《工业系统驱动测量建模与控制上册 教学课件 ppt 作者 王孙安 任华 第1章和第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业系统驱动测量建模与控制上册 教学课件 ppt 作者 王孙安 任华 第1章和第2章（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工业系统的驱动、测量、建模与控制(上册),主编：王孙安,第1章 绪论 第2章 执行机构 第3章 低压配电常识 第4章 电气、液压、气动执行元件与驱动元件 第5章 电气、液压、气动控制元件 第6章 常用开关电器 第7章 通用测量仪器 第8章 常用元器件,第9章 直流稳压电源调试 第10章 传感器与信号调理电路 第11章 杠杆机构及力测量 第12章 温度测量 第13章 带轮传动机构及转速测量 第14章 螺旋机构及位移测量 第15章 蜗轮蜗杆机构及线位移 第16章 信号的数字显示 第17章 鼠标典型机电产品 第18章 磁盘驱动器典型机电产品,第1章 绪 论,1.1 工业系统的一般概念 1.2 工业系
2、统中的执行器和驱动器 1.2.1 执行器 1.2.2 驱动器 1.3 工业系统中的测量 1.4 阅读材料 1.4.1 几个术语 1.4.2 执行和驱动技术的发展 1.4.3 测量技术的发展,1.1 工业系统的一般概念,例1：电冰箱。电动机驱动压缩机转动，压缩机使冷媒受压缩并在管路里循环，在冰箱内部吸收热量，在冰箱外部释放热量。冰箱里有一个温度测量元件，不断地将测量到的温度信号送到控制器。控制器的工作是：将当前实测温度与设定温度进行比较，根据两者之差发出控制信号，起动或停止电动机，或者调节电动机的转速。在电冰箱这个工业系统中，电动机是驱动器，压缩机是执行器，温度测量元件和控制器是为实现温度控制而
3、引入的。,1.1 工业系统的一般概念,例2：电炉。电热器将电能转换成热能，可以用风机使空气对流，将热量传递到炉腔各处，使炉腔升温。送给电热器的电功率由开关或电力电子器件控制。用测温元件测量炉腔内各处的温度，将温度信号送到控制器，控制器将当前温度与设定温度值进行比较，据此发出控制信号，控制开关或电力电子器件工作。电热器、风机是执行器。如果通过管道送热，还可以用阀门改变流量，阀门可以根据控制指令改变开度大小，所以也可看作一个执行器。如果需要降温，排风扇或冷风机也是执行器。,1.1 工业系统的一般概念,例3：汽车。汽车发动机是驱动器，车轮可以视为执行器，普通汽车是由人驾驶的。发动机主轴输出的机械能经
4、过离合器、变速器、传动轴传送到驱动桥，然后再经过差速器分配给左右两个半轴驱动车轮。现代汽车中，为提高燃油利用率，发动机的燃油燃烧过程有专门的控制器进行控制，废气排放情况有专门的检测元件进行检测，将有关废气排放的信息送到发动机的控制器。,1.1 工业系统的一般概念,图1-1 工业系统中的驱动器和执行器,1.2 工业系统中的执行器和驱动器,1.2.1 执行器 1.2.2 驱动器,1.2.1 执行器,在工业系统中，执行器的作用是实现物理作用，使系统达到或保持某个状态。譬如，执行器工作而输出力、力矩、电功率、热量，结果是诸如位移、速度、加速度、姿态、流量、液位、温度等物理量的改变。执行器的输出动作由控
5、制器决定。,1.2.2 驱动器,为执行器提供能量或动力的是驱动器。一类驱动器将燃料中的化学能、自然界水力或风力转化成机械运动，自然界的这些能源统称为一次能源，这一类驱动器称为一次原动机，有时简称原动机，比如蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、燃气喷射发动机、水轮机、风车等。另一类驱动器主要是电动机，将电能转换成机械能。电能称为二次能源，这一类驱动器称为二次原动机。,1.3 工业系统中的测量,工业系统运行过程中，会产生各种物理量。譬如，有的工业系统含有运动装置，会产生力、力矩、位移、角位移、速度、角速度、加速度、角加速度的连续变化或断续变化。又如，有的工业系统含有热力学、化学或微生物学过程，会产生温度、
6、湿度、压力、流量、液位、物位、成分、pH值等的连续变化。,1.4 阅读材料,1.4.1 几个术语 1.4.2 执行和驱动技术的发展 1.4.3 测量技术的发展,1.4.1 几个术语,现在还没有一个公认的工业系统的定义，从本书涉及的范围不难看出，我们是在十分宽广的意义上使用这个术语。 驱动器、驱动元件、执行器、执行机构、执行元件、控制元件、测量元件等术语也没有被普遍接受的定义。,1.4.2 执行和驱动技术的发展,1.人的双手、人力和畜力 2.液压与气动 3.矿物燃料原动机 4.电气动力装置和执行器,1.人的双手、人力和畜力,在远古时期，人类在采集、狩猎中只能用自己的双手执行各种动作。人类的双手在
7、长期进化中发展出了某些高度的技巧，但受到生理因素的限制，难以完成现代工业中很多动作，譬如在高精密度和重复性等方面无法胜任。,2.液压与气动,工作机需要动力才能工作。除人力、畜力外，早期工作机的原动力就是水力和风力。排灌、锯木用的风车和水车、谷物加工用的风磨和水磨、船舶用的风帆等机械都以水力或风力为动力。风车和水轮机可以看作最早的气动马达和液压马达。,3.矿物燃料原动机,早期的工作机是用木材制作的，性能低，寿命短。近代开始用金属制造机器，引起了对金属的需求大量增加，冶炼业迅速发展。焦炭炼铁需要强有力的鼓风设备，生产锻铁需要锻炼炉，而蒸汽机行程次数的增加提出了对钢的需要，催生了铸钢、转炉炼钢和平炉
