传感器和执行器
自控元件知识点总结
自控元件知识点总结一、概念自控元件是指能够接受输入信号，并通过内部的控制电路进行处理，输出相应的控制信号，从而实现对被控对象的控制。
自控元件可分为传感器、执行器和控制器等多种类型。
其中，传感器用于检测被控对象的状态或参数，并将其转换为电信号输出；执行器则根据控制信号执行相应的动作；控制器则用于对输入信号进行处理，并产生相应的控制信号，实现对被控对象的控制。
二、分类根据自控元件的功能和应用场合，可以将其分为多种不同的类型。
按照功能来看，自控元件可分为传感器、执行器和控制器。
按照工作原理来看，自控元件可分为电气类、机械类、液压类、气动类等。
按照应用场合来看，自控元件可分为工业自动化控制、家用电器控制、汽车控制等。
另外，根据自控元件的工作原理和结构特点，还可将其进一步分为电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路等多种类型。
三、工作原理传感器是自控元件中最为重要的部分之一。
传感器的工作原理主要包括感应原理、光电原理、电化学原理、声波原理等。
感应原理是指利用电磁感应现象或压电效应将被控对象的参数变化转换成电信号输出。
光电原理是指利用光电元件的反射、透射或吸收等特性将被控对象的参数变化转换成光信号输出。
电化学原理是指利用被控对象的化学反应过程产生的电流或电压来输出相应的电信号。
声波原理是指利用被控对象的声波振动产生的压电效应将其转换成电信号输出。
执行器的工作原理主要包括电磁原理、压电原理、电动机原理等。
电磁原理是指通过电磁场产生的力矩或位移来实现动作输出。
压电原理是指利用压电效应对被控对象进行加压或变形的输出。
电动机原理是指通过电流产生的磁场力来实现执行器的动作输出。
控制器的工作原理主要包括逻辑控制原理、比例控制原理、微分控制原理等。
逻辑控制原理是指通过逻辑门电路实现对输入信号的处理，并产生相应的开关控制信号。
比例控制原理是指根据输入信号和设定值之间的比例关系，通过放大或减弱控制信号来实现对被控对象的控制。
从事自动化行业必须了解的基本术语
从事自动化行业必须了解的基本术语自动化行业是当今科技发展的重要领域之一，涵盖了广泛的应用和技术。
作为从事这一行业的人员，了解基本术语是必不可少的。
本文将介绍自动化行业中必须了解的基本术语，让我们一起来了解一下吧。
1. 控制系统：控制系统是自动化行业的核心概念之一。
它包括传感器、执行器、控制器和通信网络，用于监测和控制生产过程中的各个参数。
2. 传感器：传感器在自动化系统中发挥着重要的作用，用于监测和感知物理量和参数，如温度、压力、位移等。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器和光电传感器。
3. 执行器：执行器是控制系统中的关键组件，用于执行控制系统的指令。
例如，电动机可以作为执行器，控制工业机械的运动。
4. PLC：PLC是可编程逻辑控制器的缩写，是一种用于工业自动化控制的电子设备。
PLC能够根据预设的程序进行逻辑运算和控制，实现对设备或生产过程的自动化控制。
5. HMI：HMI是人机界面的缩写，用于人机交互和控制。
HMI可以通过触摸屏、键盘或鼠标等设备与控制系统进行交互。
6. SCADA：SCADA是监视、控制和数据采集系统的缩写，用于监测和控制远程设备和过程。
SCADA系统通过传感器和执行器与现场设备相连，将数据传输到中央控制台进行监视和控制。
7. DCS：DCS是分布式控制系统的缩写，是一种用于工业自动化的控制系统。
DCS系统将控制点分布在各个子系统中，每个子系统都有独立的控制器，实现对整个系统的控制。
