自动控制元件课件
工人培训之自动控制元件的应用(PPT 70页)
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铂电阻
常用的铂电阻有Pt50、Pt100、Pt300、 Pt1000 等，下标表示铂 电阻在0 ℃时的阻值。
铂电阻与温度的关系在0～630.74 ℃以内为
Rt =R0(1+At+Bt2) -190～0 ℃以内为
Rt =R0［1+At+Bt2+C(t-100)t3 Rt — 温度为t℃ R0 — 温度为0 ℃
20%, 50 V
金属膜电阻 金属陶瓷多圈类型 电 解 电 容 (低 漏 电 型 )
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生产厂家 模拟设备公司
4.集成温度传感器AD590
AD590(I、J、K、L、M) ① 线性电流输出：Io/T= 1 μA／K ② 工作温度范围：-55～155 ℃ ③ ④ 激光微调使定标精度达±0.3 ℃(AD590M) ⑤ 整个工作温度范围内非线性误差小于
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各类温度传感器比较
PN结正向压降随温度的升高而减小 （温度升高1°C结压降约减小2mV）
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二、光敏传感器
光敏传感器是把光信号转化成电信号的传感器件，广泛应用 于自动控制、产品计数、检测、安全报警等电路中。检测的光 源为可见光和不可见光（紫外、近红外等）。 主要类型：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、集成光敏传 感器、CCD、光纤传感器、太阳能电池等。
±0.5℃（AD590M ⑥ 工作电压范围：4～30 V ⑦ 器件本身与外壳绝缘
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AD590 基本应用电路
在25℃时调整电位器使Vo为298.2mV; 或0 ℃时调整电位器使Vo为273.2mV； 利用这样一个简单的电路，很容易把传感 器的电流输出变换为方便的电压输出。 由于AD590内阻极高，所以适合远距离测 量，可采用一般双绞线。
《自动控制原 》课件
信号流图
总结词
表示信号传递和处理的图形表示
详细描述
信号流图是表示信号传递和处理的图形，通过信号流图可以分析系统的动态特性和稳定 性，以及各组成部分之间的相互影响。
03
自动控制系统分析方法
时域分析法
总结词
通过建立和解决自动控制系统的微分方 程来分析系统的动态性能。
VS
详细描述
时域分析法是一种直接的方法，通过建立 系统的微分方程来描述系统的动态行为， 并求解该方程以获得系统的响应。这种方 法可以提供关于系统性能的详细信息，如 超调量、调节时间、稳态误差等。
有卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等。
05
自动控制系统应用实例
总结词
温度控制系统是自动控制系统中常 见的一种，主要用于工业和家庭中 需要对温度进行精确控制的场合。
详细描述
温度控制系统通过温度传感器检测温度，并 将温度信号转换为电信号，控制器根据设定 值与实际值的偏差进行调节，控制加热或制
冷设备，使温度维持在设定范围内。
《自动控制原 》ppt课件
contents
目录
• 自动控制原理简介 • 自动控制系统数学模型 • 自动控制用实例
01
自动控制原理简介
自动控制系统的基本概念
自动控制系统
01
通过自动调节、控制、监视等手段，使某一设备或系统按照预
定的规律运行的系统。
自动控制系统的分类
1 2
按控制方式分类
开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统等 。
按被控参数分类
温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等 。
3
按控制规律分类
比例控制系统、积分控制系统、微分控制系统等 。
02
自动控制元件课件
绪论熟悉控制元件在自动控制系统中的作用，熟练掌握自动控制元件的分类，熟练掌握直流伺服电动机的静态和动态基本关系式。
