第六章 螺距控制系统
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第六章螺纹连接
一、 螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，结构简单，拆装方便，适用范围广。
二、 螺纹的种类及主要参数：根据螺纹线绕行方向的不同，螺纹分为右旋和左旋，一般用右旋；根据螺纹在螺杆轴向剖面上的形状的不同，分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和管螺纹；螺纹又分为内螺纹和外螺纹，二者旋合组成螺纹副或称螺旋副；根据母体的形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。
圆柱螺纹的主要参数d （D ）螺纹大径，是螺纹的公称直径如M8表示d=8mm ；d 1（D 1）螺纹小径，常用于计算螺纹强度；d 2（D 2）螺纹中径，用于计算效率、升角、自锁的基准。
（外螺纹各直径用小写字母表示，内螺纹各直径用大写字母表示）；p 螺距，螺纹上相邻两牙对应点轴向距离；n 线数，沿一条螺纹线形成的螺纹，成为单线螺纹，沿两条、三条或多条螺纹线形成的螺纹，成文双线、三线或多线螺纹；s 导程，任一点沿同一条螺纹线转一周的轴向位移，s=np ；ψ螺纹的螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，即22tan s np d d ψππ==；α牙形角，β牙形斜角，在对称牙形中2αβ=；h 工作高度，三、1. 三角螺纹的牙形角260αβ==o ，因牙形斜角β大，所以当量摩擦因素大，自锁性好，主要用于连接，这种螺纹分为粗牙和细牙，一般多用粗牙螺纹。
公称直径相同时细牙螺纹的螺距较小、牙细，内经和中径较大，升角较小，因为自锁性好，对螺纹零件的强度削弱小，但磨损后易滑扣。
细牙螺纹常用于薄壁和细小零件上或承受变载、冲击振动的连接及微调装置中。
2.举行螺纹牙形为正方形，牙形斜角0β=o。
所以当量摩擦角小，效率高，用于传动；但由于制造困难，螺母和螺杆同心度差，牙根强度弱，常被梯形螺纹代替。
3.梯形螺纹的牙形角230αβ==o，与矩形螺纹相比，效率略低，但牙根强度较高，易于制造，在螺旋传动中应用较为普遍。
4.锯齿形螺纹工作边的牙形斜角3β=o，传动效率高，便于加工，非工作边的牙形斜角30β=o。
车工第六章3螺纹加工
值，也就是要保证主轴与丝杠间的传动比。 B 无进给箱车床配换齿轮(挂轮)计算公式：
z1 z3 P工 z2 z4 P丝
3）调整机床间隙 间隙大，车削螺纹时容 易产生“扎刀”现象。所以在车螺纹之前， 应调整中、小滑板的镶条间隙，使之松紧适 当。间隙过小，则操作不灵活，摇动滑板费 力。
4）如果车削的是左旋螺纹，则变换三星轮 的位置
螺纹车削调整项： ①调整主轴转速；
②调整螺距；
③脱开光杠进给机构,改由丝杠进给。
例如：P=2.5mm的米制螺纹，进给手柄如何 交换？ 按图（铭牌表）6-30并找到手柄所属的位置 手柄Ⅰ置于B上，将手Ⅱ柄2置于Ⅱ处，将手轮3 拉出转到6与 相对的位置后，便可。 交换齿轮箱的齿轮分别是：A=63，B=100，
弹性刀杆螺纹刀
低速车三角形螺纹进给次数进刀格数表
M24 P=3mm
进刀 次数
中滑板进 刀 格 数
小滑板赶刀格数
左
右
1
30
0
中滑板进 刀 格 数
M20 P=2.5mm 小滑板赶刀格数
左
右
30
0
2
15
6
15
6
3
13
6
13
6
4
10
4
8
4
5
8
4
5
2
6
7
2
3
2
7
5
2
2
0
8
3
1
1
1
M16 P=2mm
中滑板 进 刀 格 数
C=75.
