动力学基础1. 方向判断：TM转矩与n同向为正，反向为负。

TL转矩与n同向为负，反向为正。

（Td=TM-TL）2. 折算:转动惯量J=mρ2=m D2 /4 = GD2/(4g) ω=2πn/60 TL=9549P/n1)转矩折算：等功率法 PL: 负载轴功率2)PM: 折算到电机轴上的等效功率3. 负载特性:1）恒转矩型反抗性：传送带、搅拌机、挤压成形机等摩探负载，方向：恒与运动方向相反（阻碍作用）位能性：车或升降机等重力负载．方向：与运动方向无关2）离心式通风机型：按离心力原理工作的，离心式鼓风机，水泵等3) 直线型：TL随n的增加成正比地增大，如励直流发电机4) 恒功率型：TL与n成反比，如车床4.系统稳定运行的条件：1. 电动机的机械特性曲线n=f(Tm)和生产机械的特性曲线n=f(T)有交点（即拖动系统的平衡点）；2. 当转速大于平衡点所对应的转速时，Tm<T，即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有Tm-T<0；而当转速小于平衡点所对应的转速时，Tm>T，即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有Tm-T>0五. 动力基本方程：Td=TM-TL= GD2dn/375 dt第2-1讲：传感器（测速传感器）; 增量式光学旋转编码器（方向，转速计算）1. M法测速（适合于高转速场合）编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速为: n = 60m1/（NT）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速为： n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min 2. T法测速（适合于低转速场合）编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为： n = 60fc / （Nm2 ）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz则转速为n = 60fc /（Nm2）=60×106/（1024×3000）=19.53 r/min第2-2讲：直流电动机的工作原理及特性；1. 基本结构: 定子：产生主磁场和支撑电机；转子：产生机械转矩以实现能量转换；2. 工作原理: 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势为E1，如负载转矩Tl不变，外加电压和电枢电阻均不变，问：当减弱励磁使转速上升到新的稳态值时，电枢反电势如何变化？T不变，Φ减小，I增大，U不变，E减小电枢电压平衡方程：U=IaRa+E 电磁转矩方程：T=KeΦIa 电势方程：E=KeΦn机械特性（转速与转矩的关系）:n=U/Kt Φ—(Ra/KeKt Φ2)T Ra=(0.5~0.75)(1—Pn/UnIn) Un/In例:已知某他励直流电动机的铭牌数据（见P40, 3.8）(1) 估算电枢电阻Ra(2) 求KeΦN(3) 求理想空载转速n04) 求额定转矩TN得到两点:（0, n0）和（TN，nN）3.启动：1) 降压启动: 电压由小到大，随转速的升高而逐步加大，直到满足要求。

2) 串接电阻启动（单、多级）调速：速度变化：由于电动机负载转矩发生变化而引起的电动机转速发生变化（其特性曲线不发生变化）。

4. 速度调节：在某一负载条件下负载转矩保持不变，靠人为改变机械特性而得到的。

1) 改变外串电阻特点：(a) 机械特性软，电阻愈大，特性愈软，稳定度愈低；(b) 轻载时调速范围不大；调速电阻消耗大量能量；一般适用于调速性能要求不高的中小容量电机。

2) 改变供电电压特点：(a) 无级调速；(b) 机械特性硬度不变,稳定度高，调速范围较大；(c) 恒转矩调速；(d) 设备简单。

3) 改变主磁通特点：（a）无级调速(高于额定转速)；(b) 调速特性软，调速范围不大(最高为额定转速为1.2倍)；(c) 恒功率调速；(d)转矩随磁通的减小而减小。

5. 制动1) 反馈制动（左图）：电动机转速大于理想空载转速（电车下坡）2) 反接制动a. 电源反接制动（U反向）（中图）b. 倒拉反接制动（E反向）（右图）电枢电路中串入附加电阻，使特性曲线由1过渡到2，最后停止在b点。

