1、第四章 测量变送环节和执行器,4.1 系统设计时对测量变送环节的考虑4.2 控制阀环节在控制系统设计中的考虑 4.3 其它执行器,本章的主要内容:,测量变送环节任务和要求 P39任务：对被控变量或其它参数进行正确测量，并 转换成统一信号 风 压: 0.020.1MPa电信号: 010mA （DDZ-型表）420mA （DDZ- 型表）表示：线性化处理后，可表示为一阶惯性加纯滞后特性Gm（s）= （4.1-1）,4.1系统设计时对测量变送环节的考虑,测量变送环节表示：1）存在纯滞后，希望m越小越好；减小m的好处：频率提高，稳定裕度增加，过渡过程面积减小2 ）测量变送环节处于反馈通道中，减小Tm（
2、通道时间常数），可提高控制质量（频率提高，过渡过程面积减小）；3）减小Tm可减小动态误差，Tm大，会使指示记录曲线与真实参数产生很大的动态误差 要求：快速、准确地反映被测量值,4.1系统设计时对测量变送环节的考虑,4.1.1 测量误差的来源 P394.1.2 测量信号的处理 P40,4.1系统设计时对测量变送环节的考虑,本节的主要内容:,）仪表本身误差 P39仪表的精度等级表明了稳态下仪表的最大百分误差。它是按全量程的最大百分误差来定义的，量程越宽绝对误差越大。选择仪表量程时应尽量选窄一些。从控制原理角度看：缩小检测变送器的量程，就是使该环节静态增益m增加。,4.1.1 测量误差的来源,）仪表
3、本身误差 P39 仪表的精度等级：表明了稳态下仪表的最大 百分误差。 精度等级G分为八个等级： 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 5.0 精度等级的数字越小，精度越高,4.1.1 测量误差的来源,）安装不当引入误差测量变送的一次元件安装在工艺设备上。安装必须符合规范，否则会引入很大误差。例：流量测量中 孔板反向安装直管段不足差压计液体引压管线存在气泡 引入误差,4.1.1 测量误差的来源,）测量的动态误差测量变送环节的滞后，包括m和m都会引起测量动态误差。在化工生产中，最容易引入纯滞后的是温度和物性参数的测量。,4.1.1 测量误差的来源,）测量的动态误差例
4、：测温元件 - 存在测量滞后例如：温包、热电阻、热电偶滞后原因：热容热阻（与元件的结构、外围介质的流态、性质及停滞厚度有关）见P40图4.1-1测量元件的响应速度,4.1.1 测量误差的来源,）测量的动态误差例：测温元件 - 存在测量滞后见P40图4.1-1测量元件的响应速度减小误差措施：不要任意加厚保护套管避免把测温元件安放在死角或引起大热阻处,4.1.1 测量误差的来源,4.1.1 测量误差的来源,）测量的动态误差例：值控制系统示意图：P40 图4.1-2电极不能放置在流速不稳的主管道上两项纯滞后：1 与2,4.1.1 测量误差的来源,）测量的动态误差例：值控制系统示意图：P40 图4.1
5、-2电极不能放置在流速不稳的主管道上两项纯滞后：,）测量的动态误差式中：减小滞后的措施：合理选择测量元件的安装位置，以减小m,4.1.1 测量误差的来源,在以下情况下，对测量信号需进行处理后再送往控制器。 P40 ）对呈周期性的脉动信号需进行低通滤波例：活塞式压缩机的出口压力以往复泵输送液体时的流量 呈现脉动现象,4.1.2 测量信号的处理,周期性波动，给系统运行带来的麻烦：控制过程徒劳无益，有可能使系统产生共振，加剧受控变量的波动。使控制阀阀杆加速磨损，影响寿命。 措施：增加阻尼（实质上是一种低通滤波作用） 削平脉冲波形 提高系统平稳性,4.1.2 测量信号的处理,低通滤波示例：RC阻尼器
6、或RC滤波电路 传递函数： 作用： 通低频，阻高频低频时动态增益近似为1，随着频率的增高，其动态增益大大下降,4.1.2 测量信号的处理,实现方法： （见P40图4.1-3）在气体压力传送管线上增加 气阻气容采用电动变送器时，将滤波电路串接在变送器之后。,4.1.2 测量信号的处理,实现方法： （见P40图4.1-3）,4.1.2 测量信号的处理,）对测量噪声需进行滤波 P41例：容器液位剧烈跳动 变送器输出波动不息压力、流量信号呈高频振荡措施：低通滤波 ）线性化处理 检测变送器：有时输入输出呈非线性对指示和记录的观察带来不便。,4.1.2 测量信号的处理,4.1.2 测量信号的处理,）线性化