2）调整交换齿轮 某些车床需要调整交换齿 轮，根据要求进行调整，
① 切断机床电源，车头变速手柄放在空挡位 置；
z1 z3 P工 z2 z4 P丝
3）调整机床间隙 间隙大，车削螺纹时容 易产生“扎刀”现象。所以在车螺纹之前， 应调整中、小滑板的镶条间隙，使之松紧适 当。间隙过小，则操作不灵活，摇动滑板费 力。
4）如果车削的是左旋螺纹，则变换三星轮 的位置
螺纹车削调整项： ①调整主轴转速；
②调整螺距；
③脱开光杠进给机构,改由丝杠进给。
例如：P=2.5mm的米制螺纹，进给手柄如何 交换？ 按图（铭牌表）6-30并找到手柄所属的位置 手柄Ⅰ置于B上，将手Ⅱ柄2置于Ⅱ处，将手轮3 拉出转到6与 相对的位置后，便可。 交换齿轮箱的齿轮分别是：A=63，B=100，
弹性刀杆螺纹刀
低速车三角形螺纹进给次数进刀格数表
M24 P=3mm
进刀 次数
中滑板进 刀 格 数
小滑板赶刀格数
左
右
1
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中滑板进 刀 格 数
M20 P=2.5mm 小滑板赶刀格数
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M16 P=2mm
中滑板 进 刀 格 数
C=75.
2）调整交换齿轮 某些车床需要调整交换齿 轮，根据要求进行调整，
① 切断机床电源，车头变速手柄放在空挡位 置；
机电一体化系统控制(第六章)专科
工作台 位置检测装置
位置 控制
速度反馈
速度控制
位置反馈 位置反馈
Servo motor
6.1.2 伺服系统的分类
• • 特点： 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、 间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 • 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚 性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳 定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。 • 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、 超精磨床以及较大型的数控机床等。
6.1.2 对伺服系统的基本要求
3．快速响应 快速响应是伺服系统动态品质的重要指标， 它反映了系统的跟踪精度。跟随误差要小。过渡过程一般 200ms，小的几十毫秒。 超调要小。但二者矛盾。 4．调速范围宽 调速范围是指生产机械要求电机能提供的最 高转速和最低转速之比。不仅要满足低速切削进给的要求， 如 5mm/min ， 还 要 能 满 足 高 速 进 给 的 要 求 ， 如 10000mm/min。 5．低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整 个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在 低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功 率控制，具有足够大的输出功率。
6.1 概
述
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。 如果说CNC系统的“大脑”，是发布“命令” 的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控 系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它 忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精 确控制执行部件的运动方向，进给速度与位 移量。
6.1.1 伺服系统的组成
组成： 组成：伺服电机
• 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱 动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角 度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。