一、自动控制元件定义组成自动控制系统的基本单元。
二、自动控制元件的分类：（一）按作用分为功率元件和信号元件1、功率元件：进行电-机能量转换的元件，如各种电机；2、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。
（二）按功能分1、测量元件：把被测量转换为另外一种易于显示和传输记录的物理量；2、变换元件：根据执行元件的需要，将误差信号由交流变为直流，或者直流变为交流；3、放大元件：将微弱的误差信号放大；4、执行元件：把放大信号转变为机械位移，以带动被控对象运动；5、校正元件：用于改善系统的品质。
（三）按电流分直流元件，交流元件，脉冲元件。
三、自动控制元件字自控系统中的运用举例：火炮随动系统，导弹控制系统，数控机床四、自控系统对控制元件的要求高可靠性：控制元件的高可靠性对保证自动控制系统的正常工作极为重要。
高精度：精度是指实际特性与理想特性的差异，差异越小，则元件的精度越高。
快速响应：执行电机的快速性，直接影响整个系统的快速性。
五、预备知识基本物理量：磁感应强度B，磁通量，磁场强度H，磁导率磁性材料的主要特性：高导磁性，磁饱和性，磁滞特性。
磁路及其基本定律：磁通连续定律，磁场的安培环路定律，电磁感应定律第一章直流伺服电动机熟练掌握直流伺服电动机的静态和动态特性，熟练掌握阶跃控制电压作用下直流伺服电动机的过渡过程。
掌握直流伺服电动机的选择与使用，熟悉直流力矩电动机。
一、直流电动机的优点：调速范围广，易于平滑调节；过载、启动、制动转矩大；易于控制，控制装置的可靠性高；调速时的能量损耗较小。
二、直流伺服电动机在控制系统中的作用：执行元件三、直流电机的原理如图所示，电刷A、B分别与两个半圆环接触，这时A、B两电刷之间输出的是直流电。
我们再来看看这时线圈在磁极之间运动的情况。
从图1（a）可以看出，当线圈的ab边在N极范围内按逆时针方向运动时，应用发电机右手定则，这时所产生的电动势是从b指向a。
《自动控制原》课件
一、自动控制概述1.1 自动控制的概念自动控制是指系统在没有外部干预的情况下，能够自动维持或达到期望的状态。
自动控制系统由执行机构、传感器、控制器和被控对象组成。
1.2 自动控制系统的分类开环控制系统和闭环控制系统连续控制系统、离散控制系统和混合控制系统1.3 自动控制系统的应用领域工业生产过程控制交通运输控制家用设备控制医疗设备控制二、反馈控制原理2.1 反馈控制的基本原理反馈控制是通过比较被控量的实际值和期望值，产生控制信号，对执行机构进行调节，使被控量达到期望值。
2.2 反馈控制系统的组成控制器执行机构反馈元件被控对象2.3 反馈控制系统的性能指标稳定性快速性精确性三、PID控制算法3.1 PID控制算法的基本原理PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。
3.2 PID控制算法的数学模型PID控制算法的数学模型包括比例环节、积分环节和微分环节的线性组合。
3.3 PID控制算法的参数调整比例系数Kp积分系数Ki微分系数Kd四、现代控制理论4.1 现代控制理论的基本概念状态空间表示法状态反馈控制观测器设计4.2 现代控制理论的应用线性时不变系统的控制非线性系统的控制时变系统的控制4.3 鲁棒控制理论鲁棒控制是指系统在面对不确定性和外部干扰时，仍能保持稳定性和性能指标的控制方法。
五、自动控制系统的仿真与实验5.1 自动控制系统仿真的意义仿真可以验证控制算法的有效性仿真可以测试控制系统在不同工况下的性能仿真可以优化控制参数5.2 自动控制系统实验实验目的和方法实验设备实验数据的采集与处理5.3 MATLAB在自动控制系统中的应用MATLAB是一种功能强大的数学软件，可以用于自动控制系统的建模、仿真和分析。
MATLAB中的Simulink工具可以方便地搭建自动控制系统模型并进行仿真实验。
六、线性系统的状态空间表示6.1 状态空间表示法的基本概念状态空间是一个高维向量空间，可以用来描述系统的动态行为。
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
bao--自动控制-PPT课件
自动控制
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目录
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2024/1/6
