控制电机(第四版) 第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用 1.2 控制电机的种类和特点 1.3 如何学习“控制电机”这门课程
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用
在各类自动控制系统、 遥控和解算装置中， 需要 用到大量的各种各样的元件。 控制电机就是其中的重 要元件之一。 它属于机电元件， 在系统中具有执行、 检测和解算的功能。 虽然从基本原理来说， 控制电机 与普通旋转电机没有本质上的差别， 但后者着重于对 电机的力能指标方面的要求， 而前者则着重于对特性、 高精度和快速响应方面的要求， 满足系统对它提出的 要求。
雷达天线控制系统的原理线路如图 1 - 1 所示。 这 个系统有两种工作状态。 一种是当雷达还没有捕捉到 飞机时， 要由雷达操纵手操作，使天线旋转去搜索飞 机， 这就是雷达的搜索过程。 这时图 1 - 1 上的闸刀S 合在位置Ⅰ。 第二种状态是当天线捕捉到目标时， 把 闸刀立即合向位置Ⅱ。 这时雷达天线作自动跟踪飞机 的运动， 系统处于自动跟踪状态。 下面分别讨论系统 的这两种状态。
上述控制系统中所用的自整角发送机、 自整角接收 机、直流伺服电动机、直流测速发电机都属于电机类型， 统称为控制电机。可以看出，这些电机在自动控制系统 中起到了很重要的作用， 是必不可少的元件。
自动控制系统和它所用到的控制电机的关系是整 体和局部的关系， 是一对矛盾的两个对立面。 一方面 控制电机的性能和作用要服从于整个系统对它的要求， 控制电机性能好坏要看它能不能满足系统的要求； 另 一方面控制电机的性能又直接影响整个控制系统的性 能， 控制电机的性能不好或者使用不恰当， 整个控制 系统的性能就无法提高； 控制电机的革新又可以带来 整个系统的革新。
图 1 - 2 雷达天线控制系统方框图
1.1.2 雷达天线控制系统的自动跟踪状态 当雷达手从显示器的荧光屏上看到雷达已经捕捉到飞
机以后，立即把闸刀S合向位置Ⅱ，系统就工作在跟踪状 态。 这时，雷达接收机收到从飞机反射回来的回波， 并 把它转换成电信号直接输入到放大器去控制天线的旋转， 此时天线不需要手控而自动作跟踪飞机的运动。
直流电压U2， 并送入直流放大器放大， 放大后的直流 电压U3被输入到可控硅控制线路的差动放大器， 去控 制可控硅的导通和截止。 当可控硅VD和VD导通时， 就有一定极性的信号电压通入直流伺服电动机 5， 直 流伺服电动机就立即向一个方向转。
当手轮 7 向另一方向转动， 电压U1的相位就相反了， 因而使电压U2、 U3的极性相反， 这时可控硅VD和VD 导通， 通入直流伺服电动机的信号电压极性也随之相 反， 直流伺服电动机就立即向另一方向旋转。 这里直 流伺服电动机将电信号变为转轴转动， 执行了电信号 所给予的控制任务， 所以常称为执行元件。 直流伺服 电动机转动以后， 经过变速箱 4 带动天线 3 旋转， 同 时也带动自整角接收机。 直流伺服电动机应该是朝着 天线和发送机之间的转角差γ减小的方向旋转， 直到转 角β和转角α相等。 这时U1、 U2、 U3都等于零， 伺服 电动机才停止转动。 这样， 雷达天线的转角就能自动 地跟随手轮而转动， 以达到手控天线的目的。
为了改善自动控制系统的品质， 在系统中还采用 了校正元件——直流测速发电机。 测速发电机的输出电 压U4与它的转速n成正比， 并把它反馈到直流放大器 中。整个控制系统的工作原理可以用图 1 - 2 这样的方 框图来表示。 图上各个元件和实际线路对应如下：
敏感元件——自整角发送机和接收机。 转换元件——放大器和解调器。 放大元件——直流放大器和可控硅控制线路。 执行元件——直流伺服电动机。 校正元件——直流测速发电机。 控制对象——雷达天线。
控制电机已经成为现代工业自动化系统、 现代科 学技术和现代军事装备中不可缺少的重要元件。 它的 应用范围非常广泛，例如，火炮和雷达的自动定位， 舰船方向舵的自动操纵，飞机的自动驾驶，遥远目标位 置的显示， 机床加工过程的自动控制和自动显示， 阀 门的遥控， 以及机器人、 电子计算机、 自动记录仪表、 医疗设备、 录音录像设备等中的自动控制系统。 下面 以雷达扫描及自动跟踪飞机的过程为例， 具体说明控 制电机在自动控制系统中所起的作用和所处的地位。
图 1 - 1 雷达天线控制系统原理线路
1.1.1 雷达天线控制系统的搜索状态
在搜索飞机时， 我们希望雷达天线按照要求在空 间不断旋转， 使雷达发射机发出的强大的电磁波束跟 着天线的转动在空中进行扫描。 由于雷达天线又大又 重， 人是摇不动的， 这时雷达操纵手只需要摇动手把 7， 使自整角发送机1的转子旋转， 通过自动控制系统 的作用， 就可使雷达天线3跟着自整角发送机的转角α 自动地旋转。 发送机转几度，天线也转几度； 发送机 正转， 天线也正转； 发送机反转， 天线也反转。
感觉出天线的转角是否跟上自整角发送机的转角。 当
跟上时， 转角α等于转角β， 没有电压输出； 当没有 跟上， 即转角α和转角β不等时， 通过自整角接收机输 出电压U1, 就可把转角差γ测量出来， 因此自动控制系 统中的自整角机被称为敏感元件。