3) 能耗制动产生：电枢电压突然降为零，并串接一个Rad。

U=0，增加Rad，特性曲线过原点。

特点：特性曲线过原点，可应用迅速而准确停车的场合。

a.反抗矩负载制动优点：不会出现反向起动的危险b.位能负载制动状态优点：运行速度稳定不会出现倒拉制动那样因计算不准而引起不降反而上升的事故第2-3讲：步进电动机的工作原理及特性；1. 重要参数：步距角m －定子相数 Z －转子齿数 C = 1 单、双相轮流通电方式 C = 2 单、双相轮流通电方式2. 转速计算（公式）m －定子相数 Z －转子齿数，C = 1 单、双相轮流通电方式，C = 2 单、双相轮流通电方式3. 基本结构4. 工作原理（1）磁阻式步进电机：定子转子均无磁（磁阻）；定子有绕组而转子无绕组；转子结构简单、直径小有利于高速响应；步距角可做得比较小。

但无锁定转矩、制造成本高、效率低、转子阻尼差、噪声大。

（2）永磁式步进电机：转子采用永磁体、定子采用软磁钢，通过磁场（相互吸引和相互排斥）实现转动。

有锁定转矩、效率高、造价便宜。

但是，一般步距角大、转子惯量大。

（3）混合式：兼二者之优点5. 基本概念：1)矩角特性，2)启动频率：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，脉冲信号频率对电机运行的影响：如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。

在有负载的情况下，启动频率应更低。

如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）3)通电方式：单、双、混4)驱动电路：a.单电压限流型驱动电路特点：R上有功率消耗。

为了提高快速性，需加大R的阻值，随着阻值的加大，电源电压也势必提高，功率消耗也进一步加大，正因为这样，单电压限流型驱动电路的使用受到了限制。

b.高低压切换型驱动电路优点：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。

缺点：大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。

c.斩波恒流驱动电路高低压驱动，使波形变形，斩波方法，可使电流恒定在额定值附近。

Arduino编程1. I/O:pinMode(pin,INPUT/OUTPUT);各种引脚 PWM: 0~13 digital:22~52双数 analog: A0~A15数字I/O： digitalRead(pin, HIGH/LOW) digitalWrite(pin)模拟I/O： analogRead(pin, HIGH/LOW) analogWrite(pin)2、延时：delay（ms） delayMicroseconds(us)3、中断：打开中断 interrupts()关闭中断 noInterrupts();attachInterrupt (中断通道, 中断函数, 触发方式);中断通道: int.0：2 int.1：3 int.2：21 int.3：20 int.4：19 int.5：18中断模式： LOW :低电平 CHANGE:电平变化 RISING上升沿 FALLING ：下降沿 4、LCD1602库（#include <LiquidCrystal.h>）第1脚：GND第2脚：VCC第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”接GND第4脚：RS第5脚：RW第6脚：EN第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。

15脚背光正极，16脚背光负极。

4.1引脚接线 LiquidCrystal（RS,EN,D4,D5,D6,D7） (四线接法) RW接地4.2设置显示尺寸 begin(列数，行数);4.3 清屏 clear();4.4 设置光标位置 setCursor(列数，行数)；4.5打开液晶 display(); 关闭液晶 noDisplay();4.6 显示字符 print(data); 或 print(data,BASE);BASE为：二进制BIN，八进制OTC,十进制DEC，十六进制HEX 5、定时器库（#include <FlexiTimer2.h>）5.1设置中断时间及处理函数FlexiTimer2::set(500,flas);500为时间（ms），flas为处理函数名打开定时器中断：FlexiTimer2::start();6、按键void keyscan() // 扫描按键{for(int i=22;i<26;i++){digitalWrite(i,LOW);for(int.j=26;j<30;j++)keyvalue[i-22][j-26]=digitalRead(j);digitalWrite(i,HIGH);}}void keyprocess() // 键值处理 {for(int m=0;m<4;m++){for(int l=0;l<4;l++){if(keyvalue[m][l]==0)key=m*4+l+1;}}}主函数内调用烧苗按键键值处理7、步进PWM调速InitTimersSafe(); //初始化；pwmWrite(CP, 127); //设置占空比SetPinFrequencySafe(CP,100); //设置脉冲频率。