電機拖動基礎(chǔ) 綜述心得

《電機及拖動基礎(chǔ)》

綜述報告

專業(yè)及班級電子系09級自動化（1）班姓名王典學(xué)號090507201*授課老師_孫強完成時間_201*年5月24日

課程綜述評分表

一二三四五1得分

六合計23注：課程綜述評分標(biāo)準(zhǔn)可參見《學(xué)生課程綜述應(yīng)包含的內(nèi)容及評分標(biāo)準(zhǔn)》

《電機及拖動基礎(chǔ)》綜述報告

摘要：

電能是現(xiàn)代大量應(yīng)用的一種能量形式。電能的產(chǎn)生、變換、傳輸、使用和控制等，都必須利用電機作為能量轉(zhuǎn)換和信號變換的機電裝置。在電力工業(yè)中，發(fā)電機和變壓器是電站和變電所中的主要設(shè)備。而在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動機作為原動機去拖動各種生產(chǎn)機械，完成生產(chǎn)工作。《電機及拖動基礎(chǔ)》這門課程包括“電機學(xué)”及“電力拖動基礎(chǔ)”兩門課的主要內(nèi)容。全書分上、下兩冊，下冊為電力拖動部分，內(nèi)容包括電力拖動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)、交流和直流電動機的電力拖動、多電動機拖動系統(tǒng)與拖動系統(tǒng)電動機的選擇等。重點介紹電力拖動系統(tǒng)的運行性能與分析計算。本門課程作為普通高等教育自動化專業(yè)的規(guī)劃教材，也可作為電氣工程及其自動化專業(yè)有關(guān)課程及“運動控制”課程的基礎(chǔ)教材，對工程技術(shù)人員也有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：電機及拖動基礎(chǔ)直流電機電力拖動

一、課程簡介

本書共分上下兩冊，上冊主要內(nèi)容是直流電機的基礎(chǔ)、變壓器、三相異步電機工作原理和控制電機的內(nèi)容。下冊主要內(nèi)容是電力拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容、直流電機的電力拖動、電動機的選擇和三相異步電機的基本內(nèi)容。本課程是自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究電機及電力拖動系統(tǒng)的基本理論問題，同時也聯(lián)系到科學(xué)試驗與生產(chǎn)實際的內(nèi)容，具有原“電機學(xué)”及“電力拖動基礎(chǔ)”的基本內(nèi)容。

1、課程在專業(yè)中的地位

《電機及拖動基礎(chǔ)》是我們自動化專業(yè)必修的一本重點課程，也是專業(yè)基礎(chǔ)課。整個課程的核心內(nèi)容圍繞電機拖動基礎(chǔ)和各種電機的工作原理以及變速特性展開，難度比較大，所以需要我們在老師的上課時間內(nèi)認(rèn)真聽課，做好筆記，而且要在課后做好溫習(xí)和預(yù)習(xí)的工作，這樣才可以保障我們在電機學(xué)習(xí)上有一個良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，溫故而知新，事半功倍也。

2、課程的培養(yǎng)目標(biāo)及其綱要

《電機及其拖動基礎(chǔ)》》分為上下兩冊。上冊是以“電機”為控制對象，主要介紹直流動機運行原理。在學(xué)習(xí)過程中主要掌握常用直流電機、交流電機、控制電機及變壓器等的基本結(jié)構(gòu)與工作原理及電力拖動系統(tǒng)的運行性能、分析計算、電機選擇與實驗方法。下冊是以“電力拖動”部分。主要圍繞三相異步電動機，介紹拖動原理。通過本學(xué)期對本門課程的學(xué)習(xí)，為今后走上工作崗位，從事自動控制工作打下堅實的基礎(chǔ)。

二課程主要內(nèi)容

一：磁路：

本章在物理、電路課程的基礎(chǔ)上，復(fù)習(xí)了磁路的有關(guān)常用量；分析物質(zhì)磁化過程及鐵磁材料基本磁化曲線。闡述磁路中的歐姆定律、基爾霍夫定律。通過磁路與電路的比較，建立起比較清晰的磁路概念。按照磁路結(jié)構(gòu)，通過學(xué)習(xí)知道可以分為無分支磁路和有分支磁路，對于對稱的有分支磁路，只需記錄一個磁回路即可。電機，變壓器磁路通常屬于磁路計算的正問題，其計算步驟是先按磁路材料和截面積的不同分段來求解。二：直流電機：

