自动控制元件全套课件
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图1.1.1所示的直流拍合式电磁铁中，假设电压U、电流i、电势e和 磁通Φ为相关方向。衔铁位移以静铁心端面为坐标原点，向上为正。 为讨论方便做如下假设： （1)认为铁心不饱和（铁心导磁系数μFe为常数) （2)忽略漏磁影响；
（3)当工作气隙δ1变化时，铁心饱和程度不变；
2014.9.13
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绪论
0.2 自动控制元件的分类
传感器可分为电量传感器如热电偶、磁电传感器、光电池和压电传 感器等，它们是有源元件。另一类是电参数传感器，是无源元件，如热 敏电阻、电容传感器、感应同步器等。
传感器还可分为简单结构型和差动结构型。差动结构型由于在同一 传感器中采用两个完全相同的简单结构型组合成差动输出，因而具有灵
dΨ dt + iR
(1.1.1)
e——
Ψ——线圈的磁链，Ψ=NΦ
N——线圈匝数。
对直流电磁铁，当电流达到稳定后, dΨ dt =0,自感电势为零，I= U R
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
将式（1.1.1)两边乘以idt，并积分得
∫ ∫ ∫ t1 0
Uidt
按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。
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图1.0.2 电磁铁的分类
（a）拍合式；（b）吸入式；（c）旋转式 1-动铁心；2-线圈；3-静铁心；4-导磁外壳；5-旋转衔铁
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
电磁铁是靠电磁吸力（或力矩)做功的。电磁铁作为能量转换装 置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的 吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。 1.1.1 电磁铁中的能量转换
绪论
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绪论
0.1 自动控制元件在控制系统中的作用 0.2 自动控制元件的分类 0.3 本课程特点
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绪论
0.1 自动控制元件在控制系统中的作用
随着我国现代化建设的飞速发展和科学技术的不断进步，自动控制 系统在现代化建设中起着越来越重要的作用。从传统产业的信息化改 造、航空航天技术、机器人控制到美伊战争中的精密制导武器系统等高 新技术领域都需要由精度高、可靠性好、响应快的自动控制系统来实 现。控制理论研究的深入和计算机技术的迅猛发展，使一些控制系统已 实现了数字化、智能化、计算机化和集成化，从而使自动控制系统功能 更强，性能更优，体积更小，运行更可靠。但任何一种自动控制系统， 不论是经典的还是实现了数字化、智能化、计算机化的，都离不开大量 的检测、转换、放大、执行元件。这些元件统称为自动控制元件。自动 控制元件种类很多，它们的工作原理可以是基于物质的各种物理、化学
图1.1.1 直流电磁铁原理图
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
（4)衔铁与静止铁心之间的气隙为δ1，并保持δ1不变，即衔铁不动。 当开关K合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳
定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为
e=iR-U
式中，R——
U=-e+iR=
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器
1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特征 1.2 电磁继电器和接触器 1.3 新型继电器举例
2014.9.13
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第一章 电磁铁和电磁继电器
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器 第二章 变压器 第三章 直流电机 第四章 交流异步电动机 第五章 三相交流同步电动机 第六章 布进电动机
2014.9.13
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第二篇 检测元件
第七章 电磁检测元件 第八章 电阻式检测元件 第九章 磁电式检测元件 第十章 电容传感器 第十一章 压电传感器 第十二章 光电式检测元件 第十三章 陀螺传感器
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绪论
0.1 自动控制元件在控制系统中的作用
性能，如光特性、电特性、磁特性、机械特性、化学特性、生物特性 等，但无论哪一种控制元件，它们中的大多数最终都是直接利用电能来 进行工作的。与采用其他能源的元件相比，利用电能在信号的采集、转 换、传递、控制与处理方面具有一系列的优点，因此目前品种最多，量 最高，应用最广泛的是利用电能的控制元件。随着新材料、新技术、新 工艺的出现以及控制系统的发展，它也得到越来越迅速的发展。
=
Ψ1 0
idΨ
+
t1 0
i
2
Rdt
(1.1.2)
∫ 式中，
t1 0量；
电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩)把电能（或电信号) 转换成机械能（或位移信号)的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主 要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心)和返回弹簧等组成。按照产 生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如图1.0.2所示，即拍合 式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同， 只是结构上增加了触头（或触点)系统。
敏度高、抗干扰力强、线性好等优点。
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绪论
0.3 本课程的特点
本书作为自动控制系本科生的一门必修技术基础课教材，主要介绍 各类电磁执行元件和传感器的基本构造、工作原理、特性及其应用。
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绪论
0.1 自动控制元件在控制系统中的作用 0.2 自动控制元件的分类 0.3 本课程特点
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绪论
0.2 自动控制元件的分类
本书涉及的自动控制元件包括两类，一类是执行元件，另一类是检 测元件。
0.2.1 执行元件
执行元件根据能源不同可以分为电磁、液压和气动的。电磁执行元 件是自动控制元件中应用最广泛的一种。它是根据电磁原理工作的。
0.2.2 检测元件