假如雷达手向某一方向摇动手轮 7， 产生一个转 角差γ， 这时自整角接收机就有交流电压U1输出， 这 个电压经过交流放大器放大后， 由环形解调器转换成
既然自动控制系统和控制电机是整体和局部的关 系， 因此， 从事自动控制系统工作的技术人员， 不但 要了解控制系统的整体以及系统中各个元件的相互关 系， 而且对系统中的各个元件和控制电机也要熟悉， 只有这样， 才能恰当地选择和使用各种元件， 并有可 能了解整个自动控制系统。
自整角接收机 2 的转轴是和天线的转轴联结在一 起的。 自整角发送机和自整角接收机一般不单独使用
而是成对地使用。 当发送机的转角α和接收机的转角β 相等， 也就是转角差γ=α-β 等于零时， 接收机的输出 电压U1也等于零。 当转角α和β不等时， 接收机就有和 转角差γ成正比的交流电压U1 输出。 这样， 自整角接 收机就好像自动控制系统的眼睛一样， 可以很灵敏地
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用 1.2 控制电机的种类和特点 1.3 如何学习“控制电机”这门课程
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用
在各类自动控制系统、 遥控和解算装置中， 需要 用到大量的各种各样的元件。 控制电机就是其中的重 要元件之一。 它属于机电元件， 在系统中具有执行、 检测和解算的功能。 虽然从基本原理来说， 控制电机 与普通旋转电机没有本质上的差别， 但后者着重于对 电机的力能指标方面的要求， 而前者则着重于对特性、 高精度和快速响应方面的要求， 满足系统对它提出的 要求。
雷达天线控制系统的原理线路如图 1 - 1 所示。 这 个系统有两种工作状态。 一种是当雷达还没有捕捉到 飞机时， 要由雷达操纵手操作，使天线旋转去搜索飞 机， 这就是雷达的搜索过程。 这时图 1 - 1 上的闸刀S 合在位置Ⅰ。 第二种状态是当天线捕捉到目标时， 把 闸刀立即合向位置Ⅱ。 这时雷达天线作自动跟踪飞机 的运动， 系统处于自动跟踪状态。 下面分别讨论系统 的这两种状态。
上述控制系统中所用的自整角发送机、 自整角接收 机、直流伺服电动机、直流测速发电机都属于电机类型， 统称为控制电机。可以看出，这些电机在自动控制系统 中起到了很重要的作用， 是必不可少的元件。
自动控制系统和它所用到的控制电机的关系是整 体和局部的关系， 是一对矛盾的两个对立面。 一方面 控制电机的性能和作用要服从于整个系统对它的要求， 控制电机性能好坏要看它能不能满足系统的要求； 另 一方面控制电机的性能又直接影响整个控制系统的性 能， 控制电机的性能不好或者使用不恰当， 整个控制 系统的性能就无法提高； 控制电机的革新又可以带来 整个系统的革新。
图 1 - 2 雷达天线控制系统方框图
1.1.2 雷达天线控制系统的自动跟踪状态 当雷达手从显示器的荧光屏上看到雷达已经捕捉到飞
机以后，立即把闸刀S合向位置Ⅱ，系统就工作在跟踪状 态。 这时，雷达接收机收到从飞机反射回来的回波， 并 把它转换成电信号直接输入到放大器去控制天线的旋转， 此时天线不需要手控而自动作跟踪飞机的运动。
直流电压U2， 并送入直流放大器放大， 放大后的直流 电压U3被输入到可控硅控制线路的差动放大器， 去控 制可控硅的导通和截止。 当可控硅VD和VD导通时， 就有一定极性的信号电压通入直流伺服电动机 5， 直 流伺服电动机就立即向一个方向转。
当手轮 7 向另一方向转动， 电压U1的相位就相反了， 因而使电压U2、 U3的极性相反， 这时可控硅VD和VD 导通， 通入直流伺服电动机的信号电压极性也随之相 反， 直流伺服电动机就立即向另一方向旋转。 这里直 流伺服电动机将电信号变为转轴转动， 执行了电信号 所给予的控制任务， 所以常称为执行元件。 直流伺服 电动机转动以后， 经过变速箱 4 带动天线 3 旋转， 同 时也带动自整角接收机。 直流伺服电动机应该是朝着 天线和发送机之间的转角差γ减小的方向旋转， 直到转 角β和转角α相等。 这时U1、 U2、 U3都等于零， 伺服 电动机才停止转动。 这样， 雷达天线的转角就能自动 地跟随手轮而转动， 以达到手控天线的目的。
为了改善自动控制系统的品质， 在系统中还采用 了校正元件——直流测速发电机。 测速发电机的输出电 压U4与它的转速n成正比， 并把它反馈到直流放大器 中。整个控制系统的工作原理可以用图 1 - 2 这样的方 框图来表示。 图上各个元件和实际线路对应如下：
敏感元件——自整角发送机和接收机。 转换元件——放大器和解调器。 放大元件——直流放大器和可控硅控制线路。 执行元件——直流伺服电动机。 校正元件——直流测速发电机。 控制对象——雷达天线。
控制电机已经成为现代工业自动化系统、 现代科 学技术和现代军事装备中不可缺少的重要元件。 它的 应用范围非常广泛，例如，火炮和雷达的自动定位， 舰船方向舵的自动操纵，飞机的自动驾驶，遥远目标位 置的显示， 机床加工过程的自动控制和自动显示， 阀 门的遥控， 以及机器人、 电子计算机、 自动记录仪表、 医疗设备、 录音录像设备等中的自动控制系统。 下面 以雷达扫描及自动跟踪飞机的过程为例， 具体说明控 制电机在自动控制系统中所起的作用和所处的地位。