直流電機的工作原理是建立在電和磁互相利用的基礎(chǔ)上，電機外電路的電壓、電流及電動勢都是直流電性質(zhì)的，但電機內(nèi)的每個元件的電壓、電流及電動勢都是交變性質(zhì)的。電樞繞組是直流電機的主要電路，機電能量轉(zhuǎn)換就在這里進(jìn)行。因此，電樞繞組就是直流電機的“心臟”。電機中的磁場是機電能量轉(zhuǎn)換的耦合介質(zhì)。而且換向是直流電機研究的一個重點。三：變壓器：

主要學(xué)習(xí)了普通雙繞組電力變壓器，在闡明其工作原理之后，介紹了變壓器的分類及主要結(jié)構(gòu)，著重敘述單相變壓器基本原理及運行特性。四：三相異步電機的基本原理：

三相異步電機的工作原理是定子上對稱的三相繞組中通過對稱三相交流電流時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場。這種旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n切割轉(zhuǎn)子繞組，則在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢及電流，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

五：三相異步電動機運行原理和單相異步電動機：

首先分析異步電動機負(fù)載運行時的電磁過程，然后將電磁過程用基本方程式加以綜合。得出等效電路與相應(yīng)向量圖。六：同步電機：

本章主要內(nèi)容是說明三相同步電機可以認(rèn)為是三相異步電機的一種特殊情況。同步電機又與直流電機有相似之處，兩者在負(fù)載時，氣隙磁場都會發(fā)生顯著的變化。況且同步電機本身沒有自啟動能力，必須在磁極上裝設(shè)啟動裝置，作異步啟動。七：控制電機：

主要內(nèi)容講了伺服電動機，測速發(fā)電機，自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器。學(xué)習(xí)了伺服電機有三種控制方式：幅值控制、相位控制、幅-相控制。測速發(fā)電機在自控系統(tǒng)中作為檢測元件用。測速發(fā)電機也分為直流和交流兩大類。八：電機及拖動基礎(chǔ)：

電力拖動系統(tǒng)主要研究電動機和生產(chǎn)機械之間的關(guān)系具體表現(xiàn)在電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。研究電力拖動系統(tǒng)的目的是為了介紹電力拖動系統(tǒng)機械特性與過渡過程等內(nèi)容準(zhǔn)備必要的理論知識。九：直流電動機的電力拖動：

本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是，比較了各種制動方法的優(yōu)缺點，反接制動，能耗制動和回饋制有各自的優(yōu)缺點以及不同的應(yīng)用場合。十：三相異步電機的機械特性及各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)：

本章主要研究了三相異步電機的機械特性和機械與特性的計算，機械特性的三種表達(dá)式可以用來表示異步電動機的固有特性，也可以表示改變各種參數(shù)時的人為機械特性。

十一：三相異步電動機的起動和起動設(shè)備的計算：

本章介紹了三相籠型及接線轉(zhuǎn)子異步電動機的各種氣動方法及起動電阻與起動設(shè)備的計算方法。十二：三相異步電動機調(diào)速：

本章主要介紹了異步電動機的調(diào)速方法，有變極，變頻，及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗三種。在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗的調(diào)速方法中主要討論了轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻、改變定子電壓、

滑差電動機、串極調(diào)速及脈沖調(diào)速等。異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、工作可靠且正在取代直流電動機。

十三：電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇：

電動機的選擇包括功率、電流種類、形式、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速的選擇，根據(jù)不同的工作制，按不同的變化負(fù)載的生產(chǎn)機械負(fù)載圖，預(yù)選電動機的功率。同樣按照發(fā)熱觀點選擇電動機的原理與方法原則上也適應(yīng)于選擇其他發(fā)熱電器元件。

三、學(xué)習(xí)總結(jié)

總結(jié)

本門課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)結(jié)束了，在我的印象里這門課程對我而言難度挺大的，所以我在它上面投入了不少精力。老師在上課的時候講解的非常認(rèn)真，這樣使我對這門課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，孫老師一直強調(diào)要在課后加強學(xué)習(xí)，多花時間，剛開始的時候我有點不以為然。結(jié)果第一次的綜合測試就給我一次深刻的教訓(xùn)，從那以后，我就利用課余的時間抓緊了學(xué)習(xí)，做好復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的工作，果然取得了很好的效果。這門課是我們自動化的專業(yè)基礎(chǔ)課，將來在我們的工作和學(xué)子中好多東西都是作為一個基礎(chǔ)的，所以現(xiàn)在學(xué)好了將來對于我們很有幫助。讓我印象很深刻的就是孫老師實驗課特別嚴(yán)謹(jǐn)，不同于以往我們上的任何一門實驗。雖然很嚴(yán)厲甚至苛刻，但是正是在嚴(yán)要求下，我們才真正學(xué)到了東西，我也慢慢的接受并喜歡上了這種上課方式。一學(xué)期的學(xué)習(xí)對然短暫，但是老師這門課上的很好，令我受益匪淺！

