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第1章绪论第1章绪论1.1控制电机的分类及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”这门课程第1章绪论电机变压器直流电机直流发电机直流电动机交流电机控制电机同步电机同步发电机同步电动机异步电机异步发电机异步电动机控制电机：是一种以电磁感应原理和电磁力定律为基本工作原理将电讯号转换为机械讯号的机械装置。（反之）第1章绪论微控电机:由驱动微电机和控制电机构成，简称为微控电机.微控电机：对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，要求反应快、精度高、运行可靠等等。在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。第1章绪论1、驱动微电机:用来拖动各种小型负载,功率一般都在750W以下,最小的不到1W,因此外形尺寸较小,相应的功率也小,本章主要介绍单相异步电动机,微型同步电动机,直线电动机、无刷直流电动机。2、控制电机:在自动控制系统中对信号进行传递和变换,用做执行元件或信号元件.要求有较高的控制性能,如:反应快,精度高,运行可靠等等.本章主要介绍伺服电动机,步进电动机,旋转变压器,自整角机和测速发电机、开关磁阻电动机。第1章绪论1.1控制电机在自动控制系统中的作用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。第1章绪论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，雷达、航运、机床加工过程的自动控制和自动显示第1章绪论图1-1雷达天线控制系统原理线路第1章绪论1.1.1雷达天线控制系统的搜索状态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章绪论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。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。第1章绪论敏感元件——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。第1章绪论图1-2雷达天线控制系统方框图第1章绪论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。第1章绪论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。第1章绪论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。第1章绪论1.2控制电机的种类和特点1.2.1控制电机的种类控制电机的种类很多，除了自整角机、直流伺服电动机和测速发电机外，还有交流伺服电动机、交流测速发电机、旋转变压器、无刷直流电动机、步进电动机等。根据它们在自动控制系统中的作用，可以作如下的分类。第1章绪论1.执行元件(功率元件)主要包括直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机和无刷直流电动机等。这些电动机的任务是将电信号转换成轴上的角位移或角速度以及直线位移和线速度，并带动控制对象运动。理想的直流伺服电动机和交流伺服电动机的转速与控制信号的关系如图1-3所示，转速和控制电压的关系成正比关系，而转速的方向由控制电压的极性来决定。步进电动机的转速与脉冲电压的频率成正比，如图1-4所示。第1章绪论图1-3伺服电动机的控制特性第1章绪论图1-4步进电动机的控制特性第1章绪论2.测量元件(信号元件)测量元件包括自整角机,交、直流测速发电机和旋转变压器等。它们能够用来测量机械转角、转角差和转速，一般在自动控制系统中作为敏感元件和校正元件。第1章绪论图1-5自整角机的控制特性第1章绪论图1-6测速发电机的控制特性第1章绪论图1-7旋转变压器的控制特性第1章绪论1.2.2控制电机的特点人们在日常的工作和生活中也经常要用到电机，例如电灯所用的电是由发电机发出的，抽水机要用电动机来带动，工厂里车床要用电动机才能旋转，手电钻里装的也是电机。这些电机与上面研究的控制电机有些什么不同呢?第1章绪论从所举的例子中可以看出，日常生活和工作中遇到的电机一般是作为动力来使用的，它们的主要任务是能量转换，发电机是把机械能转换成电能，电动机是把电能转换成机械能，它们的主要问题是提高能量转换的效率。控制电机在自动控制系统中，只起一个元件的作用，其主要任务是完成控制信号的传递和转换，而能量转换是次要的。根据它们使用的场合及所完成任务的特点，决定了对它们的主要要求是运行可靠、动作迅速和准确度高。第1章绪论众所周知，自动控制系统由成百个、成千个各种各样的元件所组成，每个元件都按照系统对它的特定要求而工作。因此，每个元件工作的好坏，直接影响到整个系统的工作。为了使整个自动控制系统能够敏捷地、准确地按照人们的要求而动作，这就要求组成系统的每一个元件都要动作迅速、准确和可靠。第1章绪论同时，控制电机的使用范围很广，另外，很多使用场合(尤其在航空航天技术中)还要求控制电机体积小、重量轻、耗电少，所以我们常见到的控制电机很多都是体积很小的微电机。像电子手表中用的步进电动机，直径只有6mm，长度为4mm左右，耗电仅几微瓦，重量只有十几克。第1章绪论1.３如何学习“控制电机”这门课程控制电机的种类虽然很多，可以列举出数十种来，但是这些电机的基本原理都是建立在以下两个基本规律的基础上的：一是电磁转化规律，就是在一定条件下电和磁可以相互转化；二是电流在磁场中要受到力的作用。第1章绪论由于各种控制电机的原理都是建立在基本的电磁规律基础上的，因而它们之间不是孤立的，它们既有共性，也有个性。在以后学习中就会发现，一种电机与另一种电机之间在电磁关系上、在基本特性上有很多相同之处，但它们各自又具有与众不同的特点。因此，在学习时也要用辩证法的观点来学，将各种控制电机联系起来，着重分析和掌握一些共同规律，同时也要研究每个电机所具有的特殊性质。第1章绪论今后的工作中主要是使用控制电机，所以通过本门课程主要是学习控制电机的特性和使用方法。但同时我们还需要学习电机的基本原理，因为对电机来说，其使用时的条件只是外因，电机之所以有各种特性的根本原因是在于电机本身的内部矛盾。我们要通过学习电机的基本原理，了解电机内部的基本矛盾，这样才能正确而主动地掌握控制电机的使用方法。