图 1 - 1 雷达天线控制系统原理线路
1.1.1 雷达天线控制系统的搜索状态
在搜索飞机时， 我们希望雷达天线按照要求在空 间不断旋转， 使雷达发射机发出的强大的电磁波束跟 着天线的转动在空中进行扫描。 由于雷达天线又大又 重， 人是摇不动的， 这时雷达操纵手只需要摇动手把 7， 使自整角发送机1的转子旋转， 通过自动控制系统 的作用， 就可使雷达天线3跟着自整角发送机的转角α 自动地旋转。 发送机转几度，天线也转几度； 发送机 正转， 天线也正转； 发送机反转， 天线也反转。
感觉出天线的转角是否跟上自整角发送机的转角。 当
跟上时， 转角α等于转角β， 没有电压输出； 当没有 跟上， 即转角α和转角β不等时， 通过自整角接收机输 出电压U1, 就可把转角差γ测量出来， 因此自动控制系 统中的自整角机被称为敏感元件。
假如雷达手向某一方向摇动手轮 7， 产生一个转 角差γ， 这时自整角接收机就有交流电压U1输出， 这 个电压经过交流放大器放大后， 由环形解调器转换成
既然自动控制系统和控制电机是整体和局部的关 系， 因此， 从事自动控制系统工作的技术人员， 不但 要了解控制系统的整体以及系统中各个元件的相互关 系， 而且对系统中的各个元件和控制电机也要熟悉， 只有这样， 才能恰当地选择和使用各种元件， 并有可 能了解整个自动控制系统。
自整角接收机 2 的转轴是和天线的转轴联结在一 起的。 自整角发送机和自整角接收机一般不单独使用
而是成对地使用。 当发送机的转角α和接收机的转角β 相等， 也就是转角差γ=α-β 等于零时， 接收机的输出 电压U1也等于零。 当转角α和β不等时， 接收机就有和 转角差γ成正比的交流电压U1 输出。 这样， 自整角接 收机就好像自动控制系统的眼睛一样， 可以很灵敏地
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《自动控制原理》绪论、第1、2章(新)
第一章 自动控制系统的基本概念 1.1 开环控制系统与闭环控制系统 1.2 闭环控制系统的组成和基本环节 1.3 自动控制系统的类型 1.4 自动控制系统的性能指标 第二章 自动控制系统的数学模型 2.1 动态微分方程式的编写 2.2 非线性数学模型线性化 2.3 传递函数 2.4 系统动态结构图 2.5 系统传递函数和结构图的等效变换 3学时 （2） （1）
1、线性系统— 系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程式 来描述的系统。 特点： （1）满足叠加原理。（对线性系统，初始条件为零时，几 个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号，等 于各输入信号单独作用时产生的输出信号的和。） （2）系统的运动方程式可以用线性微分方程式来描述，暂 态特性与初始条件无关。 （3）系统为线性定常系统。 2、非线性系统 —当系统中存在非线性元件或具有非线性特性，其运 动方程用非线性微分方程式来描述。 特点： 不满足叠加原理；暂态特性与初始条件有关。
第四章
4.1 4.2 4.3
根轨迹法的基本概念 根轨迹的绘制法则 用根轨迹法分析系统的暂态特性
( 2) (4) (2)
第五章 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
频率法 12学时 频率特性的基本概念 频率特性的基本方法 典型环节的频率特性 系统开环频率特性的绘制 用频率法分析控制系统的稳定性 系统暂态特性和开环闭环特性的关系 6学时
3、典型的非线性环节特性
4、两者的关系（参考教材Page6)
二、 连续数据系统和离散数据系统
1 、连续数据系统—— 信号为模拟的连续函数。 2、离散数据系统 —— 系统中一处或多处，信号以序列 或数码形式传递。 3、两者研究方法比较 连续：微分方程 — 拉氏变换 — 传递函数和频率特性 分析 离散：差分方程 — Z变换 —— 脉冲传递函数和频率 特性分析
1、线性系统— 系统中各组成部分或元件特性可以用线性微分方程式 来描述的系统。 特点： （1）满足叠加原理。（对线性系统，初始条件为零时，几 个输入信号同时作用在系统上所产生的输出信号，等 于各输入信号单独作用时产生的输出信号的和。） （2）系统的运动方程式可以用线性微分方程式来描述，暂 态特性与初始条件无关。 （3）系统为线性定常系统。 2、非线性系统 —当系统中存在非线性元件或具有非线性特性，其运 动方程用非线性微分方程式来描述。 特点： 不满足叠加原理；暂态特性与初始条件有关。
第四章
4.1 4.2 4.3
根轨迹法的基本概念 根轨迹的绘制法则 用根轨迹法分析系统的暂态特性
( 2) (4) (2)
第五章 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