應(yīng)用舉例

直流電機實驗：一．實驗?zāi)康?/p>

1．學(xué)習(xí)電機實驗的基本要求與安全操作注意事項。

2．認(rèn)識在直流電機實驗中所用的電機、儀表、變阻器等組件及使用方法。3．熟悉他勵電動機（即并勵電動機按他勵方式）的接線、起動、改變電機方向與調(diào)速的方法。二．實驗方法及步驟

1．了解MCL電機系統(tǒng)教學(xué)實驗臺中的直流穩(wěn)壓電源、渦流測功機、變阻器、多量程直流電壓表、電流表、毫安表及直流電動機的使用方法。

2．用伏安法測直流電動機和直流發(fā)電機的電樞繞組的冷態(tài)電阻。

3．直流他勵電動機的起動，調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向。

4.并勵直流發(fā)電機的自勵過程，外特性。三．用伏安法測電樞的直流電阻

（1）經(jīng)檢查接線無誤后，逆時針調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻R使至最大。直流電壓表量程選為20V檔，直流安培表量程選為2A檔。

（2）按順序按下主控制屏綠色“閉合”按鈕開關(guān)，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的船形開關(guān)以及復(fù)位開關(guān)，建立直流電源，并調(diào)節(jié)直流電源至220V輸出。調(diào)節(jié)R使電樞電流達(dá)到0.2A（如果電流太大，可能由于剩磁的作用使電機旋轉(zhuǎn)，測量無法進(jìn)行，如果此時電流太小，可能由于接觸電阻產(chǎn)生較大的誤差），迅速測取電機電樞兩端電壓UM和電流Ia。將電機轉(zhuǎn)子分別旋轉(zhuǎn)三分之一和三分之二周，同樣測取UM、Ia，填入表1-1。

（3）增大R（逆時針旋轉(zhuǎn)）使電流分別達(dá)到0.15A和0.1A，用上述方法測取六組數(shù)據(jù)。取三次測量的平均值作為實際冷態(tài)電阻值Ra=四．直流電動機的啟動

實驗開始時，切記將“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)板向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器逆時針旋到底。Ra1Ra2Ra3。3圖1-1測電樞繞組直流電阻接線圖

圖1-2直流他勵電動機接線圖

擴(kuò)展閱讀：電機及其拖動基礎(chǔ)課程綜述

《課程名稱》綜述報告

專業(yè)及班級______________________________________姓名______________________________________學(xué)號______________________________________授課老師______________________________________完成時間______________________________________

一課程簡介:

計算機控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。企業(yè)對具備較強的計算機控制技術(shù)應(yīng)用能力專門人才需求很大。

內(nèi)容介紹計算機控制是自動控制理論與計算機技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計算機控制技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自動控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復(fù)雜的控制問題。計算機的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論的發(fā)展，先進(jìn)的控制理論和計算機技術(shù)相結(jié)合推動計算機控制技術(shù)不斷前進(jìn)。自從1971年美國Intel公司生產(chǎn)出世界上第一臺微處理器Intel4004以來，微處理器的性能和集成度幾乎每兩年就提高一倍，而價格卻大幅度下降。在隨后30多年的時間里，微型計算機經(jīng)歷了4位機、8位機、16位機、32位機幾個大的發(fā)展階段，目前64位機也已經(jīng)問世。微型計算機的出現(xiàn)，在科學(xué)技術(shù)上引起了一場深刻的變革。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，微型計算機的運行速度越來越快，可靠性大大提高，體積越來越小，功能越來越齊全，成本卻越來越低，使微型計算機的應(yīng)用越來越廣泛。微型計算機不僅可應(yīng)用于科學(xué)計算、信息處理、辦公娛樂、民用產(chǎn)品、家用電器等領(lǐng)域，而且在儀器、儀表及過程控制領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

二主要內(nèi)容：

1計算機控制系統(tǒng)及硬件設(shè)計

計算機控制系統(tǒng)是當(dāng)前自動控制系統(tǒng)的主流方向。

計算機控制系統(tǒng)是利用計算機的硬件和軟件代替了自動控制系統(tǒng)的控制器，以自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計算機快速強大的數(shù)值計算、邏輯判斷等信息加工能力，使得計算機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)常規(guī)控制以外更復(fù)雜、更全面的控制方案。