自控起源 自控基础知识 常用传感器与执行器 控制器及调节方法 具体案例分析 自控点位表
自控起源 ❖ 自动控制对于我们来说并不是一个陌生的概念，因为它已
经延伸到社会生活的各个领域： ❖ 如：在家中，为了可以舒适的生活，我们需要控制室内的
提供快速群组性设备名单的设立及管理 提供实时警报讯息、警报讯息记录
历史数据记录
提供对特殊监控点图形及文字趋势记录
报表打印程序 丰富的报表内容，提供检视及虚拟系统操作效率
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自控系统的设计原则 ❖ 1、使系统设备能够可靠、高效运行，减轻人员劳动强度； ❖ 2、确保建筑物内环境舒适 ❖ 3、提供系统优化运行和能耗控制方案，进行节能管理； ❖ 4、及时提供设备运行的有关信息，并进行统计与分析，作
下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状 态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念 而言的。
❖ 自动控制的发展过程
❖ 第一代气动控制系统PCS（pneumatic control system）； ❖ 第二代模拟式控制体系ACS（analogy control system）； ❖ 第三代计算机控制体系CCS（computer control system）； ❖ 第四代分布式数字控制系统DCS（distributed control ❖ system）； ❖ 第五代现场总线控制系统FCS(fieldbus control system)。
盒，适合屋外安装。
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湿度传感器
❖ 湿度传感器的种类：根据原理 的不同可分为干湿球湿度计、 电容式、氯化锂电阻式、氯化 锂露点式等。 以干湿球湿度计为例：
自动控制元件08
步进电动机的动态特性
一、单脉冲作用下的运行 空载状态
步进电动机的动态特性
负载状态
步距角与负载能力
Tem , Temt A Temb B Temc C
a0
b0
c0 e
o
3
2 33
三相反应式空载情况下
Tem ,Temt ,Tf
A a"
B
C
q
T' emt
a'
于新的平衡位置e be 。其阻尼振荡角频率为
d 0
1 B2 4JTjmaxZr
单脉冲作用下步进电动机的振荡现象
单脉冲作用下步进电动机的振荡现象
3）当 B2 JTjmaxZr 时，特征方程为两个实根，
表进明电阻动尼 机较 转大 子。 的这运时动不出现 是e 振( 单t )荡调现上象升。的随曲着线时，间步
三相混合式步进电动机
2－2通电方式 3－3通电方式
T em q
3 2
T
jm ax
T em q 3T jm ax
2－3通电方式
T em q 3T jm ax
步距精度
步进电动机实际旋转的步距角与理论步距角之间是 有偏差的。这个偏差以角分或理论步距角的百分数 来衡量，称之为静态步距角误差。
单脉冲作用下步进电动机的振荡现象
它是一个非线性方程，当步距角较小时，在平衡
点附近可进行线性化处理，当 变化很小时，
有 sin，
则
d 2 dt2
B J
d dt
T Z j m ax r J
T jmax J
e
特征方程
p 2 B p T Z j m ax r 0
工人培训之自动控制元件的应用.pptx
A
铠
T
T0
装
B
工作端或热端（T），测量时将它置于被测温度场中；自由端或 冷端（T0）,一般要求恒定在某一温度。
中级电工培训
2020/9/29
多数热电阻随温度而变化的关系可由下式表示： Rt=R0［1+α(t-t0)］
Rt, R0 — 分别为热电阻在t ℃和t0 ℃ α — 热电阻的电阻温度系数（1／℃）
t — 被测温度（℃）。
中级电工培训
2020/9/29
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古冶职教中心 李陈辉
铂电阻
常用的铂电阻有Pt50、Pt100、Pt300、 Pt1000 等，下标表示铂电 阻在0 ℃时的阻值。
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Rt
R0 exp[B(T