8. OPC：OPC是开放式过程控制的缩写，是一种用于通信的标准。
OPC标准定义了一套相互兼容的接口和协议，使不同厂商的设备和软件能够进行数据交互和通信。
9. MES：MES是制造执行系统的缩写，用于生产过程管理和优化。
MES系统与ERP系统集成，实现对生产计划、质量管理和设备管理等过程的跟踪和控制。
10. 机器视觉：机器视觉是一种利用相机和图像处理技术进行自动检测和识别的技术。
机器视觉可以在生产过程中用于产品检验、物体定位等应用。
机器人智能控制方法
机器人智能控制方法引言随着人工智能技术的不断发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛。
机器人的智能控制是保证其正常运行和完成任务的关键。
本文将介绍几种常见的机器人智能控制方法，包括传感器与执行器的集成、数据分析与决策、深度学习等。
传感器与执行器的集成机器人智能控制的第一步是通过传感器获取环境信息，并将其与执行器相结合，实现智能控制。
传感器可以是视觉传感器、声音传感器、力传感器等，用于感知机器人周围的环境。
执行器可以是电机、液压缸等，用于控制机器人的运动。
通过传感器与执行器的集成，机器人可以根据环境信息做出相应的决策和动作。
数据分析与决策机器人智能控制的下一步是对传感器获取的数据进行分析，并做出相应的决策。
数据分析可以通过机器学习算法实现，包括聚类、分类、回归等。
通过对数据的分析，机器人可以识别环境中的物体、判断物体的位置和状态，并根据需要做出相应的决策。
例如，在工业生产中，机器人可以通过对产品的检测数据进行分析，判断产品是否合格，并根据判断结果进行相应的操作。
深度学习深度学习是机器人智能控制中的重要方法之一。
它通过构建深度神经网络模型，实现对大量数据的学习和分析。
深度学习在计算机视觉、语音识别等领域取得了重要的突破。
在机器人控制中，深度学习可以用于物体识别、动作规划等任务。
例如，机器人可以通过深度学习模型学习不同物体的特征，从而实现对物体的识别和抓取。
强化学习强化学习是一种通过试错来优化机器人控制策略的方法。
在强化学习中，机器人通过与环境的交互，根据反馈信号来调整自己的行为，以获得最大的奖励。
强化学习可以用于机器人的路径规划、动作决策等任务。
例如，在自动驾驶领域，机器人可以通过强化学习来学习最优的驾驶策略，以确保安全和高效的行驶。
人机交互人机交互是机器人智能控制的另一个重要方面。
通过与人的交互，机器人可以获取更多的信息，提高自己的智能水平。
人机交互可以通过语音识别、姿态识别等技术实现。
例如，在家庭服务机器人中，机器人可以通过语音识别技术理解人的指令，并根据指令做出相应的动作。
汽车 传感器与执行器
2. 传感器与执行器2.1 传感器有了形式各样的传感器，车载控制模块才能监控整个电气系统的工作状况，获得它想要得到的信息，并对系统的工作状况进一步作出有必要的调整。
传感器可以用来监测不同的物理属性值，比如：位置、速度、压力、温度等。
这些属性值最终均以电信号的形式与其他数据流一起，传送至控制网络。
2.1.1 信号1.信号的类型1）按照信号的波形图特征，传感器信号可以分为数字信号（Digital Signal）和模拟信号（Analog Signal）。
（1）数字信号 Digital Signal图2-1 数字信号波形图由于车载控制单元的基础是单片机，所有能接受的数字信号也是二进制信号，如图2-1所示。
二进制信号是电压信号，也叫方波信号，最大的特点是，随着时间的变化，电压值只在两个域值之间瞬间切换，并不存在过渡区，每一个电压值代表着一种状态。