如今計算機控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地用于工業(yè)、國防和民用的各個領(lǐng)域。計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機硬件指計算機本身及外圍設(shè)備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。

主要功能：

（1）實時數(shù)據(jù)處理：對來自測量變送裝置的被控量數(shù)據(jù)的瞬時值進(jìn)行巡回采集、分析處理、性能計算以及顯示、記錄、制表等；

（2）實時監(jiān)督?jīng)Q策：對系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行越限報警、事故預(yù)報與處理，根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)備自動啟停，對整個系統(tǒng)進(jìn)行診斷與管理等；

（3）實時控制及輸出：根據(jù)被控生產(chǎn)過程的特點和控制要求，選擇合適的控制規(guī)律，包括復(fù)雜的先進(jìn)控制策略，然后按照給定的控制策略和實時的生產(chǎn)情況，實現(xiàn)在線、實時控制。

工業(yè)控制計算機：

工業(yè)控制計算機充分利用了計算機系統(tǒng)的硬件和操作環(huán)境，配以模塊化的硬件板卡，如處理器模板、開關(guān)量模板、模擬量I/O模板、定時/計數(shù)模板、通信模板等基本模板，就可以組成中、小規(guī)模的控制系統(tǒng)。工業(yè)控制計算機在許多方面優(yōu)于普通計算機，它具備抗電磁干擾、防振、防潮、耐高溫等性能，可實現(xiàn)各種惡劣環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠運行。

步進(jìn)電機工作原理及控制技術(shù)：

步進(jìn)電機又稱為脈沖電動機，是計算機控制系統(tǒng)中常用的一種執(zhí)行元件。其功能是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步。按勵磁方式分類，步進(jìn)電動機可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)式。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動機用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也較簡單，所以本節(jié)僅介紹這類電機。

2主要的控制技術(shù)：

PID控制的原理和特點：

在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可*、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依*經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。比例(P)控制

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(ady-stateerror)。積分(I)控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(SystemwithSteady-stateError)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分(D)控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。大林算法：

早在1968年，美國IBM公司的大林（Dalin）就提出了一種不同于常規(guī)PID控制規(guī)律的新型算法，即大林算法

大林算法是運用于自動控制領(lǐng)域中的一種算法，是一種先設(shè)計好閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)再反過來綜合調(diào)節(jié)器的方法。設(shè)計的數(shù)字控制器（算法）使閉環(huán)系統(tǒng)的特性為具有時間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時間與被控對象的滯后時間相同。此算法具有消除余差、對純滯后有補償作用等特點。

開環(huán)數(shù)字控制：

這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進(jìn)電機驅(qū)動。步進(jìn)電機接收步進(jìn)電機驅(qū)動電路發(fā)來的指令脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，把刀具移動到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢�，至于刀具是否到達(dá)了指令脈沖規(guī)定的位置，那是不受任何檢查的，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步進(jìn)電機和傳動裝置來決定。

由于采用了步進(jìn)電機作為驅(qū)動元件，使得系統(tǒng)的可控性變得更加靈活，更易于實現(xiàn)各種插補運算和運動軌跡控制。本章主要是討論開環(huán)數(shù)字程序控制技術(shù)。閉環(huán)數(shù)字控制：

這種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)多采用直流電機（小慣量伺服電機和寬調(diào)速力矩電機）作為驅(qū)動元件，反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方式主要用于大型精密加工機床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護(hù)，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。多軸步進(jìn)電機控制技術(shù)：

步進(jìn)電機的工作原理，步進(jìn)電機的工作方式，步進(jìn)電機控制接口及輸出字表，步進(jìn)電機控制程序，數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計舉例三軸步進(jìn)電機控制。多軸伺服驅(qū)動控制技術(shù)：伺服系統(tǒng)

在自動控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量變化的系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。例如，數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是指以機床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，又稱為隨動系統(tǒng)。1.伺服系統(tǒng)及其組成

伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動裝置和驅(qū)動元件(或稱執(zhí)行元件，即伺服電機)組成。高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態(tài)。2.伺服系統(tǒng)的基本要求和特點（1）伺服系統(tǒng)的基本要求（2）伺服系統(tǒng)的主要特點步進(jìn)電機：

（1）步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)：一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。

定子：定子上有繞組，教材上這個電機是三相電機，有3對磁極，實際上步進(jìn)電機不僅有三相，還有四相、五相等等。三對磁極分別為A、B、C，通過開關(guān)輪流通電。