8、炼钢。,4.电气动力装置和执行器,从静电、静磁现象研究到电磁波现象证实麦克斯韦电磁理论，历经了1719世纪。在电磁理论基础上，从法拉第的实验电机模型到制成电动机，仅用了40余年。,1.4.3 测量技术的发展,度量衡有悠久的历史，“度”指计量长短，“量”指计量容积，“衡”指计量轻重。从人类社会开始有商品交换起，就需要对各种商品进行计量。手工业时期，度量衡所用的器具主要是各种尺、规、秤、斗之类。手工业中，几何量测量的目的主要是使尺寸合适，保证一件产品的几个零件能够顺利装配。,第2章 执 行 机 构,2.1 基本概念 2.1.1 几个常用术语 2.1.2 执行机构的基本作用 2.1.3 执行机构的分
9、类 2.1.4 执行机构的几个例子 2.2 带轮机构 2.3 链轮机构 2.4 齿轮机构 2.5 螺旋机构 2.6 蜗轮蜗杆机构 2.7 直线导轨 2.8 连杆机构,第2章 执 行 机 构,2.9 凸轮、棘轮和槽轮 2.9.1 凸轮推杆机构 2.9.2 棘轮机构 2.9.3 槽轮机构 2.10 机架,2.1 基本概念,2.1.1 几个常用术语 2.1.2 执行机构的基本作用 2.1.3 执行机构的分类 2.1.4 执行机构的几个例子,2.1.1 几个常用术语,在机械工程领域，具备以下三种特征的装置称为机器：第一，由两个以上实体组合而成；第二，实体之间以一定几何形状的表面互相接触，形成可动联接，
10、且各实体之间有确定的相对运动规律；第三，能够实现能量转换并输出机械功。仅仅具有前两种特征的装置称为机构，构成机构的实体称为构件，组成构件的实体称为零件，构件可以是一个零件，也可以是若干个彼此没有相对运动的零件联接而成。,2.1.2 执行机构的基本作用,执行机构的作用是输出机械运动、力或力矩。工业系统中，需要执行的运动形式除旋转运动和直线往复运动两大类外，还有摆动往复、各种平面或空间曲线运动。各种运动形式必须用执行机构来实现，不同运动形式之间还需要进行适当的转换，因此执行机构在实现运动时往往还必须完成运动转换和传递。,2.1.3 执行机构的分类,执行机构种类繁多，按不同的方法有不同的分类。按各运
11、动构件上各点的运动平面是否相互平行可分为平面机构和空间机构两类，平面机构如圆柱齿轮机构、平面连杆机构等，空间机构如锥齿轮机构、空间连杆机构等,2.1.4 执行机构的几个例子,执行机构输出运动、力或力矩，可以改变运动方向、速度，可以实现力的放大和反馈、几个零件间的运动同步、物料传送、远距传动等功能。以下给出一些机构应用的例子。不难看出，机构常常在完成执行功能的同时完成机械传动。 执行机构可以改变物体的位置或角位置，如炮管的方向角、方向舵的偏转角、阀门开口大小、机床刀架的进给量、飞机起落架的收放。,2.2 带轮机构,图2-1 摩擦型带轮机构的原理和几种截面形状 a) 平带 b) V形带 c) 多楔
12、形带 d) 圆形带 e) 原理图,2.2 带轮机构,图2-2 同步齿形带,2.3 链轮机构,图2-3 链轮机构,2.4 齿轮机构,图2-4 最常见的几种齿轮机构 a) 直齿圆柱齿轮 b) 斜齿圆柱齿轮 c) 交错轴斜齿轮 d) 直齿锥齿轮 e) 斜齿锥齿轮 f) 曲线齿锥齿轮 g) 齿轮齿条,2.5 螺旋机构,图2-5 螺旋杆机构 a) 滑动摩擦螺旋机构 b) 滚动摩擦螺旋机构,2.6 蜗轮蜗杆机构,图2-6 蜗轮蜗杆机构,2.7 直线导轨,图2-7 几种直线导轨 a) 矩形截面 b) 燕尾形截面 c) V形截面,2.8 连杆机构,图2-8 铰链四连杆机构 a) 原理图 b) 雷达天线俯仰角调
13、整机构 c) 缝纫机脚踏板机构,2.8 连杆机构,图2-9 双曲柄机构用作机车车轮,2.8 连杆机构,图2-10 平面四杆机构演变出的几种机构 a) 曲柄滑块机构 b) 曲柄摇块机构 c) 转动导杆机构 d) 摆动导杆机构,2.9 凸轮、棘轮和槽轮,2.9.1 凸轮推杆机构 2.9.2 棘轮机构 2.9.3 槽轮机构,2.9.1 凸轮推杆机构,凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮和推杆一起常简称为凸轮机构。凸轮往往是原动件，作转动或往复摆动，被凸轮直接推动的从动件称为推杆，凸轮与推杆成线接触，见图2-11a。,2.9.2 棘轮机构,常常有这种情形，原动件作连续运动时，要求从动件的运动有间歇。棘轮和棘爪构成的机构能将摆动变换为单向的间歇运动，见图2-11b。,2.9.3 槽轮机构,图2-11 凸轮、棘轮和槽轮 a) 凸轮推杆机构 b) 外啮合棘轮机构 c) 四槽的槽轮机构,2.10 机架,机架在工业系统中用于支承和容纳各种零部件、机构。机架本身也是构件，箱体、底座、机身、基础平台是常见的形式。内燃机机体、变速箱体、车床床身、摇臂钻床底板、计算机的磁盘机底板、电梯的轿厢框都是机架的例子。机架往往是系统中尺寸最大或质量最大的零件。,