频率法 12学时 频率特性的基本概念 频率特性的基本方法 典型环节的频率特性 系统开环频率特性的绘制 用频率法分析控制系统的稳定性 系统暂态特性和开环闭环特性的关系 6学时
3、典型的非线性环节特性
4、两者的关系（参考教材Page6)
二、 连续数据系统和离散数据系统
1 、连续数据系统—— 信号为模拟的连续函数。 2、离散数据系统 —— 系统中一处或多处，信号以序列 或数码形式传递。 3、两者研究方法比较 连续：微分方程 — 拉氏变换 — 传递函数和频率特性 分析 离散：差分方程 — Z变换 —— 脉冲传递函数和频率 特性分析
运动控制系统(第4版)第1章 绪论
第1章 绪论
• 信号转换和处理包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等，对 于计算机数字控制系统而言，必须将传感器输出的模拟或数 字信号变换为可用于计算机运算的数字量。数据处理的另一 个重要作用是去伪存真，即从带有随机扰动的信号中筛选出 反映被测量的真实信号，去掉随机的扰动信号，以满足控制 系统的需要。 • 常用的数据处理方法是信号滤波，模拟控制系统常采用模拟 器件构成的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟 滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。
GD2 4gJ ;
n——转子的机械转速（r/min），
60 m n . 2
第1章 绪论
• 运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角，对于直 线电动机来说就是控制速度和位移。由式（1-1）和式（1-2） 可知，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电 磁转矩Te，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩 控制是运动控制的根本问题。 • 为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁心，在一定的电 流作用下进可能产生最大的电磁转矩，以加快系统的过渡过 程，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。因为当 磁通（或磁链）很小时，即使电枢电流（或交流电机定子电 流的转矩分量）很大，实际转矩仍然很小。何况由于物理条 件限制，电枢电流（或定子电流）总是有限的。因此，磁链 控制与转矩控制同样重要，不可偏废。通常在基速（额定转 速）以下采用恒磁通（或磁链）控制，而在基速以上采用弱 磁控制。
第1章 绪论
• 1.2 运动控制系统的历史与发展
• 直流电动机电力拖动与交流电动机电力拖动在19世纪中叶先后诞 生（1866年德国人西门子制成了自激式的直流发电机；1890年 美国西屋电气公司利用尼古拉· 特斯拉的专利研制出第一台交流 同步电机；1898年第一台异步电动机诞生），在20世纪前半叶， 约占整个电力拖动容量80%的不可调速拖动系统采用交流电动机， 只有20%的高性能可调速拖动系统采用直流电动机。20世纪后半 叶，电力电子技术和微电子技术带动了带动了新一代的交流调速 系统的兴起与发展，逐步打破了直流调速系统一统高性能拖动天 下的格局。进入21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已 成为不争的事实。 • 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。其换向器与电刷
电机与拖动基础答案第四版
第1章绪论重点与难点正确理解磁感应强度、磁通量、磁场强度等物理量及铁磁材料的磁化特性，掌握载流导体在磁场中的安培力及电磁感应定律。
变压器电动势数学表达式的符号因其正方向规定不同而不同，这是难点。
思考题解答1.1 通电螺线管电流方向如图所示，请画出磁力线方向。
答向上，图略。
1.2 请画出图所示磁场中载流导体的受力方向。
答垂直导线向右，图略。
1.3 请画出图1.3所示运动导体产生感应电动势的方向。
答从向方向，图略。
1.4 螺线管中磁通与电动势的正方向如图所示，当磁通变化时，分别写出它们之间的关系式。
图图图图答Φ-Φ第2章电力拖动系统动力学重点与难点1. 单轴电力拖动系统的转动方程式：各物理量及其正方向规定、方程式及对其理解，动转矩大于、等于或小于零时，系统处于加速、恒速或减速运行状态。
2. 多轴电力拖动系统简化时，转矩与飞轮矩需要折算。
具体计算是难点但不是重点。
3. 反抗性和位能性恒转矩负载的转矩特性、风机和泵类负载的转矩特性、恒功率负载的转矩特性。
4. 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件。
5. 思考题是重点。
思考题解答2.1 选择以下各题的正确答案。