轉(zhuǎn)子：上面帶齒。為了說明問題，這里只畫了4個齒。（其實一般有幾十個齒）

（2）工作原理：齒踞角和步踞角：

對于一個步進(jìn)電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角θZ為

θZ=2π／Z=360°/Z而步進(jìn)電機運行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距位置。步進(jìn)電機的步距角θ可以表示如下

θ=θZ／N=360°/(NZ)

其中：N是步進(jìn)電機工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

對于三相步進(jìn)電機，若采用三拍方式，則它的步距角是θ=360°/(3×4)=30°對于轉(zhuǎn)子有40個齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機而言，其步距角是θ=360°/(3×40)=3°逐點比較法插補原理：

所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，-。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點比較插補。

逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當(dāng)量，因此只要把脈沖當(dāng)量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。先進(jìn)控制技術(shù)

控制技術(shù)中的模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù)。先進(jìn)控制技術(shù)主要解決傳統(tǒng)的、經(jīng)典的控制技術(shù)所難以解決的控制問題，代表著控制技術(shù)最新的發(fā)展方向，并且與多種智能控制算法是相互交融、相互促進(jìn)發(fā)展的。

3計算機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計:

軟件是工業(yè)控制機的程序系統(tǒng),軟件是工業(yè)控制機的程序系統(tǒng),它可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件.軟件.所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序,所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序,它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求,由用戶自己設(shè)計的.統(tǒng)的具體要求,由用戶自己設(shè)計的.主要有程序設(shè)計技術(shù)，人機接口(HMI/SCADA)，人機接口(HMI/SCADA)技術(shù)，測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)，系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題，軟件抗干擾技術(shù)。

計算機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序設(shè)計技術(shù)軟件是計算機系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，它是包括程序，數(shù)據(jù)及其相關(guān)文檔的完整集合；程序是按事先設(shè)計的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是與程序開發(fā)，維護(hù)和使用有關(guān)的圖文材料。人機接口(HML/SCADA)(HML/SCADA)技術(shù)8.2人機接口(HML/SCADA)技術(shù)人機接口是使用者與機器之間互相傳遞信息的媒介。傳統(tǒng)人機接口設(shè)計中，操作者與機器的對話方式比較單一、實現(xiàn)功能比較簡單；一般采用按鍵操作，用戶操作比較復(fù)雜。傳統(tǒng)人機接口設(shè)計中，軟件架構(gòu)比較簡單，功能劃分比較模糊，程序的可讀性與維護(hù)性較差。本文介紹的人機接口與傳統(tǒng)的人機接口相比有以下幾個優(yōu)點：首先采用菜單顯示，簡化用戶操作流程；其次采用了合理的軟件架構(gòu)，功能模塊劃分明確，提高了程序的可讀性與可維護(hù)性。SEED_MMI5402系統(tǒng)可提供多路數(shù)字信號源，并與其它子卡進(jìn)行通訊，控制多種外設(shè)。根據(jù)系統(tǒng)要求，操作者必須能夠通過人機接口控制信號源，及完成其它相應(yīng)的控制任務(wù)。8.3測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)在主要的處理以前對數(shù)據(jù)進(jìn)行的一些處理。如對大部分地球物理面積性觀測數(shù)據(jù)在進(jìn)行轉(zhuǎn)換或增強處理之前，首先將不規(guī)則分布的測網(wǎng)經(jīng)過插值轉(zhuǎn)換為規(guī)則網(wǎng)的處理，以利于計算機的運算。另外，對于一些剖面測量數(shù)據(jù)，如地震資料預(yù)處理有垂直疊加、重排、加道頭、編輯、重新取樣、多路編輯等。8.4數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)最少拍控制器是基于準(zhǔn)確的被控對象而建立的一種控制算法。為了解決最少拍控制系統(tǒng)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中控制器算法與被控對象傳輸函數(shù)難以匹配而導(dǎo)致輸出波形不理想的問題。文章針對一階慣性積分系統(tǒng)的實驗電路,驗證了最少拍控制器的優(yōu)點,并提出了一種實驗方法,利用MATLAB仿真平臺,提出了一種新的仿真思路,該仿真電路不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的匹配,提高系統(tǒng)快速響應(yīng)性;而且把仿真電路與實際實驗電路結(jié)合起來,實現(xiàn)了近似模擬實際實驗電路,完成了實際實驗電路的測試指標(biāo),仿真結(jié)果比實際實驗電路輸出結(jié)果更貼近理論計算結(jié)果,提高了實驗數(shù)據(jù)的可讀性,這就更易于初學(xué)者學(xué)習(xí)掌握最少拍控制系統(tǒng)在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用,因而,這種仿真思路具有較高的參考價值。8.5系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題數(shù)的定標(biāo)：在進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計時，無法將小數(shù)直接表示出來，因此需要指定小數(shù)點的位置。有2中方法：Qx表示法和Sm.n表示法。以8為數(shù)D[7:0]為例Qx中x的值表示在8位數(shù)中小數(shù)位有x位，整數(shù)位有8-x位，決定了所表示數(shù)的精度為2^(-x)Sm.n表示在8位數(shù)中小數(shù)位有n位，整數(shù)位有m位（m+n=8）對于同樣的8位數(shù)，小數(shù)點位置不同所表示的十進(jìn)制數(shù)不同，因此表示的精度和范圍就不同。當(dāng)x越大精度越高，表示的范圍越小。可見，數(shù)值范圍和精度是互相矛盾的。數(shù)的2進(jìn)制表示方法，所以任何一個數(shù)值都是用有限字長的2進(jìn)制數(shù)表示的，也就是說數(shù)值的表示精度和動態(tài)范圍不會是無限大，所以在FPGA設(shè)計時需要考慮有限字長的影響。主要有3方面的誤差：輸入量化誤差，系數(shù)量化誤差，運算量化誤差。FPGA器件的字長可以根據(jù)需要任意指定，字長越長，量化誤差越小，但同時占用的片內(nèi)資源越多，編譯、仿真時間和系統(tǒng)成本也因之上升。8.6軟件抗干擾技術(shù)與干擾相關(guān)的幾個概念：干擾：是指有用信號以外的噪聲或造成計算機設(shè)備不能正常工作的破壞因素。干擾源：產(chǎn)生干擾信號的原因干擾對象：干擾源通過傳播途徑影響的器件或系統(tǒng)干擾系統(tǒng)的三個要素：干擾源、傳播途徑及干擾對象。抗干擾技術(shù)就是通過對這三要素中的一個或多個采取必要措施來實現(xiàn)的。軟件陷阱：軟件陷阱是在非程序區(qū)的特定地方設(shè)置一條引導(dǎo)引導(dǎo)指令（看作一個陷阱），程序正常運行，不會落入該引導(dǎo)指令的陷阱，CPU受到干擾，當(dāng)程序“跑飛”時，如果落入指令陷阱，將由引導(dǎo)指令將“跑飛”的程序強制跳轉(zhuǎn)到出錯處理程序，由該程序段進(jìn)行出錯處理和程序恢復(fù)。

