速度檢測(cè)與控制

速度檢測(cè)與控制一、幾種常用的速度傳感器（一）測(cè)速發(fā)電機(jī)

測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的信號(hào)元件，它將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換成為電壓信號(hào)輸出。主要類(lèi)型測(cè)速發(fā)電機(jī)直流交流異步同步電磁式永磁式第2頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天第3頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運(yùn)動(dòng)速度變換成感應(yīng)電勢(shì)輸出的傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)，是一種有源傳感器。第4頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）光電轉(zhuǎn)速傳感器

光電式轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，主要是通過(guò)將光線(xiàn)的發(fā)射與被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，再以光敏元件對(duì)光線(xiàn)的進(jìn)行感應(yīng)來(lái)完成的。光電式轉(zhuǎn)速傳感器從工作方式角度劃分，分為透射式光電轉(zhuǎn)速傳感器和反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器兩種。1、透射式光電轉(zhuǎn)速傳感器投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)有讀數(shù)盤(pán)和測(cè)量盤(pán)，兩者之間存在間隔相同的縫隙。投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器在測(cè)量物體轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)量盤(pán)會(huì)隨著被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)，光線(xiàn)則隨測(cè)量盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)不斷經(jīng)過(guò)各條縫隙，并透過(guò)縫隙投射到光敏元件上。投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的光敏元件在接收光線(xiàn)并感知其明暗變化后，即輸出電流脈沖信號(hào)。投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖信號(hào)，通過(guò)在一段時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)和計(jì)算，就可以獲得被測(cè)量對(duì)象的轉(zhuǎn)速狀態(tài)。第5頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是通過(guò)在被測(cè)量轉(zhuǎn)軸上設(shè)定反射記號(hào)，而后獲得光線(xiàn)反射信號(hào)來(lái)完成物體轉(zhuǎn)速測(cè)量的。反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的光源會(huì)對(duì)被測(cè)轉(zhuǎn)軸發(fā)出光線(xiàn)，光線(xiàn)透過(guò)透鏡和半透膜入射到被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，而當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射記號(hào)對(duì)光線(xiàn)的反射率就會(huì)發(fā)生變化。反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器內(nèi)裝有光敏元件，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)反射率增大時(shí)，反射光線(xiàn)會(huì)通過(guò)透鏡投射到光敏元件上，反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器即可發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，而當(dāng)反射光線(xiàn)隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)到另一位置時(shí)，反射率變小光線(xiàn)變?nèi)酰饷粼o(wú)法感應(yīng)，即不會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)。第6頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、包裝機(jī)的電氣調(diào)速

調(diào)速分為機(jī)械調(diào)速和電氣調(diào)速，電氣調(diào)速又分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。電源勵(lì)磁機(jī)測(cè)速伺服第7頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天直流電機(jī)的特點(diǎn)：（1）直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，對(duì)電磁干擾的影響小。（2）直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。（3）直流電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力較強(qiáng)，啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。（4）易于控制，可靠性較高（5）由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價(jià)格較高第8頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

特點(diǎn):

勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)由圖可求得由上分析可知：

當(dāng)電源電壓U和勵(lì)磁回路的電阻Rf一定時(shí),勵(lì)磁電流If和磁通

不變，即=常數(shù)。則IaUM+_If+_IE第9頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的磁通=常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE第10頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中：n=f(T)

特性曲線(xiàn)nN并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速n的變化不大—硬機(jī)械特性（自然特性）。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線(xiàn)n0Tn0TN

n第11頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）調(diào)速指標(biāo)

調(diào)速指標(biāo)：1、調(diào)速范圍D：2、靜差率（相對(duì)穩(wěn)定性）δ%：指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。δ%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；δ%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。第12頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)1、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

2、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載↑→n↓→uCF↓

→△u↑→uK↑→α↓→u↑→n↑第13頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、磁粉離合器調(diào)速系統(tǒng)（一）單磁粉離合器調(diào)速系統(tǒng)

第14頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）雙磁粉離合器調(diào)速系統(tǒng)

