新能源CH2.ppt

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1、第二章机电系统的数学模型12.1常用的传感器和执行器传感器：将被测物理量（如力、位移、温度等）转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号的装置，称之为传感器，也叫变换器、换能器或探测器。检测信号信号变换执行器：将各种形式的能量转变为机械动作，从而去控制对象，也称为执行元件。机械驱动器接口计算机接口传感器信号处理执行器+-2传感器是测试控制系统中的第一级是感受和拾取被测信号的装置。传感器的性能直接影响到测试系统的测量精度。机电系统过程控制的关键在于信息的采集和处理。3表2.1机电系统中常用传感器（按物理基础）类型名称被测量变换量应用举例机械式测力环力位移测力仪弹簧力位移弹簧称双

2、金属片温度位移温度计微型开关物体位置位移4类型名称被测量变换量应用举例电磁及电子式电位器位移电阻直线电位器电阻应变片力、位移、应变电阻应变仪电感力、位移自感电感测微仪差动电感变压器力、位移互感电感比较仪电涡流位移、测厚自感涡流式测振仪电容力、位移电容电容测微仪压电元件力、加速度电荷测力仪、加速度仪压磁元件力、扭矩磁导率测力仪热电偶温度电势热电温度计霍尔元件位移电势位移传感器热敏电阻温度电阻半导体温度计光敏电阻开、关量电阻气敏电阻可燃气体温度气敏检测仪光敏晶体管位移、转速电流光电转速仪表2.1机电系统中常用传感器5类型名称被测量变换量应用举例流体式气动物体尺寸、距离压力气动测量仪液体

3、压力压力平衡活塞压力计液体流量液体静压变化节流式流量计液体流量流体阻力变化转子式流量计表2.1机电系统中常用传感器6表2.1机电系统中常用传感器（按目的）7表2.1机电系统中常用传感器8传感器的选择原则满足控制方面的要求；分析测试环境和干扰因素；确定测试方法和安装位置；尽可能兼顾结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等；较高的灵敏度和较大的信噪比；很好的频响特性；稳定性好，抗干扰能力强；较高的精确度。9光电编码器——码盘式角度数字检测元件绝对光电编码器增量式光电编码器：结构简单、价格低、而且精度易于保证，采用最多，可以测量轴的转速10结构窄缝圆盘：刻有节距相等的辐射

4、状窄缝光电变换器：两组检测窄缝，其节距与圆盘的节距相同。两组检测窄缝错开l／4节距，其目的是使A，B两个光电转换器的输出信号在相位上相差90度，用以判断转动方向。光源透镜11增量编码器12光栅尺结构特点：由尺光栅和指示光栅组成光刻密度相同，通常为25，50，100，250条/毫米。刻线相互倾斜一个很小的角度，在指示光栅上构成莫尔条纹。莫尔条纹起放大作用。13莫尔条纹——条纹宽度——栅距——光栅条纹间夹角光栅移动时产生的条纹明暗信号被光电元件接收，变成光栅位移量的测量脉冲。142.1.2执行器电气式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机液压式：液压油缸、油马达及其控制阀（电磁阀）气动

5、式：气动油缸，电磁阀、气动阀15步进电机步进电机又称为脉冲电机，是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的机电执行元件，即每输入一个控制脉冲，电动机输出轴就转过一步(走一步)。步进电机输出轴的角位移或线位移量与输入脉冲数成正比，其转速或线速度与输入脉冲频率成正比。16步进电机的种类及优点优点：不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度高，无累积误差；控制系统结构简单，与数字设备兼容，价格便宜。种类：反应式步进电机永磁式步进电机混合式步进电机特种步进电机17伺服电动机直流伺服电动机：良好的调速特性和较大的启动转矩，相对功率大及快速响应等优点，需要经常的维护和保

6、养。交流伺服电动机：结构简单（无电刷和转向器），价格便宜，维护工作量小，重量轻，是一种理想的执行元件。在交流电机能满足生产需要的场合，随着变频调速技术的进步，交流电机的调速控制在大功率、高电压、高精度、快响应等领域中的应用取得更大进展，已逐步取代直流电机在生产上的应用。18直流伺服电机转速：与电枢电压成正比转向：由电枢电压极性决定192.2微分方程式的建立建立系统微分方程式的一般步骤典型元件201.建立系统微分方程式的一般步骤分析系统的工作原理和系统中各变量间的关系，将系统划分为若干个环节（或元件），确定每一环节的输入信号和输出信号。根据支配系统动态特性的定律，从输入端开始，按照信

7、号的传递顺序，列出各个元件描述输出信号和输入信号相互关系的动态方程式，一般为微分方程组；消去中间变量，最后得到只包含系统输入量和输出量的微分方程式，即系统的数学模型；将方程式化为标准形式，即将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号的左边，并且各导数项要按降幂排列，最后将系数归化为反映系统动态特性的参数，如时间常数等。212.典型元件22典型元件23典型元件24网络方程——元件连接原则电气系统基尔霍夫电压定理基尔霍夫电流定理机械系统空间连续律达朗贝尔静力