4分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法及測試技術(shù)，從信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩個層次進(jìn)行編寫，主要內(nèi)容包括計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)、CAN總線技術(shù)、DeviceNet現(xiàn)場總線、DeviceNet節(jié)點設(shè)計與組網(wǎng)、ControlNet現(xiàn)場總線、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用。本書參照ISO制訂的OSI參考模型，對國內(nèi)外常用的幾種現(xiàn)場總線的通訊機理著重進(jìn)行了分析，并給出了智能節(jié)點開發(fā)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計的思路和流程。分布式控制系統(tǒng)(DCS)9.2分布式控制系統(tǒng)(DCS)1、DCS在上世紀(jì)80年代甚至90年代還是技術(shù)含量高、應(yīng)用相對復(fù)雜、價格也相當(dāng)昂貴的工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著應(yīng)用的普及，大家對信息技術(shù)的理解，DCS已經(jīng)走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的、價格合理的常規(guī)控制產(chǎn)品。2、DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個方面：功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS廠商更強調(diào)的系統(tǒng)集成性和方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC（可編程邏輯控制器）、RTU（采集發(fā)送器）、FCS、各種多回路調(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。此外，各DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。3、自20世紀(jì)80年代末以來，有幾種現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了影響力和優(yōu)勢，它們是可尋址遠(yuǎn)程變換器數(shù)據(jù)鏈路HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)、控制器局部網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作網(wǎng)絡(luò)LON(LocalOperatingNetwork)、過程現(xiàn)場總線PROFIBUS(ProcessFieldbus)和基金會現(xiàn)場總線FF(FoundationFieldbus)，這些現(xiàn)場總線各具特色，對于現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮著重要作用。9.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本概念訪問方法（MediaAccess）-指在總線上通訊的權(quán)利。有三種主要的類型：（1）CD-沖突監(jiān)測（collisiondetection）-所有的發(fā)送器必須同時是接收器。（2）BA-逐位仲裁（Bitwisearbitration）-地址最低的節(jié)點，優(yōu)先級最高，享有繼續(xù)通訊的權(quán)力，而另一個節(jié)點則停止通訊。DeviceNet采用這種訪問方法。2、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)自推廣以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。現(xiàn)場總線的技術(shù)推廣有了三、四年的時間，已經(jīng)或正在應(yīng)用于冶金、汽車制造、煙草機械、環(huán)境保護(hù)、石油化工、電力能源、紡織機械等各個行業(yè)。應(yīng)用的總線協(xié)議主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S等。在汽車行業(yè)，現(xiàn)場總線控制技術(shù)應(yīng)用的非常普遍，近兩年國內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采用了現(xiàn)場總線的控制技術(shù)。國外設(shè)計的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已應(yīng)用很廣泛，從單機設(shè)備到整個生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)，全部采用現(xiàn)場總線的控制方法。而國內(nèi)的應(yīng)用仍大多集中中生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)、隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和觀念的更新必然會逐步擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。9.4系統(tǒng)集成與集成自動化系統(tǒng)自動化行業(yè)對新技術(shù)、新需求融合吸納的速度和程度超出了人們的預(yù)期，目前自動化還沒有走向完全的標(biāo)準(zhǔn)化。這決定了工業(yè)自動化市場不可能由單一力量獨統(tǒng)江湖的局面，自己大而全是不可能的，任何一個產(chǎn)品不可能大而全，只能走集成化道路，同時掌握了特定領(lǐng)域行業(yè)知識、技術(shù)，就能為用戶提供先進(jìn)的自動化集成平臺和解決方案。在自動化應(yīng)用領(lǐng)域，從用戶需求上看，需要提供整體自動化解決方案。是用戶的客觀需求推動著自動化的發(fā)展。在自動化行業(yè)，供應(yīng)商的發(fā)展模式：都致力于打造最具競爭力的自動化解決方案供應(yīng)商，是自動化行業(yè)發(fā)展的必然要求。解決方案的需求趨勢使得系統(tǒng)集成商的價值進(jìn)一步提升。9.5分布式測控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計舉例在硬件設(shè)計上，由一臺PC工控機作為上位機，用來接收并存儲現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，本地現(xiàn)場硬件包括已有監(jiān)控計算機（通過編寫軟件來提取已有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)）、可編程的PC-Based數(shù)據(jù)采集控制器（通過編程來采集現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)）和不可編程的I/O節(jié)點（直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集），遠(yuǎn)程現(xiàn)場硬件主要是監(jiān)控計算機（通過編寫軟件來提取已有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)）。在傳輸線路上，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場實際，各子系統(tǒng)線路距離一般不會超過1200m，但位置分散，各子系統(tǒng)通信硬件各異，信號相互干擾會比較嚴(yán)重，鑒于這種情況，對各種通信方式（RS-232、RS-422、RS-485、光纖）的特點進(jìn)行了比較和分析，RS-232傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸速率較慢（一般只能達(dá)到20kb/s），傳輸距離短（一般裝置間電纜長度為15m之內(nèi)），且接口處信號容易互相干擾；RS-422總線傳輸方式盡管傳輸距離較遠(yuǎn)，但節(jié)點太少；光纖傳輸通信距離遠(yuǎn)、性能穩(wěn)定，但成本過高；RS-485傳輸方式不僅具有傳輸距離遠(yuǎn)、多節(jié)點（32個）的特點，而且傳輸線成本低。因此為了提高通信穩(wěn)定性、減小工程成本，采用RS-485總線傳輸方式。在RS-485總線傳輸接口上，上位工控機需采用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換板，PC串口RS-232將信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號，而下位機的情況較為復(fù)雜，對于以計算機為下位的子系統(tǒng)，也需要安裝RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換板，對于以PC-BASE控制器和遠(yuǎn)程I/O節(jié)點為下位的子系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)支持RS-485通信，不需要安裝其他硬件設(shè)備就可以實現(xiàn)通信。