第15頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線(xiàn)位移的控制電機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，它就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度或移動(dòng)一定的距離。由于其輸出的角位移或直線(xiàn)位移可以不是連續(xù)的，因此稱(chēng)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度高、慣性小，不會(huì)因電壓波動(dòng)、負(fù)載變化、溫度變化等原因而改變輸出量與輸入量之間的固定關(guān)系，其控制性能很好。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛用于數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，主要有反應(yīng)式、勵(lì)磁式等。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，依靠變化的磁阻生成磁阻轉(zhuǎn)矩工作。勵(lì)磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有磁極，依靠電磁轉(zhuǎn)矩工作。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，它有兩相、三相、多相之分，也有單段、多段之分。我們主要討論單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。第16頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天單段三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分成定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，如圖模型所示。定、轉(zhuǎn)子鐵心由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子磁極上均有小齒，定、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)相等。定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極為一相，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。第17頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天單段三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理可以由下圖來(lái)說(shuō)明。由于磁力線(xiàn)總是要通過(guò)磁阻最小的路徑閉合，因此會(huì)在磁力線(xiàn)扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的原理。現(xiàn)以A→B→C→A的通電順序，使三相繞組輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，氣隙中生成以A-A為軸線(xiàn)的磁場(chǎng)。在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使1、3兩轉(zhuǎn)子齒與磁極A-A對(duì)齊的位置上。如果A相繞組不斷電，1、3兩轉(zhuǎn)子齒就一直被磁極A-A吸引住而不改變其位置，即轉(zhuǎn)子具有自鎖能力。（a）A相通電（b）B相通電（c）C相通電反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖第18頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天A相繞組斷電、B繞組通電時(shí)，氣隙中生成以B-B為軸線(xiàn)的磁場(chǎng)。在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子又會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使距離磁極B-B最近的2、4兩轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)到與磁極B-B對(duì)齊的位置上。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為式中——步距角，即控制繞組改變一次通電狀態(tài)后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度N——拍數(shù)，即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr——轉(zhuǎn)子齒數(shù)同理，B相繞組斷電，C相繞組通電時(shí)，會(huì)使3、1兩轉(zhuǎn)子齒與磁極C-C對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)30°。

可見(jiàn)，以A→B→C→A的通電順序使三個(gè)控制繞組不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)沿ABC的方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。改變控制繞組的通電順序，如改為A→C→B→A的通電順序，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。（a）A相通電（b）B相通電（c）C相通電第19頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天以上通電方式中，通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變?nèi)?，每次只有單?dú)一相控制繞組通電，稱(chēng)之為三相單三拍運(yùn)行方式。由于單獨(dú)一相控制繞組通電時(shí)容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)——振蕩，會(huì)使運(yùn)行不穩(wěn)定，因此實(shí)際上很少采用三相單三拍的運(yùn)行方式。除此之外，還有三相雙三拍運(yùn)行方式和三相六拍運(yùn)行方式。三相雙三拍運(yùn)行方式的每個(gè)通電狀態(tài)都有兩相控制繞組同時(shí)通電，通電狀態(tài)切換時(shí)總有一相繞組不斷電，不會(huì)產(chǎn)生振蕩。下圖是通電順序?yàn)锳B→BC→CA→AB的三相雙三拍運(yùn)行方式示意圖。A、B兩相通電時(shí)，兩磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)與未通電的C-C相繞組軸線(xiàn)重合，轉(zhuǎn)子在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)到使轉(zhuǎn)子齒2、3之間的槽軸線(xiàn)與C-C相繞組軸線(xiàn)重合的位置上。當(dāng)B、C兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使轉(zhuǎn)子齒3、4之間的槽軸線(xiàn)與A-A相繞組軸線(xiàn)重合的位置，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為30°。同理，C、A兩相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)30°?？梢?jiàn)，雙三拍運(yùn)行方式和單三拍運(yùn)行方式的原理相同，步距角也相同。（a）A、B相通電（b）B、C相通電（c）C、A相通電第20頁(yè),共22頁(yè)，2024年2月25日，星期天三相六拍運(yùn)行方式的通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A，其原理與單三拍、雙三拍運(yùn)行方式的原理相同。只是其通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)增加了一倍（N=6），其步距角因此減為原來(lái)的一半（θb=15°）。步距角一定時(shí)，通電狀態(tài)的切換頻率越高，即脈沖頻率越高時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。脈沖頻率一定時(shí)，步距角越大、即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)越少時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。步進(jìn)電