微特電機(jī)論文

1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院微特電機(jī)與系統(tǒng)論文題 目： 對(duì)控制電機(jī)的認(rèn)識(shí) 課 程： 微特電機(jī)與系統(tǒng) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣0902 學(xué) 號(hào)： 091302212 姓 名： 黃亞飛 指導(dǎo)教師： 張建華 完成日期： 2012年06月07日 對(duì)控制電機(jī)的認(rèn)識(shí)控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用在各類自動(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。 控制電機(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。 雖然從基本原理來(lái)說(shuō)，控制電機(jī)與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)沒(méi)有本質(zhì)上的差別，但后者著重于對(duì)電機(jī)的力能指標(biāo)方面的要求，而前者則著重于對(duì)特性、高精度和快速響應(yīng)方面

2、的要求，滿足系統(tǒng)對(duì)它提出的要求?？刂齐姍C(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代軍事裝備中不可缺少的重要元件。 它的應(yīng)用范圍非常廣泛，例如，火炮和雷達(dá)的自動(dòng)定位，艦船方向舵的自動(dòng)操縱， 飛機(jī)的自動(dòng)駕駛，遙遠(yuǎn)目標(biāo)位置的顯示，機(jī)床加工過(guò)程的自動(dòng)控制和自動(dòng)顯示， 閥門(mén)的遙控，以及機(jī)器人、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、醫(yī)療設(shè)備、錄音錄像設(shè)備等中的自動(dòng)控制系統(tǒng)。下面以雷達(dá)掃描及自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的過(guò)程為例，具體說(shuō)明控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中所起的作用和所處的地位。雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的原理線路如圖 1 所示。這個(gè)系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)。一種是當(dāng)雷達(dá)還沒(méi)有捕捉到飛機(jī)時(shí)，要由雷達(dá)操縱手操作，使天線旋轉(zhuǎn)去搜索飛機(jī)，這就是雷

3、達(dá)的搜索過(guò)程。 這時(shí)圖1 上的閘刀S合在位置。第二種狀態(tài)是當(dāng)天線捕捉到目標(biāo)時(shí)，把閘刀立即合向位置。這時(shí)雷達(dá)天線作自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)處于自動(dòng)跟蹤狀態(tài)。下面分別討論系統(tǒng)的這兩種狀態(tài)。圖 1 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)原理線路 1 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的搜索狀態(tài)在搜索飛機(jī)時(shí)，我們希望雷達(dá)天線按照要求在空間不斷旋轉(zhuǎn)，使雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)出的強(qiáng)大的電磁波束跟著天線的轉(zhuǎn)動(dòng)在空中進(jìn)行掃描。由于雷達(dá)天線又大又重，人是搖不動(dòng)的， 這時(shí)雷達(dá)操縱手只需要搖動(dòng)手把7，使自整角發(fā)送機(jī)1的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用， 就可使雷達(dá)天線 3 跟著自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角自動(dòng)地旋轉(zhuǎn)。發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)幾度， 天線也轉(zhuǎn)幾度； 發(fā)送機(jī)正轉(zhuǎn)，天線也正轉(zhuǎn)；發(fā)

4、送機(jī)反轉(zhuǎn)，天線也反轉(zhuǎn)。自整角接收機(jī)2的轉(zhuǎn)軸是和天線的轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)在一起的。自整角發(fā)送機(jī)和自整角接收機(jī)一般不單獨(dú)使用而是成對(duì)地使用。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角和接收機(jī)的轉(zhuǎn)角相等，也就是轉(zhuǎn)角差=- 等于零時(shí)，接收機(jī)的輸出電壓U1也等于零。當(dāng)轉(zhuǎn)角和不等時(shí)，接收機(jī)就有和轉(zhuǎn)角差成正比的交流電壓U1輸出。這樣，自整角接收機(jī)就好像自動(dòng)控制系統(tǒng)的眼睛一樣， 可以很靈敏地感覺(jué)出天線的轉(zhuǎn)角是否跟上自整角發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)角。當(dāng)跟上時(shí)，轉(zhuǎn)角等于轉(zhuǎn)角，沒(méi)有電壓輸出；當(dāng)沒(méi)有跟上，即轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角不等時(shí)，通過(guò)自整角接收機(jī)輸出電壓U1, 就可把轉(zhuǎn)角差測(cè)量出來(lái)，因此自動(dòng)控制系統(tǒng)中的自整角機(jī)被稱為敏感元件。假如雷達(dá)手向某一方向搖動(dòng)手輪 7，產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)角差