自动控制原理与系统第6章 位置随动系统性能分析
6.1.5 执行机构 1．直流伺服电动机
直流伺服电动机的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，就能 改变电动机的转向和转速，实质上是一台他励式直流电动机。 优点是效率高、控制性能好(控制电压为零时，可自行停转)、 具有宽广的调速范围，功率范围较大，适用于中、大功率随动 系统。
5．系统的校正设计
（1）采用串联校正 有如下结论：降低增益，将使系统的稳定性改善， 但使系统的快速性和稳态精度变差。PD校正将使系统 的稳定性和快速性改善，但是抗高频干扰能力明显下 降。PI校正将使系统的稳态性能得到明显的改善，但 使系统的稳定性变差。PID校正兼顾了系统稳态性能 和动态性能的改善，因此在要求较高的场合多采用 PID)校正。
所以，位置单环随动系统仅适用于负载小、非 线性因素不强、扰动不大的场合。
2．位置转速负反馈双环系统
3．复合控制随动系统
利用前馈和反馈相结合的方法，构成复合 控制随动系统，可以有效地提高系统精度和 动态品质，因此也得到广泛应用。
6.2.2 位置随动系统的基本类型
1．按控制方式 （1）误差控制的随动系统——系统运动的快慢取决于误差的大小， 误差为零时，系统相对静止。 （2）复合控制系统——按输入信号微分和系统误差综合控制的系统 。特点是系统的运动取决于输入信号的变化率(速度或加速度)和系统误 差信号的综合作用。 2．按组成系统元件的物理性质 （1）电气随动系统一一除机械部件外，均为电气元件。包括直流随 动系统和交流随动系统。 （2）电气一液压随动系统——误差测量和放大部分是电气的，系统 的功率放大和执行机构则是液压系统。 3．按系统信号特点： （1）连续随动系统——系统中传递的电信号是连续的，属于模拟式 控制。 （2）数字随动系统——系统中传递的电信号有离散的脉冲数字信号 ，系统的运动靠数字量控制。系统中必须有A/D，D/A转换器。 （3）脉冲一相位随动系统——系统的输入、输出均为方波脉冲，按 输入、输出方波脉冲的相位差来控制系统的运动。
船舶可变螺距控制系统管理中应注意的问题
第 11 卷 第 3 期 2011 年 3 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 Ma r c h
No. 3 2011
船舶可变螺距控制系统管理中应注意的问题
王民政
（交通部烟台打捞局，山东 烟台 264000）
摘 要：文中重点介绍船舶可变螺距控制系统的原理和检修要点以及在管理中的注意事项。
收稿日期：2 01 0- 1 1- 29 作者简介：王民政，交通部烟台打捞局救捞航运处甲类轮机长。
第3期
王民政：船舶可变螺距控制系统管理中应注意的问题
103
别是操纵正车和倒车的给定气压信号（机旁可调），还有一路 到达气控油路减压阀(J - 10 7)，此阀的作用是把主油泵来的一 路高压油通过气控减压为 0 .6 —0.8 MPa 的控制油并且供到 喷嘴（8 ）和几处需要润滑的地方。
（三）液控单元（J - 1 11 ）的管理: 实际工作中该 部分发生故障最多，其表 现是：螺距“零 位”不准；操 车时有正车而没有倒车或者 相反；反应迟钝， 主要是这三种 故障现象，并且三种故障往 往是并存的，起码 是两种现象并存发生。对于螺距“零位”不准大多在修船时， 这是因为拆装 艉轴时，内部配油轴原来的 相对位置发生了小 的变动，调整喷嘴上端两边弹簧就可以找出准确的“零位”。 在运行中喷嘴 的“零位”不准会造成有正 车而无倒车或者相 反的现象发生 ，必须调整该弹簧找准。同 样反馈功能消失或 不灵活必然会导致控制失灵。“德成”轮近几年来两次发生左 轴螺距不受控现象就是反馈不灵活造成的，如图 1 示：反馈 杆件上端的伞齿轮（22 ）带动齿条（31 ）前后移动，最终推 力作用到弹簧（13 ）上。20 04 年 9 月 1 2 号，“德成”轮该 弹簧因锈蚀、 油泥、锈渣等在内部堆积， 导致了弹性受阻， 影响了反馈环 节的动作执行，致使操纵失 去灵活性；还有橡 胶膜片（3 0）破裂后也会失去正常控制。