（例如：Vmax表示开，Vmin表示关）。
虽然开关并不属于传感器，但开关信号是最简单的数字信号的例子，开关的状态无非有两种，打开和关闭；对应的电压信号值，就是12V（或5V）和0V。
（2）模拟信号 Analog Signal图2-2 模拟信号波形图模拟信号与电压信号最大的不同在于，随着时间的变化，输入的电压值是连续变化的，如图2-2所示。
在某一时刻的电压值，具体指的是什么状态，控制单元无法识别出来。
最简单的例子就是温度传感器：测量的时间不同，物体不同，那么测量的结果就是电压值在0―5V之间的任意值。
2）按照传感器类型的不同，传感器信号可以分为：电阻信号（Resistive Signal）、开关信号（Switches Signal）、和感应电压信号（Voltage Generating）。
（1）电阻信号 Resistive Signal随着机械位置发生改变，电阻值也跟着变化，这一类的传感器称为电阻传感器。
传感器的阻值发生变化，那么传感器上的电压也会随之变化。
控制模块通过监测传感器上的电压值变化，并与参考标志电压相比较，就可以知道测量值所代表的状态。
控制系统的基本组成与工作过程
控制系统的基本组成与工作过程控制系统是由各种元件和设备组成的，在工业自动化以及其他领域中发挥着重要的作用。
它可以对各种物理过程进行监控和控制，使得系统能够自动运行以实现预期的目标。
本文将介绍控制系统的基本组成和工作过程。
1. 控制系统的基本组成控制系统的基本组成包括传感器、执行器、控制器和信号传输系统四个部分。
1.1 传感器传感器是控制系统的输入设备，用于感知被控制对象的状态或参数，并将其转化为电信号。
传感器可以测量各种物理量，例如温度、压力、速度等，常见的传感器有温度传感器、压力传感器和光电传感器等。
1.2 执行器执行器是控制系统的输出设备，用于根据控制信号控制被控制对象的状态或参数。
执行器接收到来自控制器的命令后，将通过电、气或机械方式对被控制对象施加控制。
常见的执行器包括电动阀门、电机和液压缸等。
1.3 控制器控制器是控制系统的核心部分，负责对输入信号进行处理并发出控制指令。
控制器通常由一或多个计算机芯片或微控制器组成，通过算法和逻辑运算来实现对被控制对象的精确控制。
控制器可以根据事先设定的规则和算法，对输入信号进行处理和分析，并生成控制信号发送给执行器。
1.4 信号传输系统信号传输系统负责传递传感器采集到的信号和控制器生成的控制信号。
它通常由电缆、电线、总线或者无线传输等方式组成。
信号传输系统的可靠性和稳定性对于控制系统的正常运行至关重要。
2. 控制系统的工作过程控制系统的工作过程可以简要概括为感知、决策和执行三个过程。
2.1 感知过程控制系统首先通过传感器感知控制对象的状态或参数。
传感器将实时采集到的物理量转化为电信号，并将其发送给控制器。
感知过程的准确性和实时性对于控制系统的性能和稳定性起着重要的作用。
2.2 决策过程控制器接收到传感器采集到的信号后，将进行数据处理和分析。
控制器使用预先设定的控制算法和规则，对采集到的信号进行处理，并生成相应的控制信号。
控制器可以根据目标任务和要求，对输出的控制信号进行调整和优化。
运动控制技术及应用设计
运动控制技术及应用设计运动控制技术是一种能够控制运动参数、速度、角度、轨迹等的技术，广泛应用于工业、机械、航空、医疗、电子以及体育等领域。
运动控制系统主要包括传感器、控制器、执行器和运动控制算法等四个部分。
下面将结合工业机械应用设计实例，具体介绍运动控制技术及其应用设计。
一、运动控制技术详解1. 传感器传感器是运动控制系统中的输入信号设备，能够将机械设备的各种运动参数、状态等转换成电信号输出。