5、，這時(shí)自整角接收機(jī)就有交流電壓U1輸出，這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)交流放大器放大后，由環(huán)形解調(diào)器轉(zhuǎn)換成直流電壓U2， 并送入直流放大器放大，放大后的直流電壓U3被輸入到可控硅控制線路的差動(dòng)放大器， 去控制可控硅的導(dǎo)通和截止。當(dāng)可控硅VD1和VD4導(dǎo)通時(shí)，就有一定極性的信號(hào)電壓通入直流伺服電動(dòng)機(jī) 5，直流伺服電動(dòng)機(jī)就立即向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)手輪 7 向另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)， 電壓U1的相位就相反了， 因而使電壓U2、 U3的極性相反， 這時(shí)可控硅VD2和VD3導(dǎo)通， 通入直流伺服電動(dòng)機(jī)的信號(hào)電壓極性也隨之相反， 直流伺服電動(dòng)機(jī)就立即向另一方向旋轉(zhuǎn)。 這里直流伺服電動(dòng)機(jī)將電信號(hào)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 執(zhí)行了電信號(hào)所給予的控制任務(wù)

6、，所以常稱為執(zhí)行元件。直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后， 經(jīng)過(guò)變速箱 4 帶動(dòng)天線 3 旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也帶動(dòng)自整角接收機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)該是朝著天線和發(fā)送機(jī)之間的轉(zhuǎn)角差減小的方向旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角相等。這時(shí)U1、U2、U3都等于零，伺服電動(dòng)機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)角就能自動(dòng)地跟隨手輪而轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到手控天線的目的。為了改善自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)， 在系統(tǒng)中還采用了校正元件直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。 測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓U4與它的轉(zhuǎn)速n成正比， 并把它反饋到直流放大器中。整個(gè)控制系統(tǒng)的工作原理可以用圖 2 這樣的方框圖來(lái)表示。 圖上各個(gè)元件和實(shí)際線路對(duì)應(yīng)如下：圖 2雷達(dá)天線控制系統(tǒng)方框圖 敏感元件自整角發(fā)送機(jī)和接

7、收機(jī)。轉(zhuǎn)換元件放大器和解調(diào)器。放大元件直流放大器和可控硅控制線路。執(zhí)行元件直流伺服電動(dòng)機(jī)。校正元件直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。控制對(duì)象雷達(dá)天線。2 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤狀態(tài)當(dāng)雷達(dá)手從顯示器的熒光屏上看到雷達(dá)已經(jīng)捕捉到飛機(jī)以后，立即把閘刀S合向位置，系統(tǒng)就工作在跟蹤狀態(tài)。這時(shí)，雷達(dá)接收機(jī)收到從飛機(jī)反射回來(lái)的回波， 并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)直接輸入到放大器去控制天線的旋轉(zhuǎn)，此時(shí)天線不需要手控而自動(dòng)作跟蹤飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)。上述控制系統(tǒng)中所用的自整角發(fā)送機(jī)、自整角接收機(jī)、 直流伺服電動(dòng)機(jī)、 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)都屬于電機(jī)類型，統(tǒng)稱為控制電機(jī)?？梢钥闯?，這些電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起到了很重要的作用，是必不可少的元件。自動(dòng)控制系統(tǒng)

