《计算机自动控制系统分析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机自动控制系统分析课件（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机自动控制系统,自动控制系统组成与电机控制 低压控制电器与选择 控制电气图,自动控制系统组成,动力执行部件 电动机 运动电机：直流电机、交流异步电机、交流同步电机 控制电机：步进电机、伺服电机 液压与气压 控制与保护回路 低压控制电器（空气开关、接触器、继电器、熔断器等） 控制逻辑与计算机 PLC、专用计算机（如DTC）、工控PC,电动机的选择与控制,电动机选择 满足机械运动的转矩和速度要求 根据负载计算转矩；由转矩和转速计算电机的功率；校核电机发热。 没有运动位置要求时，一般选择交流异步或同步电机（早期选择直流电机）；需要位置控制时，选择步进或伺服电机 需要考虑电机在不同转速下的转矩特性
2、，特别是低速转矩 电动机的控制目标 速度：各种电机都能够满足 转矩：直流电机、伺服电机 位置：步进电机、伺服电机,直流电机控制,速度控制 励磁控制法(改变励磁电流) 改变电枢电压(PWM调速) 改变电枢电阻 转矩控制 改变电枢电流 特点 速度与转矩分开控制，没有耦合，容易实现,交流电机控制,旋转磁场 方向控制 改变任意两相顺序 速度控制 转差率s 极对数p 频率f1 基频以下，电压频率比不变 基频以上，电压不变，磁通下降 转矩控制(定子相电压) 变频调速,交流变频控制,变频技术分类 交直交变频 交交变频 控制方式 V/f 控制：压频比控制 开环、精度低 矢量控制：模拟直流电机解耦控制 速度闭环
3、，一般采用编码器测速 直接转矩控制 高精度转矩控制,主要变频器厂家,国外 安川 Varispeed G5/G7 西门子 SIMOVERT MASTERDRIVERS 富士 G11S、P11S ABB ACS-550 三菱 FR E500 东芝 日立 爱默生 TD3000 国内 森兰 华为,动力线 L1、L2、L3 U、V、W 输入 正反转控制 STF、STR 速度控制（频率控制） RH、RM、RL 模拟输入 输出 报警输出 频率检测 模拟量输出 通信 RS485,三菱FR E500变频器,西门子MM440变频器,变频器选型,负载类型：恒转矩、恒功率、风机类 变频器功率值与电动机功率值相当时最合
4、适，以利变频器在高的效率值下运转。变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，略大于电动机的功率。当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。 变频器安装地点必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超过50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才能正常运转。,IMS交流伺服控制器,用途 用于交流异步电动机，实现伺服控制 通过编程，可以对电动机的位置、转速、加速度和转矩实行高性能的灵活控制 特点 采用位置控制方式，可以实现精确定位（
5、1个脉冲） 具有零伺服锁定功能 采用专用的QMCL语言进行编程控制，简单 具有通信功能，可以由PC、PLC、单片机等上位机进行控制和监测 丰富的输入输出口 16个数字输入、13个数字输出，2个模拟量输入、2个模拟量输出 RS232、RS422/485通信接口（可由上位机控制15个控制器） 单/双PG输入（双轴联动同步），脉冲输出 脉冲方向；A/B相脉冲 具有电子齿轮功能,IMS伺服控制器主回路连接,IMS伺服控制器控制回路连接,IMS伺服控制器编程,在PC上用编辑器编写IMS语言代码 用专用的编译工具转换成IMS中间代码 人工或通过RS232将中间代码传到控制器,交流同步电机,工作原理 定子（
6、电枢绕组）：通入三相交流电，产生旋转磁场 转子（励磁绕组）：通入直流电，产生磁场 定子磁场与转子磁场异性相吸，使得转子与定子磁场同步旋转 调速方式 极对数 三相交流电频率,步进电机控制,步进电机（脉冲电机，输入为脉冲电压，不是交流/直流电源） 将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行机构。 对电机施加一个电脉冲，转轴转过一个角度（一步） 脉冲数增加，位移增加；脉冲频率提高，速度提高；分配脉冲的相序改变，方向改变 特点 控制特性好：速度取决于脉冲频率，位移取决于脉冲数量 误差不累计，步距角不受干扰影响，具有良好的跟随性：一个脉冲一个角度 动态响应快，易于启动、停止，正反转，调速 精度比较差，存在失步
7、和震荡现象,步进电机原理,U相通电：转子齿1、3吸引到定子U极 V1/V2定子齿与转子齿2、4错开30度 V相通电：转子顺时针转30度，与V相定子对齐 W1/W2定子齿与转子齿1、3错开30度 W相通电：转子顺时针转30度，与W相定子对齐 U1/U2定子齿与转子2、4错开30度 U/V/W轮流通电，磁场转一周，转子转一个齿距 转子4个齿，齿距角90度（步距角30度齿距角/相数）,步进电机通电方式与步距角,通电方式 单相轮流通电(三相三拍)：UVW U 双相轮流通电(三相双三拍)：UVVWWUUV 单双相轮流通电(三相六拍)： UUVVVWWWUU 步距角（定子通电一次，转子转过角度） 三相三拍
8、、三相双三拍：120/转子齿数（如转子齿数为40，则齿距角为3度） 三相六拍：60/转子齿数（如转子齿数为40，则齿距角为1.5度）,步进电机控制系统,控制系统组成 控制器：产生指定频率的电脉冲信号 环形分配器：将电脉冲信号按一定顺序加到电机的各相绕组 功率放大器：使电机能够输出足够的功率 步进电机：执行机构 控制内容 位置控制、速度控制、方向控制,伺服电机,将输入的电压信号（控制电压）转变为转轴的角位移或角速度输出 改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。 伺服电机类型 直流伺服电机：他励直流电动机 。控制电压可以加在定子绕组，也可以
9、加在转子绕组。 交流伺服电机：两相异步电动机 ，转子采用永磁材料，而定子装有两个在空间相差90度的绕组：励磁绕组和控制绕组,交流伺服电机,控制绕组的电压大小决定其旋转速度，电压极性决定旋转方向。 幅值控制。通过改变控制电压的大小来控制电机转速。 相位控制。通过改变控制电压与励磁电压之间的相位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅值保持不变。 幅值相位控制。综合幅值和相位控制。 采用伺服驱动器控制 接收计算机或PLC输出的脉冲信号控制电机的转速和转动方向 检测编码器的脉冲输入,伺服电机控制方式,控制方式 速度控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机的速度。 位置控制方式：由外部输入的脉冲