(1) 电动机经过速比j=5的减速器拖动工作机构，工作机构的实际转矩为飞轮矩为，不计传动机构损耗，折算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩依次为.(2) 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩应为.(3) 电力拖动系统中已知电动机转速为，工作机构转速为，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际转矩为，电动机电磁转矩为，忽略电动机空载转矩，该系统肯定运行于.加速过程恒速减速过程答 (1) 选择。
因为转矩折算应根据功率守恒原则。
折算到电动机轴上的工作机构转矩等于工作机构实际转矩除以速比，为；飞轮矩折算应根据动能守恒原则，折算到电动机轴上的工作机构飞轮矩等于工作机构实际飞轮矩除以速比的平方，为(2) 选择。
《控制电机》课件解析
第1章 直流电机
1.2 直流电机的电枢绕组简介
1.2.1 直流枢绕组基本知识
元件：构成绕组的线圈称为绕组元件，分单匝和多匝两种。
元件的首末端：每一个元件均引出两根线与换向片相连，其中 一根称为首端，另一根称为末端。 极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离，用 表示。
D
2P
叠绕组：指串联的两个元件总是后一个元件的端接部分紧叠在前 一个元件端接部分，整个绕组成折叠式前进。
第1章 直流电机
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 在S极下，c点高电 位，d点低电位；电 刷A极性为正，电刷 B极性为负。
第1章 直流电机
当原动机驱动电机转子逆时针 旋转 1800 后，如右图。 导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c点 低电位，d点高电位；电刷A极性 仍为正，电刷B极性仍为负。 与电刷A接触的导体总是位于N 极下，与电刷B接触的导体总是位 于S极下,电刷A的极性总是正的， 电刷B的极性总是负的，在电刷A、 B两端可获得直流电动势。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分 布在电枢铁心表面的不同位臵，按照一定的规律连接起来，构成 电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。
第1章 直流电机
直流电 动机的 工作原 理示意 图:
第作原理和结构
1.1.2 直流电机的主要结构
定子
主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。
电刷装臵：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。
电枢铁心：主磁路的一部分，放臵电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 转子 换向器：与电刷装臵配合,完成直流与交流的互换。
第1章机械原理-绪论
的组合体。
2.零件 －独立的制造单元(制造的单元体) 零件 构件 －独立的运动单元(运动的单元体) 内燃机 曲柄滑块机构
一个构件是由一个零件如内燃机中活塞 或多个零件刚性组成。彼此之间无相对运动。 如内燃机中连杆
湘潭大学
套筒
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
设计出满足功能与制造要求的机构和机械零件 任务 研究的内容：
（1）机械设计基础知识
（2）常用机构及传动设计 （3）通用零件设计 （4）有关机械总体设计中的一些问题 （5）机械现代设计方法与手段的概念和特点
内燃机
2.工件自动载送装置 含带传动、蜗杆传动、 凸轮机构、连杆机构等。
滑杆左移时，夹持器将 工件夹住。
滑杆带着工件右移时，夹 持器动爪受挡块的压迫将 工件松开，工件落入载送 器被传送到下一道工序。
动画
强调代替人类完成有用工作
机器的共有特征：
①人造的实物组合体；
工件 定爪 动爪 装配夹具 工件载送器
天然工具 ——→简单机器 ——→工业革命 ——→现代机器
人类在征服自然中
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 以起重机为例，它经历了： 斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组→手动(电动)葫芦 →现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
典型机器的分析： 1.内燃机 活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续 转动，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 称为：凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调动作， 称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果，就将燃料中化 学能转化为曲轴旋转的机械能。