由以上分析可见， 可变螺距控制 失控后应重点检查：控制空 气、控制油、主油 压、喷嘴机构、反馈机构等部件是否动作正常？ 比较直接判断 变距轴箱和螺旋桨以及配 油系统是否正常 的方法是：机旁启动主油泵（不供控制空气），直接推动手柄 （J -1 01 ）向前或向后，看配油轴上的 反馈环（26 ）是否也 前后移动，如 果能够成比例跟随并相应移 动，则说明自司服 滑阀（J -1 0 5）往 后直至螺旋桨都 一切正常；若有 故障应是 是控制空气和控制油等方面的问题。 四、拆装注意要点 1 ．联轴器拆装：船舶上坞修理时，可变螺距艉轴的抽轴检 验工程重点之一是液压联轴器的拆装。如图 2 所示，（1）是联 轴器的本体，前端法兰与配油轴输出端的法兰用螺栓（3）连接， 内圆与艉轴（4）前端部及锥度内套（2 ）紧箍在一起。要抽出 艉轴首先要拆除法兰上的一圈螺栓（3），再松掉螺栓（32），把 外挡圈（3 1）和（35）向后退，使用专用工具向外旋转几圈液 压顶推活塞〔与内锥度衬套⑵之间为螺纹连接〕（2 4），要保持 该活塞在套内；安装两台高压油泵在（7）位，注油除气；同时 在（8 ）安装另外一只泵将“C”腔注满油，并加压至 3Mpa ； 此时三台泵可同时加压，最终“C ”油压保持在 10 Mpa 就可以 了。另外两只泵继续加压，整个加压过程至少 1 5 分钟，拆卸泵 的设计压力 1 27Mp a ，直至联轴器从轴套上向后移动脱开。 应特别注意： （一）联轴器 和轴之间以及油泵连接处 不能有油漏出， 否则泵不起压力。由于联轴器内表面与轴上的套（2）相接触， 接触面上还有细小的油槽，在逐渐加压至 1 0MP a 左右油压 作用下，联轴器内孔会慢慢胀开并与套（2 ）脱开，此加压过 程不能少于 1 5 分钟，以避免加压太快而损坏联轴器本体。 （二）联轴器和套（2 ）的结合面具有良好锥度配合，在 高油压作用下 ，一旦脱开，联轴器将快速 向后移动，所以必 须留至少两只螺栓⑶在法兰上（螺帽松带两圈），以避免由于 联轴器的快速后移伤及施工人员和损坏高压油泵。
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 Ma r c h
No. 3 2011
船舶可变螺距控制系统管理中应注意的问题
王民政
（交通部烟台打捞局，山东 烟台 264000）
摘 要：文中重点介绍船舶可变螺距控制系统的原理和检修要点以及在管理中的注意事项。
收稿日期：2 01 0- 1 1- 29 作者简介：王民政，交通部烟台打捞局救捞航运处甲类轮机长。
第3期
王民政：船舶可变螺距控制系统管理中应注意的问题
103
别是操纵正车和倒车的给定气压信号（机旁可调），还有一路 到达气控油路减压阀(J - 10 7)，此阀的作用是把主油泵来的一 路高压油通过气控减压为 0 .6 —0.8 MPa 的控制油并且供到 喷嘴（8 ）和几处需要润滑的地方。
（三）液控单元（J - 1 11 ）的管理: 实际工作中该 部分发生故障最多，其表 现是：螺距“零 位”不准；操 车时有正车而没有倒车或者 相反；反应迟钝， 主要是这三种 故障现象，并且三种故障往 往是并存的，起码 是两种现象并存发生。对于螺距“零位”不准大多在修船时， 这是因为拆装 艉轴时，内部配油轴原来的 相对位置发生了小 的变动，调整喷嘴上端两边弹簧就可以找出准确的“零位”。 在运行中喷嘴 的“零位”不准会造成有正 车而无倒车或者相 反的现象发生 ，必须调整该弹簧找准。同 样反馈功能消失或 不灵活必然会导致控制失灵。“德成”轮近几年来两次发生左 轴螺距不受控现象就是反馈不灵活造成的，如图 1 示：反馈 杆件上端的伞齿轮（22 ）带动齿条（31 ）前后移动，最终推 力作用到弹簧（13 ）上。20 04 年 9 月 1 2 号，“德成”轮该 弹簧因锈蚀、 油泥、锈渣等在内部堆积， 导致了弹性受阻， 影响了反馈环 节的动作执行，致使操纵失 去灵活性；还有橡 胶膜片（3 0）破裂后也会失去正常控制。由以上分析可见， 可变螺距控制 失控后应重点检查：控制空 气、控制油、主油 压、喷嘴机构、反馈机构等部件是否动作正常？ 比较直接判断 变距轴箱和螺旋桨以及配 油系统是否正常 的方法是：机旁启动主油泵（不供控制空气），直接推动手柄 （J -1 01 ）向前或向后，看配油轴上的 反馈环（26 ）是否也 前后移动，如 果能够成比例跟随并相应移 动，则说明自司服 滑阀（J -1 0 5）往 后直至螺旋桨都 一切正常；若有 故障应是 是控制空气和控制油等方面的问题。 