检测元件是传感器的统称，是指按各种原理构成的，能从被检测的 参量中提取有用信息的器件。一个完善的检测元件应包括敏感元件、测 量电路和输出单元三部分，它们可以是分立的，也可以是集成的，用以 实现信息搜集、转换和处理任务。
（3)当工作气隙δ1变化时，铁心饱和程度不变；
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0.2 自动控制元件的分类
传感器可分为电量传感器如热电偶、磁电传感器、光电池和压电传 感器等，它们是有源元件。另一类是电参数传感器，是无源元件，如热 敏电阻、电容传感器、感应同步器等。
传感器还可分为简单结构型和差动结构型。差动结构型由于在同一 传感器中采用两个完全相同的简单结构型组合成差动输出，因而具有灵
dΨ dt + iR
(1.1.1)
e——
Ψ——线圈的磁链，Ψ=NΦ
N——线圈匝数。
对直流电磁铁，当电流达到稳定后, dΨ dt =0,自感电势为零，I= U R
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
将式（1.1.1)两边乘以idt，并积分得
∫ ∫ ∫ t1 0
Uidt
按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。
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图1.0.2 电磁铁的分类
（a）拍合式；（b）吸入式；（c）旋转式 1-动铁心；2-线圈；3-静铁心；4-导磁外壳；5-旋转衔铁
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
电磁铁是靠电磁吸力（或力矩)做功的。电磁铁作为能量转换装 置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的 吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。 1.1.1 电磁铁中的能量转换
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0.1 自动控制元件在控制系统中的作用 0.2 自动控制元件的分类 0.3 本课程特点
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0.1 自动控制元件在控制系统中的作用
随着我国现代化建设的飞速发展和科学技术的不断进步，自动控制 系统在现代化建设中起着越来越重要的作用。从传统产业的信息化改 造、航空航天技术、机器人控制到美伊战争中的精密制导武器系统等高 新技术领域都需要由精度高、可靠性好、响应快的自动控制系统来实 现。控制理论研究的深入和计算机技术的迅猛发展，使一些控制系统已 实现了数字化、智能化、计算机化和集成化，从而使自动控制系统功能 更强，性能更优，体积更小，运行更可靠。但任何一种自动控制系统， 不论是经典的还是实现了数字化、智能化、计算机化的，都离不开大量 的检测、转换、放大、执行元件。这些元件统称为自动控制元件。自动 控制元件种类很多，它们的工作原理可以是基于物质的各种物理、化学
图1.1.1 直流电磁铁原理图
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1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性
（4)衔铁与静止铁心之间的气隙为δ1，并保持δ1不变，即衔铁不动。 当开关K合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳
定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为
e=iR-U
式中，R——
U=-e+iR=
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器
1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特征 1.2 电磁继电器和接触器 1.3 新型继电器举例
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第一章 电磁铁和电磁继电器
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第一篇 执行元件
第一章 电磁铁和电磁继电器 第二章 变压器 第三章 直流电机 第四章 交流异步电动机 第五章 三相交流同步电动机 第六章 布进电动机
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第二篇 检测元件
第七章 电磁检测元件 第八章 电阻式检测元件 第九章 磁电式检测元件 第十章 电容传感器 第十一章 压电传感器 第十二章 光电式检测元件 第十三章 陀螺传感器
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0.1 自动控制元件在控制系统中的作用
性能，如光特性、电特性、磁特性、机械特性、化学特性、生物特性 等，但无论哪一种控制元件，它们中的大多数最终都是直接利用电能来 进行工作的。与采用其他能源的元件相比，利用电能在信号的采集、转 换、传递、控制与处理方面具有一系列的优点，因此目前品种最多，量 最高，应用最广泛的是利用电能的控制元件。随着新材料、新技术、新 工艺的出现以及控制系统的发展，它也得到越来越迅速的发展。
=
Ψ1 0
idΨ
+
t1 0
i
2
Rdt
(1.1.2)
∫ 式中，
t1 0量；
电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩)把电能（或电信号) 转换成机械能（或位移信号)的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主 要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心)和返回弹簧等组成。按照产 生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如图1.0.2所示，即拍合 式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同， 只是结构上增加了触头（或触点)系统。
敏度高、抗干扰力强、线性好等优点。
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0.3 本课程的特点
本书作为自动控制系本科生的一门必修技术基础课教材，主要介绍 各类电磁执行元件和传感器的基本构造、工作原理、特性及其应用。
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0.1 自动控制元件在控制系统中的作用 0.2 自动控制元件的分类 0.3 本课程特点
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0.2 自动控制元件的分类
本书涉及的自动控制元件包括两类，一类是执行元件，另一类是检 测元件。
0.2.1 执行元件
执行元件根据能源不同可以分为电磁、液压和气动的。电磁执行元 件是自动控制元件中应用最广泛的一种。它是根据电磁原理工作的。
0.2.2 检测元件
检测元件是传感器的统称，是指按各种原理构成的，能从被检测的 参量中提取有用信息的器件。一个完善的检测元件应包括敏感元件、测 量电路和输出单元三部分，它们可以是分立的，也可以是集成的，用以 实现信息搜集、转换和处理任务。