7、处理例：节流装置输出差压与流量的平方成正比流量 系数绝对压力 差压 绝对温度措施：进行线性化处理（对例子，采用开方器进行校正）或用软件校正。,4.2.1 控制阀概述 P41 4.2.2 控制阀设计中的几个内容P41 4.2.3 流量特性和阀门增益 P42 4.2.4 流量特性的选择 P44,4.2 控制阀环节在控制系统设计中的考虑,本节的主要内容:,控制阀：又称末级控制元件,调节阀 最终执行控制任务作用：接收控制器来的控制信号，通过改变阀的开度来控制流量（改变调节量），实现生产过程自动化。,4.2.1 控制阀概述,比喻：在生产过程自动化中简单控制系统的组成：,4.2.1 控制阀概述,控制阀选择
8、的重要性：过程控制中，执行器（亦称执行机构）大多采用阀的形式，用来控制各种气体或液体的流量与流速，是过程控制系统中的一个重要组成部分，其特性好坏对控制质量的影响是很大的。,4.2.1 控制阀概述（重要性）,控制阀选择的重要性：控制阀直接与介质接触，是控制系统不可缺少的组成部分。经验表明，控制系统中每个环节的好坏，都对系统质量有直接影响，但使控制系统不能正常运行的原因，多数发生在控制阀上，对控制阀这个环节必须高度重视。,4.2.1 控制阀概述（重要性）,控制阀环节的影响因素：在过程控制系统设计中，若控制阀特性选用不当、阀门动作不灵活、口径大小不合适等，都会严重影响控制质量。,4.2.1 控制阀概
9、述 （影响因素）,种类：按所用的能源分气动、电动、液动三类控制阀,4.2.1 控制阀概述（分类）,控制阀的使用：在过程控制中，控制阀使用最多的是气动执行器，其次是电动执行器，较少采用液动执行器。,4.2.1 控制阀概述,阀：是一个局部阻力可变的节流元件按结构形式分,4.2.1 控制阀概述（分类）,按阀座 数目分按流体对阀芯 作用方向分气动阀,4.2.1 控制阀概述（分类）,电动执行器：是电动单元组合仪表中的一个执行 单元品种：任务：将控制器送来的指挥信号，成比例转换成角位移或直线位移去带动阀门、挡板等调节机构，以实现自动控制组成：,4.2.1 控制阀概述（电动阀）,气动阀：以压缩空气为能源特点
10、：结构简单、动作可靠，维修方便，价格低廉，适用于防火防爆场所应用：化工、石油、冶金、电力、轻纺等部门（应用广）,4.2.1 控制阀概述,气动调节阀结构结构：作用原理：1）执行机构按控制信号的大小产生相应输出力，带动阀杆移动；,4.2.1 控制阀概述,气动阀作用原理：2）阀直接与介质接触，通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量；3）阀门定位器与调节阀配套使用，组成闭环系统，利用反馈原理提高阀的灵敏度，实现控制阀的准确定位。,4.2.1 控制阀概述,气动薄膜式执行机构 气动阀种类 气动活塞式执行机构气动长行程执行机构 增力型薄膜（侧装式）执行机构薄膜式：常见，结构简单、价廉、输出行程小，
11、只能直接带动阀杆；活塞式：行程长、价昂、用于特殊需要的场合。,4.2.1 控制阀概述,阀门定位器：辅助装置作用：根据控制器发出的气动信号控制气动调节阀的阀门部件，使阀开度处于精确位置；应用场合：传热系统、液位、大容积的气体压力等慢过程（改善控制质量）不适用： 液体压力、流量（快速控制过程）（可能对控制质量有害）,4.2.1 控制阀概述（阀门定位器）,1. 4V、3V系列电磁阀:该系列电磁阀采用整体槽隙滑阀结构，以特殊高精度光整工艺加工阀孔，具有外形美观，换向性好，性能可靠，密封件磨损能自动补偿等特点。功能细分为二位三通和二位五通，控制方式细分为单、双电控和单、双气控。 接管口径：G1/8“G1
12、/2“ 使用压力：0.150.8Mpa 适用温度：-550厂家:宁波开源气动工程有限公司,4.2.1 控制阀概述（实例）,2.消防用信号蝶阀: 型号:XD371X 口径:452000M 压力:1.01.6MPa 温度:150 材料: 碳钢、不锈钢等 厂家:上海瓦特斯公司 设计标准：JB、GB、ANSI、BS、API、ISO、DIN、NF,4.2.1 控制阀概述（实例）,3. 自动式压力调节阀 型号：ZZYP 口径：15300MM 压力：1.66.4MPa 温度：350 材料: 碳钢、不锈钢、铸铁 厂家:上海瓦特斯公司 设计标准：JB、GB、ANSI、BS、API、ISO、DIN、NF,4.2.