2.零件 －独立的制造单元(制造的单元体) 零件 构件 －独立的运动单元(运动的单元体) 内燃机 曲柄滑块机构
一个构件是由一个零件如内燃机中活塞 或多个零件刚性组成。彼此之间无相对运动。 如内燃机中连杆
湘潭大学
套筒
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
设计出满足功能与制造要求的机构和机械零件 任务 研究的内容：
（1）机械设计基础知识
（2）常用机构及传动设计 （3）通用零件设计 （4）有关机械总体设计中的一些问题 （5）机械现代设计方法与手段的概念和特点
内燃机
2.工件自动载送装置 含带传动、蜗杆传动、 凸轮机构、连杆机构等。
滑杆左移时，夹持器将 工件夹住。
滑杆带着工件右移时，夹 持器动爪受挡块的压迫将 工件松开，工件落入载送 器被传送到下一道工序。
动画
强调代替人类完成有用工作
机器的共有特征：
①人造的实物组合体；
工件 定爪 动爪 装配夹具 工件载送器
天然工具 ——→简单机器 ——→工业革命 ——→现代机器
人类在征服自然中
改革开放后：我国机械工业得到了长足发展。
任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 以起重机为例，它经历了： 斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组→手动(电动)葫芦 →现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
典型机器的分析： 1.内燃机 活塞的往复运动通过连杆变位曲轴的连续 转动，该组合体称为：曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀； 称为：凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之 间形成协调动作， 称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果，就将燃料中化 学能转化为曲轴旋转的机械能。
电机控制第一章绪论P
第一章绪论一、电机控制技术电机——发电机和电动机的统称。
1、电机控制是一门既古老而又现代的课题：1834年德国人雅可比发明直流电动机；1888年南斯拉夫裔美国人特斯拉发明了交流电动机，又称感应电动机。
2、人类目前使用的绝大部分电能都是由发电机产生的，据统计，全世界工业用电动机消耗了总发电量的30%——40%，在我国，超过60%的年发电量被各种各样的电动机所消耗，转换为机械动力。
3、电机控制的目的很简单，就是如何最大地降低自身损耗，最大效率利用能源。
4、近年来电力电子技术和计算机技术的发展，是现代电机控制的技术基础。
例：感应电动机的起动性能要求①转矩足够大②电流不能太大电机学中介绍感应电机起动方法（1）Y/△（2）自耦变压器降压（3）定子串电抗器新电机起动器（1）电机软起动器（2）变频器和电机智能控制器感应电动机的软起动软起动器通用型软起动器数码型软起动器智能型软起动器软起动器是一种将电力电子技术、微处理器技术和先进控制理论相结合的新型电机起动装置；体积小、技术含量高、性能可靠、保护功能齐全、操作简便；能无阶跃地平稳起动/停止电机，避免因采用传统起动方式引起的机械与电气冲击等问题，有效地降低起动电流及配电容量，避免增容投资，延长机械设备的使用寿命，减少设备的维修量。
通用型软起动器操作面板特点：多种起动方式:限流起动限流起动、、斜坡起动斜坡起动、、斜坡限流起动斜坡限流起动、、最大程度满足现场需求最大程度满足现场需求，，实现最佳起动效果。
高可靠性:高性能微处理器对信号进行数字化处理、避免了以往模拟线路的过多调整高性能微处理器对信号进行数字化处理、避免了以往模拟线路的过多调整、、获得极佳的准确性和执行速度。
多种电机保护功能，过流、输入//输出缺相、晶闸管短路、过热保护，确保电机的保护:多种电机保护功能，过流、输入电机及软起动器在故障或误操作时不被损坏。
基本原理图软起动器起、停特性曲线电压斜坡软起动起动时，软起动器的电压快速升至U1、然后在设定的时间t内逐渐上升、电机随着电压的上升不断加速达到额定电压和额定转速时，起动过程完成。
控制电机PPT电子课件教案-第1章绪论
–
1.1 控制电机在自动控制系统中的作用
在各类自动控制系统、 遥控和解算装置中， 需要 用到大量的各种各样的元件。 控制电机就是其中的重 要元件之一。 它属于机电元件， 在系统中具有执行、 检测和解算的功能。 虽然从基本原理来说， 控制电机 与普通旋转电机没有本质上的差别， 但后者着重于对 电机的力能指标方面的要求， 而前者则着重于对特性、 高精度和快速响应方面的要求， 满足系统对它提出的 要求。
为了改善自动控制系统的品质， 在系统中还采用 了校正元件——直流测速发电机。 测速发电机的输出
电压U4 与它的转速 n 成正比， 并把它反馈到直流放大
器中。整个控制系统的工作原理可以用图 1 - 2 这样的 方框图来表示。 图上各个元件和实际线路对应如下：