传感器种类繁多，常见的有位移传感器、角度传感器、加速度传感器、力传感器等。
通过传感器的采集，可以实时获取机械设备的运动参数，并将这些数据传输给控制器进行控制。
2. 控制器控制器是运动控制系统中的中央处理设备，负责接收并处理来自传感器的数据，根据预设的运动参数控制机械设备的运动状态。
控制器常见的类型有PLC（可编程逻辑控制器）、DSP（数字信号处理器）、FPGA（现场可编程门阵列）等。
控制器通过内部运动控制算法处理输入信号，输出控制指令，控制机械设备的运动。
3. 执行器执行器是运动控制系统中的输出信号设备，负责将控制器输出的控制指令转换成机械设备的运动状态。
执行器种类多样，常见的有电机、伺服电机、步进电机、液压/气动执行器等。
通过执行器的输出，可以精确控制机械设备的运动。
4. 运动控制算法运动控制算法是运动控制系统中的核心部分，负责控制机械设备运动的各种参数，如位置、速度、角度等，实现控制目标。
常见的运动控制算法包括比例积分微分（PID）控制算法、位置伺服控制算法、多轴插补控制算法等。
不同的运动控制算法适用于不同的机械设备及其运行状态，需要根据具体需求进行选择和优化。
二、工业机械应用设计实例以钣金切割机器人为例介绍运动控制技术及应用设计。
钣金切割机器人是一种能够自动完成钣金切割加工的工业机器人，通常需要通过运动控制技术进行控制。
具体实现过程如下：1. 采集数据借助位移传感器、角度传感器等传感器，采集切割机器人的各种运动参数，包括位置、速度、角度等。
工业机器人的典型结构
工业机器人的典型结构
工业机器人的典型结构包括机械臂、控制系统、传感器和执行器等基本部分。
其中：
1. 机械臂：是工业机器人的主要部分，通常包括可伸缩的臂、关节、末端执行器和触觉传感器等。
其结构复杂，设计灵活，能够执行各种不同的任务和功能。
2. 控制系统：是机器人的大脑，包括计算机、控制器和编程器等。
控制系统能够接收外部指令，对机械臂进行准确的控制和调度，调整机器人的运动和转向速度等。
3. 传感器：是机器人的“眼睛”和“耳朵”，能够感知环境和物体，通过视觉识别、声音识别、力量反馈和距离测量等方式获得信息，并传达给控制系统。
4. 执行器：是机器人的“手”和“脚”，能够根据控制系统的指令，执行各种不同的任务，比如移动、抓取、拆分、焊接和研磨等。
总之，工业机器人的典型结构是多种部件的综合体，具有复杂的功能和灵活的设计，能够满足不同领域和产业的机械化需求。
控制系统的基本模块
控制系统的基本模块控制系统是由多个基本模块组成的。
每个模块都扮演着不可或缺的角色，相互协作，共同实现对系统的控制。
本文将介绍控制系统的几个基本模块，包括传感器、执行器、控制器和反馈环节。
传感器是控制系统中的重要组成部分，它能够将物理量转换成电信号，以供控制器进行处理。
传感器的种类繁多，包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
它们能够实时地感知系统的状态，并将信息传递给控制器，为系统的控制提供准确的数据。
执行器是另一个重要的控制系统模块。
它能够根据控制器的指令，将电信号转换成机械动作，实现对系统的操作。
常见的执行器包括电动机、液压缸和气动阀等。
通过执行器，控制系统能够对系统进行精确的操作和控制。
控制器是控制系统的核心部分，它根据传感器提供的数据和系统的要求，进行数据处理和决策。
控制器可以是硬件设备，也可以是软件算法。
硬件控制器通常由微处理器或专用芯片组成，能够实时地进行数据处理和决策。
软件控制器则是通过编程实现的，能够根据特定的算法对数据进行处理和决策。
控制器的设计直接影响到控制系统的性能和稳定性。