四、拆装注意要点 1 ．联轴器拆装：船舶上坞修理时，可变螺距艉轴的抽轴检 验工程重点之一是液压联轴器的拆装。如图 2 所示，（1）是联 轴器的本体，前端法兰与配油轴输出端的法兰用螺栓（3）连接， 内圆与艉轴（4）前端部及锥度内套（2 ）紧箍在一起。要抽出 艉轴首先要拆除法兰上的一圈螺栓（3），再松掉螺栓（32），把 外挡圈（3 1）和（35）向后退，使用专用工具向外旋转几圈液 压顶推活塞〔与内锥度衬套⑵之间为螺纹连接〕（2 4），要保持 该活塞在套内；安装两台高压油泵在（7）位，注油除气；同时 在（8 ）安装另外一只泵将“C”腔注满油，并加压至 3Mpa ； 此时三台泵可同时加压，最终“C ”油压保持在 10 Mpa 就可以 了。另外两只泵继续加压，整个加压过程至少 1 5 分钟，拆卸泵 的设计压力 1 27Mp a ，直至联轴器从轴套上向后移动脱开。 应特别注意： （一）联轴器 和轴之间以及油泵连接处 不能有油漏出， 否则泵不起压力。由于联轴器内表面与轴上的套（2）相接触， 接触面上还有细小的油槽，在逐渐加压至 1 0MP a 左右油压 作用下，联轴器内孔会慢慢胀开并与套（2 ）脱开，此加压过 程不能少于 1 5 分钟，以避免加压太快而损坏联轴器本体。 （二）联轴器和套（2 ）的结合面具有良好锥度配合，在 高油压作用下 ，一旦脱开，联轴器将快速 向后移动，所以必 须留至少两只螺栓⑶在法兰上（螺帽松带两圈），以避免由于 联轴器的快速后移伤及施工人员和损坏高压油泵。
数控编程——第六章 加工中心的编程
第六章加工中心的编程第一节加工中心编程概述加工中心(Machiningenter)简称MC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。
加工中心最初是从数控铣床发展而来的。
与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。
但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。
一、加工中心编程的特点加工中心是将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合起来，并装有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。
立式加工中心主轴轴线(z轴)是垂直的，适合于加工盖板类零件及各种模具；卧式加工中心主轴轴线(z轴)是水平的，一般配备容量较大的链式刀库，机床带有一个自动分度工作台或配有双工作台以便于工件的装卸，适合于工件在一次装夹后，自动完成多面多工序的加工，主要用于箱体类零件的加工。
由于加工中心机床具有上述功能，故数控加工程序编制中，从加工工序的确定，刀具的选择，加工路线的安排，到数控加工程序的编制，都比其他数控机床要复杂一些。
加工中心编程具有以下特点：1)首先应进行合理的工艺分析。
由于零件加工工序多，使用的刀具种类多，甚至在一次装夹下，要完成粗加工、半精加工与精加工、周密合理地安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和提高生产效率；2)根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。
一般，对于加工批量在10件以上，而刀具更换又比较频繁时，以采用自动换刀为宜。
但当加工批量很小而使用的刀具种类又不多时，把自动换刀安排到程序中，反而会增加机床调整时间。
3)自动换刀要留出足够的换刀空间。
有些刀具直径较大或尺寸较长，自动换刀时要注意避免发生撞刀事故。
4)为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。
螺距补偿机理
12
二、螺距误差补偿原理
2.3软件方法螺距误差补偿原理 采用定点的脉冲补偿方法可修正螺距误差，提 高定位精度。其原理是在各坐标轴上设定一些坐标 点，当机床经这些点时，数控系统根据事先测定的 补偿值进行补偿。补偿所需参数如：①各补偿轴起 、终点机床坐标（以机床零点为基准）；②补偿间 隔或等分段数；③每段补偿间隔对应补偿值。 将测出的误差值输入到螺距补偿误差表中。当 工作台移动时，系统根据当前位置和指令位置在螺