敏感元件——自整角发送机和接收机。 转换元件——放大器和解调器。
7， 使自整角发送机1的转子旋转， 通过自动控制系统
的作用， 就可使雷达天线 3 跟着自整角发送机的转角 α自动地旋转。 发送机转几度， 天线也转几度； 发送
机正转， 天线也正转； 发送机反转， 天线也反转。
自整角接收机 2 的转轴是和天线的转轴联结在一 起的。 自整角发送机和自整角接收机一般不单独使用 而是成对地使用。 当发送机的转角α和接收机的转角β 相等， 也就是转角差γ=α-β 等于零时， 接收机的输出 电压U1也等于零。 当转角α和β不等时， 接收机就有和 转角差γ成正比的交流电压U1 输出。 这样， 自整角接 收机就好像自动控制系统的眼睛一样， 可以很灵敏地 感觉出天线的转角是否跟上自整角发送机的转角。 当 跟上时， 转角α等于转角β， 没有电压输出； 当没有 跟上， 即转角α和转角β不等时， 通过自整角接收机输 出电压U1, 就可把转角差γ测量出来， 因此自动控制系 统中的自整角机被称为敏感元件。
第1章_控制电机绪论
比，磁性物质的磁导率不是常数，
磁化曲线 H
随H而变。
B,
有磁性物质存在时，与 I 不成
B
正比。
磁性物质的磁化曲线在磁路计算
上极为重要，其为非线性曲线， 实际中通过实验得出。
2019年12月24日2时26分
O
H
B和与H的关系
27
1.3.3.磁滞性
磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变
自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为 磁性材料和非磁性材料。
2019年12月24日2时26分
23
1.3 磁性材料的磁性能
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
1.3.1. 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫 合金，其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲
线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。 B
剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当线圈中电流减小到零
Br •
(H=0)时，铁心中的磁感应强度。 例如: 永久磁铁的磁性就是由
• O •Hc H
剩磁产生的；自励直流发电机
•
的磁极，为了使电压能建立，
也必须具有剩磁。
真空磁导率是一个常数，将其它物质的磁导率和它 比较是很方便的。
2019年12月24日2时26分
22
相对磁导率 r：
任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
0
H 0 H
B B0
也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B
与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的 倍数。
磁化曲线 H
随H而变。
B,
有磁性物质存在时，与 I 不成
B
正比。
磁性物质的磁化曲线在磁路计算
上极为重要，其为非线性曲线， 实际中通过实验得出。
2019年12月24日2时26分
O
H
B和与H的关系
27
1.3.3.磁滞性
磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变
自然界的所有物质按磁导率的大小，大体上可分为 磁性材料和非磁性材料。
2019年12月24日2时26分
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1.3 磁性材料的磁性能
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
1.3.1. 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫 合金，其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲
线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。 B
剩磁感应强度Br (剩磁) ： 当线圈中电流减小到零
Br •
(H=0)时，铁心中的磁感应强度。 例如: 永久磁铁的磁性就是由
• O •Hc H
剩磁产生的；自励直流发电机
•
的磁极，为了使电压能建立，
也必须具有剩磁。
真空磁导率是一个常数，将其它物质的磁导率和它 比较是很方便的。
2019年12月24日2时26分
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相对磁导率 r：
任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