反馈环节是控制系统中必不可少的一部分。
它能够实时地将系统的输出信息反馈给控制器，以便控制器对系统进行调节和修正。
反馈环节可以从传感器中获取系统的实际输出值，也可以通过比较系统的期望输出和实际输出来实现。
反馈环节的作用是使控制系统能够自动调节，使系统的输出能够接近期望值，提高系统的稳定性和精度。
除了以上几个基本模块外，控制系统还可以包括其他辅助模块，如信号调理模块、通信模块和电源模块等。
信号调理模块用于对传感器的信号进行放大、滤波和整形，以保证信号的质量和准确性。
通信模块用于控制系统与外部设备或其他系统之间的数据交换和信息传递。
电源模块则为控制系统提供电能，以保证系统的正常运行。
在控制系统的设计和实现过程中，各个基本模块之间的协作是至关重要的。
只有通过合理的模块选择和配置，才能实现对系统的精确控制。
同时，每个模块的性能和稳定性也会直接影响到整个控制系统的性能。
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线圈
锯齿状/片状轮子
感应式脉冲发生器
元件测试
感应式脉冲发生器的电压输出可用以下仪器检测： - 电压表，设置为AC档 - 汽车示波器
线圈阻抗可用欧姆表检测
霍尔效应传感器
功能描述
来自控制单元的电压供应: 5 V 或 12 V 带缺口的轮子 从正到负通过传感器的电流பைடு நூலகம்
磁铁
信号线上的电压： 5V, 10 V 或12 V
5V
?V 信号电压 5
信号地线 (<0.2 Volts)
信号电 压
4 3
参考接地 (<0.2 Volts)
温度传感器
2 1
当温度升高，信号线上的电压逐渐 下降。
25
50
75
100
温度 (°C)
控制电路: NTC 电阻器
发动机温度传感器
发动机控制模块
微处理芯片
12V
5V
信号电 压
信号接地 (<0.2 Volts)
空气流量传感器
空气流量传感器
MAF传感器由下面主要部件组成： • 集成控制模块 • 带感应元件的热线电阻器
12 v
5v
0v
信号 (?v) 集成控制模块 热线感应元件
气流
空气流量传感器
MAF传感器控制模块保持热线的温度在一个特定的温度（标准值为100 °C ）上，此温度高 于进入发动机的空气温度。 当空气的速率增加，吹风冷却效应在热线上发生..... 控制模块增加通过热线上的电流..... 信号电压输出增加. 12 v 5v 0v 信号 (?v) 集成控制单元 热线感应元件
+
_
最小峰值
感应式脉冲发生器
功能描述
信号电压和频率也受以下因素影响: 永久磁铁与轮子的空气间隙 轮子的状况 磁铁的磁力 线圈的阻抗 频率 (Hz)
峰峰电压
感应式脉冲发生器
功能描述
Ω?
这因素会导致弱信号或甚至没有信 号产生。
+
_
感应式脉冲发生器
传感器配线和元件标记
元件标记 感应式脉冲发生器通常用下面符号图来表示： 屏蔽线 第三根线接地，屏蔽电压信号以免受到外部干扰。 配线
诊断：电位计2的电压总是电位计1的电 压的一半。
加速踏板下压
加速踏板释放
压力传感器
压力传感器类型: • 压电电阻 • 电容式 • 应变计 应用例子: • 进气歧管压力传感器 • 充气压力 • 环境空气压力 •燃油压力器 （汽车和柴油） •轮胎压力监测器 • 侧面碰撞传感器 (SRS) • 空调制冷剂
参考接地 (<0.2 Volts)
温度传感器 发动机控制模块里的微处理芯片将传感器 “ 信号 ” 接地与参考接发对比，以保证信 号电压准确。
可变电阻器: 电位计
电压 5 4 3 2 1
传感器 接地 信号 电压 5 Volt 供应
最小
最大
可变电阻器: 电位计
电位计以下面符号表示:
矩形代表电位表
地线
进气歧管压力传感器 燃油压力传感 器
压力传感器
在电路图里,压力传感器用下面符号表示：
P
U = 电压 P = 压力
U
压力传感器通常会有三条电线接头，分别如下： • 供应电压线 (5 伏特) • 地线 • 信号输出线 (0-5 伏特)
压力传感器
信号电压输出
自然吸气发动机MAP(歧管绝对压力)传感器信号输出例 子： • 发动机怠速时 – 大约 1.2 伏特 • 快速加速 – 大约 4-5 伏特 • 发动机静止时 – 大约 5 伏特 涡轮发动机MAP传感器信号输出例子： • 发动机怠速时 – 大约 2.4 伏特 • 快速加速 – 大约 4-5 伏特 • 发动机静止时 – 大约 2.5 伏特
信号线
5V 供电
同一单元可可能安装两个电位计
电位计应用
EOBD 汽车在加速踏板位置传感器上有两个电位计。
电位计 1
电位计 2
加速踏板位置传感器电路符号 加速踏板位置传感器
电位计的应用
5 加速踏板位置传感器电压 4 传感器电 3 压 2 1
电位计 1 电位计 2 加速踏板位置传感器电压升高 加速踏板位置传感器电压下降 怠速
霍尔效应传感器 缺口
传感器地线 (通常经过控制单元)
霍尔效应传感器
功能描述
来自控制模块的电压供应: 5 V 或 12 V 当轮子旋转，缺口移动磁铁和霍尔传 感器之间
现在电流从信号线流向传感器 地线 信号线电压5V, 10 V 或 12 V 信号线上电压下降到0
磁铁
磁力线作用于传感器
传感器地线 (通常经过控制单元)
产生交流电流和电压 (AC) 监测旋转部件的速度和位置 通常应用:
发动机转速/曲轴位置传感器 车轮速度传感器 (ABS).
感应式脉冲发生器
功能描述
永久磁铁 包围永久磁铁的线圈
磁力线
锯齿状轮子
感应式脉冲发生器
功能介绍 电流
电压
+
_
感应式脉冲发生器
功能描述
轮子的不断旋转产生正弦波 当轮子速度增加， “ 峰峰 ” 电压和 信号频率也会增加。 频率 (Hz) 最大峰值
霍尔效应传感器
功能描述
这在信号线上产生一个电压开关
5 Volts
0 volts
可变电阻器: 热敏电阻
通常指NTC 电阻器， NTC 代表负向温度系数（ Negative Temperature Coefficient）。当温度上升，阻抗下降。
° C
100 1500 75 1000 50 25 500 100 25 50 75 100 欧姆 (Ω) 阻抗 2000
实际信号输出取决于传感器的实际使用。参阅厂家测试数据是非常必要的。
空气流量传感器
空气流量传感器 (MAF)辨别进入发动机空气的数量。 这信号的输出被发动机管理系统用作不同的功能，具体功能取决于传感器的应用。 例子如下： 汽车发动机: • 判断进入发动机的空气数量，作为燃油输入最主要的计算参考 柴油发动机: • 判断进入发动机的空气数量，从而监测EGR 大多 MAF 传感器是“热线”式:
温度 (°C)
NTC 电阻器: 应用
进气温度传感器 环境空气温度传感器 发动机冷却温度传感器
° C
100 1500 75 1000 50 25 500 100 25 50 75 100 欧姆 (Ω) 阻抗 2000
温度 (°C)
控制电路: NTC 电阻器
发动机冷却温度传感器
发动机控制模块
微处理芯片
传感器和执行器
汽车电子系统使用大量的传感器和执行器。传感器包括： • 感应式脉冲发生器 • 霍尔效应开关 • 可变电阻器 • 压力传感器 • 空气流量传感器 • 氧气传感器
传感器和执行器
汽车电子系统使用大量传感器和执行器。执行器包括： • 电磁阀 • 马达 • 压电晶体喷油嘴
感应式脉冲发生器
功能描述