五計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，既是一個理論問題，又是一個工程問題進(jìn)行計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計，不僅要掌握生產(chǎn)過程的工藝要求、被控對象的動態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測、計算機、通信、自動控制、微電子等技術(shù)。計算機控制系統(tǒng)的理論設(shè)計包括：建立被控對象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計算方法和程序設(shè)計語言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。1、原則：操作性能好，維護(hù)與維修方便；通用性好，便于擴(kuò)展；可靠性高；實時性好，適應(yīng)性強；經(jīng)濟(jì)效益好。2、步驟：確定任務(wù)階段；工程設(shè)計階段；離線仿真和調(diào)試階段；在線調(diào)試和投運階段。系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn)1、設(shè)計原則：對于不同的控制對象，系統(tǒng)的設(shè)計方案和具體的技術(shù)指標(biāo)是不同的，但控制系統(tǒng)的設(shè)計原則是相同的。這就是滿足工藝要求，可靠性高，操作性能好，實時性強，通用性好，經(jīng)濟(jì)效益高。2、實現(xiàn)介紹：作為一個計算機控制系統(tǒng)的工程項目，在設(shè)計研制過程中應(yīng)經(jīng)過哪些步驟，這是需要認(rèn)真考慮的。如果步驟不清，或者每一步需要做什么不明確，就有可能引起研制過程中的混亂甚至返工。計算機控制系統(tǒng)的研制過程一般可分為4個階段：準(zhǔn)備階段、設(shè)計階段、仿真及調(diào)試階段和現(xiàn)場調(diào)試運行階段。

