控-制-電-機(jī)-第1章緒論講解材料

控制電機(jī)高等學(xué)校“十一五”精品規(guī)劃教材緒論

0.1控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用0.2控制電機(jī)的種類和特點(diǎn)0.3如何學(xué)習(xí)“控制電機(jī)”這門課程1.1控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用著重于對(duì)電機(jī)的力能指標(biāo)方面的要求。

在各類自動(dòng)控制系統(tǒng)、遙控和解算裝置中，需要用到大量的各種各樣的元件?？刂齐姍C(jī)就是其中的重要元件之一。它屬于機(jī)電元件，在系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測(cè)和解算的功能。

普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于對(duì)特性、高精度和快速響應(yīng)方面的要求，滿足系統(tǒng)對(duì)它提出的要求?？刂齐姍C(jī)1.2控制電機(jī)的種類和特點(diǎn)

控制電機(jī)的種類很多，除了自整角機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和測(cè)速發(fā)電機(jī)外，還有交流伺服電動(dòng)機(jī)、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、無刷直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。根據(jù)它們?cè)谧詣?dòng)控制系統(tǒng)中的作用，可以作如下的分類。

1.2.1控制電機(jī)的種類

1.執(zhí)行元件(功率元件)

主要包括直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電機(jī)等。這些電動(dòng)機(jī)的任務(wù)是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度以及直線位移和線速度，并帶動(dòng)控制對(duì)象運(yùn)動(dòng)。理想的直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)的關(guān)系如圖1-3所示，轉(zhuǎn)速和控制電壓的關(guān)系成正比關(guān)系，而轉(zhuǎn)速的方向由控制電壓的極性來決定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖電壓的頻率成正比，如圖1-4所示。圖1-3伺服電動(dòng)機(jī)的控制特性圖1-4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制特性

2.測(cè)量元件(信號(hào)元件)

測(cè)量元件包括自整角機(jī),交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。它們能夠用來測(cè)量機(jī)械轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角差和轉(zhuǎn)速，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為敏感元件和校正元件。自整角機(jī)可以把發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間的轉(zhuǎn)角差轉(zhuǎn)換成與角差成正弦關(guān)系的電信號(hào)。測(cè)速發(fā)電機(jī)可以把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，它的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)角成正、余弦或線性關(guān)系。

人們?cè)谌粘５墓ぷ骱蜕钪幸步?jīng)常要用到電機(jī)，例如電燈所用的電是由發(fā)電機(jī)發(fā)出的，抽水機(jī)要用電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)，工廠里車床要用電動(dòng)機(jī)才能旋轉(zhuǎn)，手電鉆里裝的也是電機(jī)。這些電機(jī)與上面研究的控制電機(jī)有些什么不同呢?1.2.2控制電機(jī)的特點(diǎn)

①日常生活和工作中遇到的電機(jī)一般是作為動(dòng)力來使用的，它們的主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它們的主要問題是提高能量轉(zhuǎn)換的效率。②控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，只起一個(gè)元件的作用，其主要任務(wù)是完成控制信號(hào)的傳遞和轉(zhuǎn)換，而能量轉(zhuǎn)換是次要的。根據(jù)它們使用的場(chǎng)合及所完成任務(wù)的特點(diǎn)，決定了對(duì)它們的主要要求是運(yùn)行可靠、動(dòng)作迅速和準(zhǔn)確度高。

③控制電機(jī)的使用范圍很廣，從地下、水面、海洋到高空、太空以至原子能反應(yīng)堆等地方都在使用，而且工作環(huán)境條件常常十分復(fù)雜，如高溫、低溫、鹽霧、潮濕、沖擊、振動(dòng)、輻射等，這就要求電機(jī)在各種惡劣的環(huán)境條件下仍能準(zhǔn)確、可靠地工作。

④很多使用場(chǎng)合(尤其在航空航天技術(shù)中使用)還要求控制電機(jī)體積小、重量輕、耗電少，所以我們常見到的控制電機(jī)很多都是體積很小的微電機(jī)。像電子手表中用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直徑只有6mm，長(zhǎng)度為4mm左右，耗電僅幾微瓦，重量只有十幾克。1.３如何學(xué)習(xí)“控制電機(jī)”這門課程

控制電機(jī)的種類雖然很多，可以列舉出數(shù)十種來，但是這些電機(jī)的基本原理都是建立在以下兩個(gè)基本規(guī)律的基礎(chǔ)上的：一是電磁轉(zhuǎn)化規(guī)律，就是在一定條件下電和磁可以相互轉(zhuǎn)化；二是電流在磁場(chǎng)中要受到力的作用。

在學(xué)習(xí)每一種電機(jī)時(shí)，要掌握重點(diǎn)。每一種電機(jī)牽涉的問題也很多、很廣，要集中精力掌握一些基本規(guī)律和一些主要的理論，對(duì)一些枝節(jié)問題可不必過于深究。

由于各種控制電機(jī)的原理都是建立在基本的電磁規(guī)律基礎(chǔ)上的，因而它們之間不是孤立的，它們既有共性，也有個(gè)性。在以后學(xué)習(xí)中就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一種電機(jī)與另一種電機(jī)之間在電磁關(guān)系上、在基本特性上有很多相同之處，但它們各自又具有與眾不同的特點(diǎn)。因此，在學(xué)習(xí)時(shí)也要用辯證法的觀點(diǎn)來學(xué)，將各種控制電機(jī)聯(lián)系起來，著重分析和掌握一些共同規(guī)律，同時(shí)也要研究每個(gè)電機(jī)所具有的特殊性質(zhì)。

對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生來說，今后的工作中主要是使用控制電機(jī)，所以通過本門課程主要是學(xué)習(xí)控制電機(jī)的特性和使用方法。但同時(shí)我們還需要學(xué)習(xí)電機(jī)的