13、1 控制阀概述（实例,4. 法兰式弹性硬密封、聚四氟密封蝶阀 型号：DT343H 口径：DN501200 压力：PN1.0、PN1.6、PN2.5 温度：-40600 厂家:上海瓦特斯公司 设计标准：JB/T8527-97、GB9113 材料: 铸钢、不锈钢、铬钼钢、合金钢、聚内脂、抗磨材料、柔性石墨,4.2.1 控制阀概述（实例）,5. 法兰连接钢制截止阀 型号：J41H 口径：DN15100 压力：Class150300 温度：200 厂家:上海瓦特斯公司 材料：WCB、Cr5Mo、1Cr18Ni12M02Ti、1Cr18Ni9Ti 设计标准：GB12235-1989、GB/T9092-1
14、999,4.2.1 控制阀概述（实例）,6. 水利控制阀 型号：ZAY741X 口径：40500mm 压力：1.02.5Mpa 温度：常温 材料：铸铁 厂家:上海瓦特斯公司 设计标准：JB、GB,4.2.1 控制阀概述（实例）,7. YS416Z型系列水力减压阀泊头市阀门制造实业有限责任公司,4.2.1 控制阀概述（实例）,7. YS416Z型系列水力减压阀,4.2.1 控制阀概述（实例）,8. YS416Z型遥控浮球阀(F100X) 主要用于控制水塔或水池的液面,并可以将主阀子阀分置,通过远程导管控制。厂家：泊头市阀门制造实业有限责任公司,4.2.1 控制阀概述（实例）,9. YS416Z型
15、缓闭式逆止阀（H300X）主要用于防止管网水流反向流动，有效消除水泵停止后产生的水锤现象。厂家：泊头市阀门制造实业有限责任公司,4.2.1 控制阀概述（实例）,10. 减压阀产品型号：200X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1 控制阀概述（实例）,11. 流量控制阀 产品型号：400X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1 控制阀概述（实例）,12. 泄压、持压阀 型号：500X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.
16、02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1 控制阀概述（实例）,13. 遥控浮球阀 产品型号：100X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1 控制阀概述（实例）,14. 水泵控制阀 型号：ZB700X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1 控制阀概述（实例）,15. 水力电动控制阀 型号：600X 公称通径：40800mm 材质：铸铁 压力范围：1.02.5MPa 适用范围：常温 厂家:上海佳卫阀门厂,4.2.1
17、控制阀概述（实例）,控制阀选择时，首先要选择好阀的类型（包括执行机构的类型和阀体结构类型）此外，还包括以下三个内容 1） 控制阀口径选择原则：正常工况下，阀门开度处于15% - 85%之间,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,1） 控制阀口径选择 口径过小时：经受较大扰动时，可能运行到全开状态（饱和非线性工作状态），系统暂时失控。口径过大时：阀门处于小开度，流体对阀芯、阀座冲蚀严重，受力不平衡，易产生振荡，加重阀芯和阀座的损坏，有时造成控制阀失灵。,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,1） 控制阀口径选择 口径计算：用流通能力C值表示C值定义：阀前后压差为0.1MPa，介质密度为1克每立方厘米
18、时，每小时通过阀门的流体的重量流量T/h,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,1）控制阀口径选择 具体计算C的公式：得到：,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,2）确定气开与气关 P41控制阀之所以要分成气开式和气关式，是从安全角度考虑的。即在事故状态下，根据需要使控制阀自动全开或全关，以确保人员和生产装置的安全。选择原则：考虑失气时使生产处于安全状态,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,2） 确定气开与气关 P41 选择原则：考虑失气时使生产处于安全状态例1. 中小型锅炉的进水阀 选用气关式气源中断（气压减小，“无气”）时，开度增加，锅炉内的水不宜蒸干。,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,