0
H 0 H
B B0
也即当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度B
与在同样电流下真空时该点的磁感应强度B0之比的 倍数。
电机与拖动 第4版 第1章 电机学基础知识
磁动势F =Ni（单位安匝At）
磁阻Rm = l/(μA) （单位每亨H-1）
第一章 电机学基础知识
12/99
1.2 电机的基本原理
2) 磁路及基本定律
基尔霍夫第一定律
基尔霍夫第二定律
l0A0μ0ϕ0 i N
l1A1μ1ϕ1 ϕ1
ϕ2 l2A2μ2ϕ2
l3A3μ3ϕ3 ϕ3
l6A6μ6ϕ6
l5A5μ5ϕ5 l4A4μ4ϕ4
第一章 电机学基础知识
目录
1.1 电机的基本功能与主要类型 1.2 电机的基本原理 1.3 电机的制造材料
第一章 电机学基础知识
2/99
1.1 电机的基本功能
电机（包括变压器和旋转电机 ）是实现能量转换和 信号传递的电磁装置。
电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。
电机是实现能量转换和信号转换的电磁装置。
6/99
1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
同性相斥、异性相吸。 铁磁材料性质。
第一章 电机学基础知识
7/99
1.2 电机的基本原理
1) 磁场基本概念
磁通量Φ（单位：韦伯 Wb ） 垂直穿过某截面的磁感线总和。
磁通连续性定理—通过任意封闭曲面的磁通量等于零。
第一章 电机学基础知识
8/99
1.2 电机的基本原理
电机泛指所有实施电能特性变换的机械装置。电气工 程学科关注的电机，研究限于依据磁场耦合实现机电 能量转换和信号传递与转换的装置（电磁式电机）。
the devices used in the interconversion of electric and mechanical energy. Emphasis is placed on electromagnetic rotating machinery, by means of which the bulk of this energy conversion takes place. However, the techniques developed are generally applicable to a wide range of additional devices including linear machines, actuators, and sensors.
控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
斜率k1：
k1 1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
总阻转矩Ts变化时，Ua0∝Ts ，斜率k1保持不变。
因此对应于不同的总阻转矩Ts1 、 Ts2 、Ts3 、… ，可以 得到一组相互平行的调节特性。
n
Ua0 k1 –
–
始动电压 特性斜率
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义
始动电压Ua0 ：电动机处在待动而又未动临界状态时的电压。 Ua Ts Ra 由 n ，当n=0时，便可求得： 2 C e C e C t Ra U a U a0 Ts C t 由于Ua0∝Ts ，即负载转矩越大，Ua0越高。 控制电压从0到Ua0范围内，电机不转动，称为电动机的死区。
1.1 伺服电动机概述
自动控制系统对伺服电动机的基本要求： (1) 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电 压的改变能在宽广的范围内连续调节。 (2) 机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性 和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变 化关系； 调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。 (3) 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时 能立自行停转。 (4) 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地 伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。 这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅 速变化。
第1章 直流伺服电动机
1.1 伺服电动机概述 1.2 直流伺服电动机的原理 1.3 直流伺服电动机运行特性 1.4 直流伺服电动机的控制方式 1.5 直流伺服电动机的动态特性与特种电机 1.6 直流伺服电动机的PWM控制 1.7 直流伺服电动机的应用