17
二、螺距误差补偿原理
2.5双向螺距误差补偿(CEC) CEC的原理支持两个方向，即从起点到终点方 向和从终点返回到起点方向，如图5所示。规定从 起点到终点方向为正方向，从终点到起点方向为负 方向。刀具在丝杠上的运动轨迹是先从起点运动， 依次经过各个等份点，到达终点;
18
二、螺距误差补偿原理
然后再从终点按原路返回到起点，逆向依次经过各 个等份点，直至起点。CEC补偿在两个方向上生效 ，分别计算每个方向上当运动到某一个等份点时， 根据运动实际移动的距离与预期的距离的偏差计算 出该点的补偿值。注意正向与负向的方向性。同一 个点在两个方向上补偿不同。以图5中10点为例。当 刀具从起点向终点运动即正方向，途中经过10点;假 如从0点向10点实际移动了9mm，与预期移动距离10 的偏差是10－9=1mm，那么10这个点在正方向上的 补偿是1mm。
5
一、螺距误差产生的原因
3. 机床装配过程中，由于丝杠轴线与机床导轨平行 度的误差引起的机床目标值偏差。 螺距误差补偿是将机床实际移动的距离与指令移 动的距离之差，通过调整数控系统的参数增减指令 值的脉冲数，实现机床实际移动距离与指令值相接 近，以提高机床的定位精度。螺距误差补偿只对机 床补偿段起作用，在数控系统允许的范围内补偿将 起到补偿作用。
机电一体化系统第6章 执行装置及其控制-PPT精品文档
6.1.4 步进电动机的主要特点
1. 步进电动机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有 啸叫声：步进电动机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电动机在空载情况 下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电动机不能正常启动，可 能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电动机达到 高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到 所希望的高频电动机电动机转速从低速升到高速）。 2. 两相混合式步进电动机在低速运转时具有较大振动和噪声，步进电动机 低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，在实际工作中，通常采用以下方式来 减低振动和噪声： (1)如步进电动机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共 振区； (2)采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法； (3)换成步距角更小的步进电动机，如三相或五相步进电动机； (4)换成交流伺服电动机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高； (5)在电动机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较 大。
Βιβλιοθήκη 3. 动态特性 步进电动机的控制电流的增加和转速的上升不是瞬间完成的， 它需要有一个过度过程的时间，动态特性就是研究过渡过程 对电动机运行的影响。 当控制脉冲的时间大于步进电动机的过渡时间，电动机 呈步进运行状态。如果控制脉冲的时间间隔适当小于过渡过 程时间，在B相通电时，当转子还未减速到其稳定平衡点以 前，B相就断电而C相通电，则转子将继续顺时针方向转动， 这种状态就称为步进电动机的连续运行状态。如果控制脉冲 的时间间隔过度小于过渡过程时间，则出现丢步或堵转，步 进电动机失去工作能力。
