自动控制系统 第二章ppt2.6

象外，控制装置通常是由测量元件、比较元件、
放大元件、执行机构、校正元件以及给定元件等
组成。这些功能元件分别承担相应的职能，共同 完成控制任务。
2021
4
2021
5
直流电动机速度自动
控制的原理结构图如图2- ＋U
1所示。图中，电位器电压
为输入信号。测速发电机
是电动机转速的测量元件。电 ＋
电动机
图2-1中，代表电动机转
❖ 所谓自动控制就是指在脱离人的直接干预，利用 控制装置（简称控制器）使被控对象（如设备生 产过程等）的工作状态或简称被控量（如温度、 压力、流量、速度、pH值等）按照预定的规律 运行。实现上述控制目的，由相互制约的各部分 按一定规律组成的具有特定功能的整体称为自动 控制系统。
2021
3
❖ 任何一个自动控制系统都是由被控对象和控制器 有机构成的。自动控制系统根据被控对象和具体 用途不同，可以有各种不同的结构形式。图１.１ 是一个典型自动控制系统原理图。图中的每一个 方框，代表一个具有特定功能的元件。除被控对
2021
15
❖ 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
2021
16
2．2．3 按系统传输信号的性质来分
❖ 1、连续系统
系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前
位 器
功率 放大器
速变化的测速发电机电压
送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值 （又称偏差信号）控制功
测
＋
速 发
电
率放大器（控制器），控

在多处位置设置控制按钮，均能对同一电机实行控制。控制回 路需要设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置
特 点：
起动按钮的常开触点并联；停止按钮的常闭触点串联。
操作
无论操作哪个启动按钮都可以实现电动机的起动； 操作任意一个停止按钮可以打断自锁电路，使电动机停止运行。
SB1乙
SB1甲
SB2甲
KM
2、工作台前进至终点自动停车； 3、工作台在终点时，启动电机只能反转； 4、工作台后退至原位自动停车； 5、工作台在前进或后退途中均可停车，再 启动后既可进也可退。
实现方法：在生产机械行程的终点和原位安装行程开关
运动过程
按下SB2 工作台正向运行 至终点位置撞开SQ2 电机停车
（反向运行同样分析）
SB2乙
K M
甲地
乙地
SB1甲、SB2甲实现就地控制； SB1乙、SB2乙实现远方控制。
（a）
（b）‍
‍多点控制电路‍
2.2.5 自动循环控制
正程：电动机正转； 逆程：电动机反转。
控制要求：
工作台 B
后退 前进
SQ4 SQ1
床身
工作台 A
SQ2 SQ3
机床工作示意图
1、工作台在原位时，启动电机只能正转；
（1）工作台在原位时： 启动后只能前进，不能后退。 （2）A前进到终点时： 立即后退，退回到原位自动停。
（3）A在途中时： 可停车；再启动时，既可前进也可后退。 （4）A在途中时，若暂时停电，复电时，A不会自行运动。 （5）A在途中若受阻，在一定时间内电机应自行断电而停车。
基本电路的结构特点： 1. 自锁——接触器常开触点与按钮常开触点相并联。 2. 互锁——两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路

例2-11 如前所述描写炉温控制系统的微分方程为
T d 2T0 dt 2 + dT0 du d + kT0 = K d dt dt
设ud为单位阶跃函数，有
0 u d = 1(t ) = 1
t<0 t >0
用经典法求解如下
求方程的通解，它的特征方程为：
Tr 2 + r + k = 0
方程的通解为：
为解决非线性系统或环节线性化问题，在工程上，常常在一定条件下， 或一定范围内，用增量方程代替非线性方程，即非线性方程的线性化，此方 法为小偏差线性化。
A
0
o
O
O
0
(a)分段处理法
(b)小偏差线性法
如图所示铁心线圈，设u为输入量，i为输出量，试列写线性化方程。
i
O
A
i
(a )
铁心线圈小偏差线性化微分方程:
所以：
RC
dT1 + T1 = RQ1 + T2 dt
T
dT1 + T1 = KQ1 dt
例2－5
如图所示电炉加热器。它由电炉和加热容器组成，设容器内水 的温度为T1，T1要求保持不变，所以T1为被控参数，即T1为该 温度对象的输出量，而对象的输入量为电炉供给水的热量Q1， 水通过保温材料向周围空气的散热量为Q2，当Q1=Q2时，T1保 持不变，当Q1≠Q2时，T1发生变化，求其微分方程式。
(b )
di L + Ri = u dt
2.4 自动控制系统运动方程的建立 自动控制系统是由若干环节组成，怎样获得整个 自动控制系统的运动方程呢？一般采用如下方法： 1.列出系统的结构方块图，首先根据系统的实际构成 画出结构方块图，在图中标出各方块（环节）的输入、 输出量以及系统的给定、扰动、被控制量等，然后简 化成原则性方块图。 2.列写系统中各方块图中各功能元件的微分方程。 3.根据方块图相互连接关系，消去中间变量，得到系 统输入、输出量的微分方程。

A B C
6
14 4 1
11
8 2 16 10
热继电器
发热元件
功能：过载保护 双金 属片
结构：
I
扣板
常闭触头
工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双 金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使 其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。
受热方式
受热前
受热后
热继电器的符号发热元件FR源自串联在主电路中常闭触头
串联在控制电路中
FR
2.1.3
第二章
常用其他低压电器
目录
本章主要是介绍电磁式低压电器以外的低压电器， 如热继电器，温度继电器，转速继电器等。
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
热继电器 信号继电器 主令电器 熔断器 低压开关和低压断路器 漏电保护开关
2.1 热继电器
热继电器 是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片 发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交 流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它 电气设备发热状态的控制。
2.2 信号继电器
2.2.1 温度继电器
按温度原则动作的继电器，即温度继电器。 分两大类：双金属片式和热敏电阻式（28页，图2-8）。 静触点
动触点
2.2.2 速度继电器
速度继电器原理
干簧继电器
压力继电器
液位继电器
2.3 主令电器
• 主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器， 用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接 通或分断，从而达到控制生产机械的目的。 • 主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：控 制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令 控制器及其它主令电器（如脚踏开关、钮子开关、紧 急开关）等。