)] T0
Rt、R0 — 分别为TK和T0K时的热敏电阻值；
B — 热敏电阻的材料常数，其值主要取决于热敏电阻的材料。一般情
况下，B=2000～6000K，可通过查阅产品资料获得，在高温下使用时，
B
T — 被测温度（K）。
中级电工培训
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古冶职教中心 李陈辉
四、按制造工艺分类：
集成、薄膜、厚膜等传感器。
中级电工培训
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古冶职教中心 李陈辉
传感器的选用
传感器的种类繁多,相同的物理量可用不同工作原理的传感 器，使用时一般考虑如下： 一、被测量类型
测量目的、测量范围、测量精度、测量时间等； 二、工作环境
环境温度、环境噪声、传递距离等； 三、传感器性能
敏感元件指能直接感受或响应被测量的部分;
转换元件指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传 输或测量的电信号部分。
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二、直流电机的结构
定子
转子
三、直流电机的励磁方式
1.他励直流电机
2.自励直流电机
串励直流电机 复励直流电机
并励直流电组：Z=S=K 单波绕组
单叠绕组
五、直流电机的磁场
直流电机电枢磁场轴线与磁极主磁场轴线的夹角为90电角度。
电枢反应的影响
1820 年,奥斯特发现了电流的磁效应,为电动机的发明提供 了理论依据。 1834年,俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的第一台实 用直流电动机,马达(motor,电动机)一词由此得名。 19世纪末,各种电磁定律及电动机装置相继诞生,使电机在 工业中得到了广泛的应用。 20世纪,随着电力电子技术和计算机控制技术的快速发展, 直流电动机在工业、农业、航空航天、日用电器等方面得 到了广泛的应用。 进人20世纪90年代以来,随着永磁材料性能的不断提高和完 善,特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善,以及 微电子技术的进一步发展和改进,目前直流伺服电动机正向 大功率化(超高速、高转矩)、高功能化(高温、高真空等)和 微型化方向发展。
三、直流伺服电动机的分类及特点
1. 分类 按结构可分为：
普通型
永磁式 电磁式
力矩型
永磁式、低速、扁平式结构
低惯量型
空心杯电枢 盘形电枢 无槽电枢
2. 特点
调速范围宽 线性特性好 起动转矩大 响应速度快
1.2 直流电机基本原理和结构
一、直流电 机基本原 理
1. 物理中性面与几何中性面不再重合 2. 电枢磁场的去磁作用
六、换向过程
换向火花产生的电磁方面的原因：
减小和消除换向火花的方法： 1. 移动电刷法 2. 设置附加的换向磁极 3. 选用合适的电刷
七、静态四大关系式
1. 电磁转矩和感应电动势
任一导体所受平均电磁力
作用在任一导体上的平均电磁力矩为
自动控制元件
第 1 章 直流伺服电动机
1.1 概述
一、直流伺服电动机的发展历程 直流伺服电动机作为直流电动机的一个分支， 在自动控制系统中作为执行系统控制信号命令 的元件，被称作执行元件。
直流电动机的优点： 1）调速范围广，易于平滑调节； 2）过载、起动、制动转矩大； 3）特性好，控制方便；
直流伺服电动机在控制系统中的作用
二、直流伺服电动机的概念
英语单词Servo的音译，“服从”和“追 踪”。 伺服系统是指以被驱动机械物体的位置、 方位、姿态为被控制量,使之能随指令值的 任意变化进行跟踪的控制系统。 要求： 1. 可靠性好 2. 响应速度快 3. 线性度好 4.调速范围宽
电机的电磁转矩为
一根导体的平均感应电动势为 电枢电动势
2. Ce与Cm的关系 因为 则
所以
电枢电势与电磁转矩
电枢电势 电磁转矩
其中
电枢电势与电磁转矩
电枢电势
电磁转矩
其中
直流电机的电磁转矩
3. 电动势平衡方程和转矩平衡方程
八、动态四大关系式
电磁惯性
对于直流电动机,有
机械惯性
对于直流发电机,有
描述静态特性的静态方程都是代数方程;描 述动态特性的动态方程都是微分方程。
习题
P59 习题 1.1，1.2，1.3