低频特性：步进电动机在低速时易出现低频振动现象。 振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率 为电动机空载起跳频率的一半。这种由步进电动机的工作原 理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当 步进电动机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频 振动现象，比如在电动机上加阻尼器，或驱动器上采用细分 技术等。 矩频特性：步进电动机的力矩会随转速的升高而下降： 当步进电动机转动时，电动机各相绕组的电感将形成一个反 向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电 动机随频率电动机或速度）的增大而相电流减小，从而导致 力矩下降。所以其最高工作转速一般在300～600RPM。
自动控制原理各章知识精选全文完整版
⑴ 偏差、误差的概念
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
自动控制原理目录
7.4.5非线性系统结构图的简化
7.5改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用
7.5.1改变线性部分的参数或对线性部分进行校正
7.5.2改变非线性特性
7.5.3非线性特性的应用
7.5.4用振荡线性化改善系统性能
7.6相平面法364
7.6.1相轨迹的特征
7.6.2相轨迹的绘制方法
7.6.3用相平面法分析非线性系统
6.4复合校正305
6.4.1按扰动补偿的复合控制
6.4.2按输入补偿的复合控制
6.5应用MATLAB进行系统校正
6.5.1串联超前校正设计
6.5.2串联滞7章非线性系统分析
7.1非线性系统动态过程的特点
7.2非线性特性及其对系统性能的影响
7.2.1不灵敏区（死区）
8.4线性常系数差分方程
8.4.1差分方程的定义
8.4.2差分方程的解法
8.5脉冲传递函数396
8.5.1脉冲传递函数的定义
8.5.2脉冲传递函数的推导
8.5.3开环系统脉冲传递函数
8.5.4闭环系统脉冲传递函数
8.6采样控制系统的时域分析
8.6.1z变换法求系统的单位阶跃响应
8.6.2采样系统的稳定性分析
3.3二阶系统的阶跃响应
3.3.1典型二阶系统的动态特性
3.3.2二阶系统动态特性指标
3.3.3二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系
3.3.4二阶工程最佳参数
3.3.5零、极点对二阶系统动态性能的影响
3.4高阶系统的动态响应
3.5自动控制系统的代数稳定判据
3.5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件
5.10.3稳定裕度求解263
第6章控制系统的校正及综合
7.5改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用
7.5.1改变线性部分的参数或对线性部分进行校正
7.5.2改变非线性特性
7.5.3非线性特性的应用
7.5.4用振荡线性化改善系统性能
7.6相平面法364
7.6.1相轨迹的特征
7.6.2相轨迹的绘制方法
7.6.3用相平面法分析非线性系统
6.4复合校正305
6.4.1按扰动补偿的复合控制
6.4.2按输入补偿的复合控制
6.5应用MATLAB进行系统校正
6.5.1串联超前校正设计
6.5.2串联滞7章非线性系统分析
7.1非线性系统动态过程的特点
7.2非线性特性及其对系统性能的影响
7.2.1不灵敏区（死区）
8.4线性常系数差分方程
8.4.1差分方程的定义
8.4.2差分方程的解法
8.5脉冲传递函数396
8.5.1脉冲传递函数的定义
8.5.2脉冲传递函数的推导
8.5.3开环系统脉冲传递函数
8.5.4闭环系统脉冲传递函数
8.6采样控制系统的时域分析
8.6.1z变换法求系统的单位阶跃响应
8.6.2采样系统的稳定性分析
3.3二阶系统的阶跃响应
3.3.1典型二阶系统的动态特性
3.3.2二阶系统动态特性指标
3.3.3二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系
3.3.4二阶工程最佳参数
3.3.5零、极点对二阶系统动态性能的影响
3.4高阶系统的动态响应
3.5自动控制系统的代数稳定判据
3.5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件
5.10.3稳定裕度求解263
第6章控制系统的校正及综合
