清华大学自动控制系统及应用第2章.ppt

第2章 自动控制系统的基本部件 （时间：4次课，8学时） 第2章 自动控制系统的基本部件 自动控制系统是由执行元件、检测元件、放大元件、校正元件等组成。正确选用和合理配置组成系统的各类元(部)件才能保证系统的正常运行及运行的质量，因此应对构成系统的基本部件有一个概括的认识。本章将介绍控制系统中常见的检测元件、执行元件、功率放大元件及有关线路。 第2章 自动控制系统的基本部件 2.1 常用的检测元件 2.2 伺服电动机 2.3 晶闸管直流交流调压电路 2.4 大功率晶体管脉宽调制(PWM)型直流调压电路 2.5 正弦脉宽调制的交—直—交变压变频电路 2.6 常用的调节器 2.1 常用的检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1 常用的检测元件 所谓检测元件，简单地说，就是能将一种物理量(通常称为被测量)按照某种规律转换成容易处理的电信号的元件。它的基本功能就是检测和转换。在自动控制系统中，被测量的检测精度将直接影响系统的控制精度。因此，检测元件是自动控制系统中的一个重要部件。下面主要介绍温度、位置和调速系统中常用的检测元件。 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 2.1.1 温度检测元件 3. 非接触式测温 辐射温度计是利用从物体表面辐射出来的热辐射进行非接触式温度测量的。例如红外测温就是常用的一种辐射测温装置。它的工作原理：自然界中任何本身温度高于绝对零度的物体都有红外辐射(俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线)，物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。图2.4即为一红外测温仪结构示意图。它由光学系统、调制器、红外检测元件、放大器、指示器等部分组成。 光学系统能将被测物体的辐射聚焦在灵敏的检测元件上，光学系统可分透镜式和反射式两种。调制器是把红外辐射调制成交变辐射的装置。因为系统对交变信号处理较易，且能取得高信噪比。红外检测元件是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件，用来检测物体辐射的红外线能量。检测结果经放大器放大后由指示器显示。 红外测温的优点是，非接触测温，反应速度快，灵敏度高，测温范围广(一般为0oC~2000oC)。其缺点是系统较复杂，安装调试维护较费事，成本高。 2.1.1 温度检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.2 线位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 3. 光电编码盘 光电编码盘是一种按角度直接进行编码的码盘式角度—数字转换器。其核心部件是编码盘。编码盘是一种按一定编码形式(如二进制编码、循环码编码等)来分辨角度位移的圆盘。图2.10为一个四位二进制编码盘。它的制作方法是：首先将圆盘按角度分为m等分(图中)，并分成n个同心圆环(图中)，各圆环对应着编码的位数，称为码道。内圆环对应编码的高位，外圆环对应编码的低位。然后将个(图中为64个)扇形区，按二进制编码，划分为透明(白色)部分和不透明(黑色)部分，透明(白色)部分表示“0”，不透明(黑色)部分表示“1”。由这些不同的黑、白区域的排列组合即构成了与角位移位置相对应的数码。如“0000”对应“0”号角度位，“0100”对应“4”号角度位。 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.3 角位移检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.1.4 转速检测元件 2.2 伺服电动机 2.2.1 直流伺服电动机 2.2.2 交流伺服电动机 2.2 伺服电动机 在自动控制系统中，作为执行元件的伺服电动机，其作用是将控制电压信号转换成转轴上的角位移或角速度输出，通过改变控制电压的极性和大小来变更伺服电动机的转向和角位移或角速度。同时带动一定的负载，去完成控制系统所要求的功能。 常用的伺服电动机有两大类，以交流电源