10、确定电机转动角度。 转矩控制方式：由外部输入的模拟量确定伺服电机的输出转矩。 内部设定速度控制方式：由外部输入的开关量选择内部定义的伺服电机速度。 脉冲输入方式 符号脉冲方式 CW脉冲（正转）CCW脉冲（反转）方式 A相B相正交脉冲方式,各种电机控制方式,直流电机 直流电机控制器（模拟量+开关量，数字控制） 交流电机 变频器（模拟量+开关量，数字控制） 步进电机 脉冲输出+步进电机控制器 伺服电机 脉冲输出+伺服电机控制器,液压（气动）控制,液压系统组成 动力元件：液压泵 执行元件 ：液压缸和液压马达 控制元件：电液伺服阀和电液比例阀等 放大器 （使能、电压）,低压控制电器,概念 对电动机和生
11、产机械实现控制和保护的电工设备叫做控制电器。 分类 手动电器：动作由工作人员手动操纵的，如刀开关、组合开关、按钮等。 自动电器：动作根据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，如各种继电器、接触器、行程开关等。,刀开关,刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。 一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。,安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。在垂
12、直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装，否则会因闸刀松动自然落下而误将电源接通。 刀开关的选用主要考虑回路额定电压、长期工作电流以及短路电流所产生的动热稳定性等因素。刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。 用于直接起停3 kW及以下的三相异步电动机时，刀开关的额定电流必须大于电动机额定电流的3倍。,刀开关的使用,按额定电压选 刀开关额定电压刀开关工作电压 按额定电流选 刀开关额定电流刀开关工作电流。如电路中有电动机，工作电流应按电动机起动电流计算 按热稳定和动稳定校验 最大允许电流三相短路冲击电流,刀开关的选型,组合开关又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开关，主要用于
13、接通或切断电路、换接电源、控制小型电机的起动、停止、正反转或局部照明、改变工作方式等。 组合开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。 一般安装在操作台上,组合开关,按钮主要用于远距离操作继电器、接触器接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。 按钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点（动合触点）两种。常闭触点是按钮未按下时闭合、按下后断开的触点。常开触点是按钮未按下时断开、按下后闭合的触点。按钮按下时，常闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，依靠复位弹簧使触点恢复到原来的位置。 常开触点用于启动、
14、常闭触点用于停止 一般安装在操作台或控制柜门上，有些按钮还自带指示灯，表示所控制接触器的闭合状态(红色用于闭合，绿色用于断开)。 急停按钮，按下后闭合，松开后不会自动恢复，需要旋转一定角度才恢复,按钮,熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用（俗称：保险）。 按分断范围分： “g”类。在规定条件下，能分断使熔断体熔化的电流至额定分断能力之间的所有电流 “a”类。在规定条件下，能分断示于熔断体熔断时间-电流特性曲线上的最小电流至额定分断能力之间的所有电流 按使用类型分 “G”类。.一
15、般用途的熔断体，即保护配电线路用 “M”类。保护电动机回路的熔断体 “Tr”类。保护变压器的熔断体,熔断器,电灯支线：额定电流支线上所有电灯工作电流之和。 一台电动机：额定电流电动机的起动电流2.5 或(1.52.5)电动机的额定电流 如果电动机起动频繁，则：熔体额定电流电动机的起动电流(1.62) 几台电动机合用：额定电流=(1.52.5)容量最大电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和 熔断器的极限分断能力应大于或等于所保护电路可能出现的短路电流值 上一级熔断器的熔断时间至少是下一级的3倍,熔断器选型,是一种没有灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离电源，在分闸状态时有明
16、显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。 无专门灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。 在电路已被断路器断开情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重设备和人身事故。 一般配合断路器使用 刀开关就是一种低压隔离开关,隔离开关,断路器又叫自动空气开关或自动开关 一般用于主回路的总电源开关或分支回路电源开关，代替早期的刀开关。 具有人工闭合与断开、自动断开的能力。正常情况下，依靠人工闭合或断开回路，一旦出现短路、过流、欠压等故障，可以自动断开，切断回路，保护控制系统与设备。 额定电流和额定电压应不低于控制线路中设备正常工作电流和工作电压，
17、极限通断能力应不低于电路的最大短路电流。,断路器（空气开关）,类型 热磁型（过载与短路保护）和电磁型(短路保护) 额定电压与电流 线路额定电压和线路计算负荷电流(1.2到2倍) 断路器脱扣器额定电流线路计算负荷电流 断路器欠压脱扣器额定电压=线路额定电压 断路器分励脱扣器额定电压=控制电源电压 断路器通断能力 线路中可能出现的最大短路电流 辅助触点类型 故障触点、短路触点、瞬动触点（通断状态变化） 整定电流(电机保护用) 长延时电流整定值等于电动机额定电流 6 倍长延时电流整定值的可返回时间电动机起动时间 瞬时整定电流：笼型电动机，(8 15)倍电动机额定电流；绕线电动机，(3 6)倍电动机额定电流,