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本章作业
1）变距桨有哪些优缺点？ 2）简述转折点可调的精密限幅器电路的原理。
紧急：快速。 减速：快速。
图6-4
5、负载限制器：防止主机过载。当主机过载时，自动减少 螺距，使负载减小到允许值。
§6.3 指令输入限制器
指令输入限制器：限制螺距给定值。 限制的依据：①根据主机工作性能的好坏。
②根据船舶的航行条件。 ③根据装载情况。 R2
给定值 R1 指令为负
R4
R3 -15V R5
输出
电位器R3：限制正车最大螺距给定值。 电位器R4：（匹配放大器）调节放大器的输出大小。在不
同的工况下，通过调节R4可对转速和螺距之间的配合关系进行 微调。 % 转速 螺距 100 50
良好海况
正常海况 恶劣海况 指令值 100 %
§6.4 函数发生器
为了使转速和螺距之间实现最佳配合，必须通过函数发生 器来实现。（在转速和螺距控制系统中各配一个） 图6-5 一、函数发生器工作原理 实际的n-H曲线，均为非线性，在电路中，则必须通过分段 折线逼近的方式来代替。 分段折线的产生电路：
D1 V 1 R1 RF U0 V1 S1 V2 Ui
Ui
D2 V 2
R2
U0
S2
RF RF RF S1 ; S 2 ( ) R1 R1 R2
以上的曲线是在将二极管理想化的基础上而得出的，实际 上，二极管本身有正向电阻，另外对温度敏感。 缺点：转折点变成弧形，且随温度变化而变化。 u0 理想曲线 实际曲线
负载限制调节器
1、指令发送器：同时发送转速和螺距两种指令。 2、输入限制器：限制螺旋桨的最大螺距，起保护作用。 3、函数发送器：使螺距和转速之间实现最佳配合。 4、分级发送器：把螺距信号变换成等速信号发送出去。
限制指令中的加速度成分，调节螺距的加速程序。
n 30s 100 图6-4 50
t
10s 250s 20s 50%额定转速以下：快速 50%额定转速以上：慢速
第六章 螺距控制系统
图6-1 变距桨的主要优点： ①能充分利用主机的功率。（船舶在任何航行条件下，通 过调节螺距可以使主机发出全部功率） Ⅰ Ne 主机功率 Neh α2 α4 α3 船速 Ⅱ Ⅲ 航行工况 α1 螺距角
②能提高船舶的操纵性能。（不需换向；可获得任意低的 船速） ③主机寿命延长。（起动和停车次数减少，减轻了机械零 件的磨损） ④能使船舶在一定航速时消耗的燃料最少。（通过改变主 机转速和螺距的配合关系来实现） ⑤可带轴带发电机。 变距桨的缺点： ①成本高，初投资大。 ②传动机构复杂，可靠性降低。 ③维护保养要求较高。
驾驶台遥控的仅仅是螺距电位器。
保持主机转速恒定，按照主机负荷和欲达到的船速去控制 变距桨的螺距。
§6.2 带组合器的螺距控制系统组成原理
指令发送器 螺距指令发送电路 输入限制器
函数发送器
分级发送器
螺距调节器PI 组成 U/I+电液执行器 螺距执行器 U/I+I/P+气动执行器 电动执行器 螺距反馈电路 负载限制器 函数发生器 图6-4
ui
引入精密限幅器电路来代替二极管：
RF
D1
R1 Ui D2
U0
S2=-RF/R1 S1=0 Ui
U0 ’
U0
转折点可调的精密限幅器电路：
-Ev R3 R2 -V R1 Ui i1 U0’ D1 D2 U0 S2=-RF/R1 RF U0 S1=0 V
Ui
二、函数发生器实例 主要是由多个转折点可调的精密限幅器电路组成。 图6-6 图6-7 图6-8
1、带组合器的驾驶台遥控方式
由同一个车令发送器发送两个信号：转速和螺距，使二者 保持一定的函数关系，以实现最佳匹配。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图6-3
2、不带组合器的驾驶台遥控方式
转速和螺距分别由各自的电位器发送。
转速电位器在机控室，始终保持不变。
为了使轴带发电机和船舶电网同步，主机转速可用微调电 位器在10%nH范围内调节。
§6.1 变距桨系统控制特点及遥控方式
变距桨系统有两个被调量： 转速n（转速控制系统） 图6-2 螺距H（螺距调节系统） 变距桨自动遥控系统的操纵方式分为： 机旁手动操纵 调油手柄（调节主机转速） 调压阀（调节螺距） 机控室遥控 转速电位器（转速） 螺距电位器（螺距） 驾驶台自动遥控 带组合器（无轴发） 不带组合器（轴发）