第5章 自整角机

第五章位置随动系统内容提要前面四章所讨论的直流调速系统解决了直流电动机的调速问题，被调量一般都是转速。

但在实际生产中，电动机带动生产机械运动的表现不一定都是转速，也可能是使生产机械产生一定的位置移动，这时需要控制的量就不再是转速，而是控制对象的角位移或线位移，此时必须采用位置随动系统才能满足控制要求。

本章仅对位置随动系统中有别于调速系统的地方进行分析。

§5-1首先对位置随动系统的应用领域、基本组成及工作、与调速系统的区别极其分类等作简单介绍。

§5-2鉴于位置随动系统与调速系统不同之处首先是位置检测，故专设一节介绍位置检测元件。

§5-3通过对采用自整角机位置随动系统的剖析，介绍位置随动系统的组成及工作原理、动态数学模型的建立、稳态误差的分析计算、动态性能的特点及动态校正装置的设计等问题。

§ 5-1 位置随动系统概述一、位置随动系统的应用位置随动系统是应用领域非常广泛的一类系统，它的根本任务就是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪，被控制量（输出量）一般是负载的空间位移，当给定量随机变化时，系统能使控制量准确无误地跟随并复现给定量。

在生产活动中，这样的例子是很多的。

例如轧钢机压下装置的控制，在轧制钢材的过程中，必须使上下两根轧辊之间距离能按工艺要求进行自动调整；数控机床的加工轨迹控制和仿形机床的跟随控制；轮船上的自动操舵装置能使位于船体尾部的舵叶的偏转角模仿复制位于驾驶室的操舵手轮偏转角，以便按照航行要求来操纵船舶的航向；火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜以瞄准目标的控制；以及机器人的动作控制。

以上这些都是位置随动系统的具体应用。

位置随动系统中的位置指令（给定量）和被控制量一样也是位移（或代表位移的电量），当然可以是角位移，也可以直线位移，所以位置随动系统必定是一个位置反馈控制系统，位置随动系统是狭义的随动系统，从广义来说随动系统的输出量不一定是位置，也可以是其他的量，例如第二章中的转速、电流双闭环调速系统中的电流环实际上可看成是一个电流随动系统，采用多电机拖动的多轴纺织机和造纸机可认为是速度的同步随动系统等等。

第三章
自整角机
基本内容与重难点
力矩式自整角机的分类和结构；运行原理和性能；主 要技术指标；阻尼绕组。重点从物理概念上深刻理解 力矩式自整角机的运行原理和静态整步转矩的产生。
多台自整角接收机的并联使用。 控制式自整角机的结构、运行原理和性能，主要技术
指标。重点掌握其运行原理和输出特性。 差动自整角机的结构和运行原理。要求熟悉差动自整
力矩式自整角机分类
力矩式自整角机按其用途可分为四种： ✓ 力矩式发送机：主要与力矩式差动发送机、力矩式接收机一起工作，将
转子转角的变化转变为电信号输出。目前，我国生产的力矩式自整角发 送机其型号为ZLF。 ✓ 力矩式接收机：主要与力矩式发送机、力矩式差动发送机一起工作。其 作用是，接收了力矩式发送机或力矩式差动发送机的电信号后，使其转 子自动地转到对应于发送机转子的位置，或使转于转动的角度对应子发 送机转子和差动发送机转于转角变化的和或差)。目前，我国生产的力矩 式自整角接收机其型号为ZLJ。 ✓ 力矩式差动发送机：串接于力矩式发送机与接收机之间，将发送机的转 子转角及其自身的转子转角之和(或差)变换成电信号，传输给接收机。目 前，我国生产的力矩式差动自整角发送机其型号为ZCF ✓ 力矩式差动接收机：串接于两台力矩式发送机之间，接收它们输出的电 信号，使其转子转角为两台发送机转子转角之和(或差)。日前，我国生产 的力矩式差动自整角接收机其型号为ZCJ。
自整角机机械结构
自整角机的机壳，为保证在薄壁情况下有足 够的强度，28号机座以下的机壳均用不锈 钢筒制成；28号机座以上的机壳一般都采 用铝合金制成；而28号机座的机壳两者均 有采用。机壳通常加工成杯形，即电机的一 端有端盖，另一端是封闭的。轴承孔分别位 于端盖和机壳上。
20号机座以下的电机都采用“一刀通”结 构，即定子铁心内圆和轴承孔为同一尺寸， 保证了定、转子有较高的同心度；20号机 座以上的电机都采用装配式结构。

第6章 控制电机 145【例 6.1】一台反应式三相步进电动机，转子齿数为80r Z =齿，驱动信号频率为1200Hz f =。

试求：（1）写出该电机可能的运行方式；（2）电机的步距角；（3）电机的转速。

解：（1）设电机三相连线分别为：A －/A ，B －/B ，C －/C ；运行方式如下。

a ．三相单三拍运行：A →B →C →Ab ．三相六拍运行：A →AB →B →BC →C →CA →Ac ．三相双三拍运行：AB →BC →CA →AB（2）对应a 、c 两种情况，其步距角的机械角度相等，360360 1.5803s r Z N θ===°× 对应b 的运行情况，其步距角的机械角度3603600.75806s r Z N θ===°× （3）当步距角为1.5°时，电机的转速60601200 1.5300r /min 360360s f n θ××××=== 当步距角为0.75°时，电机的转速 606012000.75150r /min 360360s f n θ××××=== 注意：即使输入步进电动机的脉冲频率恒定，但由于电机步距角与整步/半步运行方式有关，所以对应的电机转速也将出现两种情况。

6.6 其他驱动和控制微电机6.6.1 自整角机自整角机广泛应用于随动系统中，能对角位移或角速度的偏差进行自动地整步。

自整角机通常是两台或两台以上组合使用，产生信号的自整角机称为发送机，它将轴上的转角变换为电信号，接收信号的自整角机称为接收机，它将发送机发送的电信号转换成转轴的转角，从而实现角度的传输、变换和接收。

在随动系统中主令轴只有一根，而从动轴可以是一根，也可以是多根，主令轴安装发送机，从动轴安装接受机，故而一台发送机带一台或多台接受机。

主令轴与从动轴之间的角位差，称为失调角。

第二章直流测速发电机1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A 始终与处在N 极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B 电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a, S极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B 与线圈的d 端相接触,故此时A 电刷为正, B 电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反, 于是线圈电势的方向也变为由a 到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组（见图2 - 3）的电刷放在磁极轴线上? P9-104. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL 正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL x n2。

同样可以证明ea x n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。