六總結(jié)

多翻、跳讀、設(shè)問、五到、立體。我認(rèn)為這是很有價值的學(xué)習(xí)方法。“多翻”就是多翻各種各類書籍，以開闊視野，啟迪思路，增長知識。其實，多看課外書，增長課外知識，開闊視野，對平常的學(xué)習(xí)和考試都有好處，能更好地理解知識�！疤�讀”是指無論如何都不會讀懂某個問題時，先跳過去，向后看，于是連前面的都明白了。這用在英語短文閱讀理解上十分有效，聯(lián)系上下文能很好地幫助我們理解短文內(nèi)容�！霸O(shè)問”就是帶著問題去讀書，我們在閱讀文章時就應(yīng)該如此，這樣做，能使我們在閱讀過程中得到答案，提高學(xué)習(xí)效率�！拔宓健笔切牡�、口到、眼到、手到、腦到。這“五到”無論在學(xué)習(xí)、考試還是平時做事，都應(yīng)該做到。也只有真正做到這“五到”，才能真正有效地做好每一件事，事半功倍。“立體”指有一般的讀，又能重點的深掘；既要有橫斷面，又要有縱剖面；既有對原著有關(guān)有鉆研，又有對有關(guān)資料的涉獵。這就是要求我們不能只看片面，應(yīng)多角度地認(rèn)識事物，這樣才能認(rèn)識得全面、深刻。

此外，我們學(xué)習(xí)要有“恒心”兩個字，有了它，才能像蠶吃桑葉一樣，一口又一口，堅持不懈地去啃，直到預(yù)定目標(biāo)順利攻克。平時，要多思多練，在學(xué)習(xí)過程中要勤于思考，注重積累，在思考做題的過程中累積解題技巧和經(jīng)驗。還有，就是要先把書上的“死知識”給“死死地”背下來，再把熟練的知識靈活運用。這就是“先死記，再活用”。

有時候，我們學(xué)習(xí)了一些知識，當(dāng)時能記住，但過會兒就忘記了，這就與記憶方法有關(guān)。我認(rèn)為，在學(xué)習(xí)過程中，看、寫、讀、聽、背，多管齊下效率高，也記得牢。著名科學(xué)家茅以升先生，是個記憶力超群的人。人們問到他的記憶秘訣，他的回答是：“重復(fù)！重復(fù)！再重復(fù)！”學(xué)過的知識如果不重復(fù)，不多久，能記得到也就剩那么一點兒。所以，我們在學(xué)習(xí)過程中，可以嘗試著“看寫讀聽背”一并運用，一并提高。過后，每隔一段時間就重復(fù)知識，也就是定時復(fù)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方法，能減低遺忘率，更有效地記住知識。

開學(xué)時,老師曾對我們說：“行動是最好的語言�！薄俺缘每嘀锌�，方為人上人�！逼鋵�，如果能做到這幾點，成績必然提高。學(xué)習(xí)是一件苦差事，但苦中有樂。只有克服重重困難，吃的下學(xué)習(xí)過程中的苦，才能超越自我，獲得成功。而行動比任何計劃、檢討更有用。說得天花亂墜，卻沒有實際行動，那又有什么用呢？行勝于言。

參考文獻(xiàn)：

【1】于海生編著《計算機控制技術(shù)》【2】王孝武編著《現(xiàn)代控制理論》

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