8、和它所用到的控制電機(jī)的關(guān)系是整體和局部的關(guān)系，是一對(duì)矛盾的兩個(gè)對(duì)立面。一方面控制電機(jī)的性能和作用要服從于整個(gè)系統(tǒng)對(duì)它的要求，控制電機(jī)性能好壞要看它能不能滿足系統(tǒng)的要求；另一方面控制電機(jī)的性能又直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能， 控制電機(jī)的性能不好或者使用不恰當(dāng)，整個(gè)控制系統(tǒng)的性能就無(wú)法提高；控制電機(jī)的革新又可以帶來(lái)整個(gè)系統(tǒng)的革新。既然自動(dòng)控制系統(tǒng)和控制電機(jī)是整體和局部的關(guān)系，因此，從事自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的技術(shù)人員，不但要了解控制系統(tǒng)的整體以及系統(tǒng)中各個(gè)元件的相互關(guān)系，而且對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)元件和控制電機(jī)也要熟悉，只有這樣，才能恰當(dāng)?shù)剡x擇和使用各種元件，并有可能了解整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)?？刂齐姍C(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中

9、的作用控制電機(jī)是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有執(zhí)行、檢測(cè)和解算功能的機(jī)電元件（既有機(jī)械又有電氣），普通電機(jī)主要注重電機(jī)力能方面的指標(biāo)，控制電機(jī)則著重于對(duì)特性、高精度和快速響應(yīng)方面的要求?？刂齐姍C(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域：現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代軍事裝備?？刂齐姍C(jī)的種類和特點(diǎn) 1 控制電機(jī)的種類控制電機(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(wú)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。照控制電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用，可以把控制電機(jī)分為：執(zhí)行元件和測(cè)量元件執(zhí)行元件（功率元件），主要包括：直

10、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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)：控制電壓 輸出信號(hào)：轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)的輸入信號(hào)：脈沖頻率 輸出信號(hào)：轉(zhuǎn)速測(cè)量元件（信號(hào)元件），主要包括：自整角機(jī)，交、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器自整角機(jī)的輸入信號(hào)：發(fā)送機(jī)和接收機(jī)之間的轉(zhuǎn)角差 輸出信號(hào)：電信號(hào)（輸出電壓）測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸入信號(hào)：轉(zhuǎn)速 輸出信號(hào)：電信號(hào)（輸出電壓）旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入信號(hào)：轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)角 輸出信號(hào)：電信號(hào)（輸出電壓）2 控制電機(jī)的特點(diǎn)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(lái)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

11、些電機(jī)與上面研究的控制電機(jī)有些什么不同呢?從所舉的例子中可以看出，日常生活和工作中遇到的電機(jī)一般是作為動(dòng)力來(lái)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(wèn)題是提高能量轉(zhuǎn)換的效率。 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。 眾所周知，自動(dòng)控制系統(tǒng)由成百個(gè)、成千個(gè)各種各樣的元件所組成， 每個(gè)元件都按照系統(tǒng)對(duì)它的特定要求而工作。因此，每個(gè)元件工作的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作。 為了使

12、整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠敏捷地、準(zhǔn)確地按照人們的要求而動(dòng)作，這就要求組成系統(tǒng)的每一個(gè)元件都要?jiǎng)幼餮杆?、?zhǔn)確和可靠。同時(shí)，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。另外，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(jiàn)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6 mm，長(zhǎng)度為 4 mm左右，耗電僅幾微瓦，重量只有十幾克。普通電機(jī)，主要任務(wù)：能量轉(zhuǎn)換 主要問(wèn)題：提高能量轉(zhuǎn)換的效率控制電機(jī)，主要任務(wù)：完成控制信號(hào)的傳遞和轉(zhuǎn)換 主要要求：運(yùn)行可靠、動(dòng)作迅速和準(zhǔn)確度高 使用范圍很廣，工作條件復(fù)雜 體積小、重量輕、耗電少發(fā)展特殊用途和特殊性能的控制電機(jī)目前，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，常用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，而它的輸出設(shè)備中又要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移，即實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)化。步進(jìn)電機(jī)的工作特性完全適應(yīng)這種要求，而且其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累，保證了系統(tǒng)斷續(xù)位移的精度，這就使步進(jìn)電機(jī)的研究得到較快發(fā)展。在數(shù)字計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備中，也有采用自整角機(jī)或旋