19、2）确定气开与气关 例2. 燃料管线上的阀门 选用气开式气源中断 开度减小 切断燃料 避免发生事故目前，已经生产出一种失气时能保持原来位置的保位阀以满足过程控制平稳性的要求。,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,在实际应用中，阀门气开/气关 形式的实现方法： 大口径的阀门：一般为正作用方式，气开/气关形式主要依靠改变阀芯的安装方向来实现；小口径的阀门：改变执行机构的正反作用方向来实现。,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,3 ）流量特性选择 P42实用角度，流量特性的选择不如阀的结构类型和口径选择重要。基于下面的原因，对它做重点讨论： 流量特性的选择有一定理论深度，设计控制 工程方面的较多概念
20、； 其本质是控制系统的非线性补偿问题。通过它，有助于建立起非线性补偿的概念和思路,4.2.2 控制阀设计中的几个内容,气动阀的特性表示： P42 （一阶惯性环节） 见P42图 4.2-1,4.2.3 流量特性和阀门增益,气动控制阀的特性表示： P42 （一阶惯性环节） 见P42图 4.2-1 Kv放大系数（反映阀的静态特性）Tv时间常数（反映阀的动态特性,4.2.3 流量特性和阀门增益,信号传输过程：控制器输出信号u 改变阀的行程流通截面A变化 流量Q变化气动阀一般描述为一节惯性环节，滞后主要发生在执行机构。,4.2.3 流量特性和阀门增益,流量特性定义：指流体通过阀门的相对流量与相对开度之间
21、的函数关系（4.2-1） -相对流量，阀门在某一开度下的流量与最大流量之比-相对开度，阀门在某一开度下的行程与最大行程之比,4.2.3 流量特性和阀门增益,流量特性种类：固有流量特性（理想流量特性）在阀的前后压差一定的情况下得到的流量特性（出厂时标明的流量特性）工作流量特性（安装流量特性）安装在有阻力的管道上后的流量特性,4.2.3 流量特性和阀门增益,固有流量特性（理想流量特性）见P42图 4.2-2 指阀的前后压差恒定时，流体通过阀门的流量与开度之间的关系。理想流量特性主要取决于阀芯的形状。 （流过阀的流量值不仅与开度有关，还受阀两边压差的影响）,4.2.3 流量特性和阀门增益,固有流量特
22、性（理想流量特性）特性曲线图见P42图 4.2-2,4.2.3 流量特性和阀门增益,固有流量特性（理想流量特性）类型：直线、等百分比（对数）、快开、抛物线图中R = Fmax / Fmin称为可调比，一般R=30（国产）获取方法：利用不同形状的阀芯来获得（改变阀芯的形状，可得到不同的流量特性）,4.2.3 流量特性和阀门增益,固有流量特性 的获取方法：利用不同形状的 阀芯来获得（改 变阀芯的形状， 可得到不同的 流量特性）,4.2.3 流量特性和阀门增益,1）线性特性：相对流量与相对开度呈线性关系，数学表示为 见表4.2-1（常数）Kv在全行程内为一定值（Kv：阀门放大系数）,4.2.3 流量
23、特性和阀门增益,从控制角度讲，更关心的是相对流量的变化率，相对流量的百分比变化率q某点相对流量的变化量某点相对流量,4.2.3 流量特性和阀门增益,由上式及图可知行程变化相同时因此，线性特性阀门工作处于小开度（小负荷）时，易产生超调，操纵不稳定而产生振荡工作处于大开度（大负荷）时，q小，控制迟缓，不灵敏,4.2.3 流量特性和阀门增益,2）对数特性（等百分比特性）单位相对位移变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量呈正比。,4.2.3 流量特性和阀门增益,对数特性阀在全行程内特性曲线的斜率是变化的，即阀的静态放大系数随工作点变化，且随行程增加而增加。对某些相反增益变化的对象，能起到一定的补偿作
24、用 优点：全行程范围内的相对流量的百分比变化率（q）相同，灵敏度相同。操纵过程平稳，应用较广泛。,4.2.3 流量特性和阀门增益,3）快开特性：单位相对位移的变化所引起的相对流量变化与该点相对流量值得倒数成正比。,4.2.3 流量特性和阀门增益,3）快开特性： 特点：（Kv由大到小）阀处于小开度时，Kv值很大，随行程增加而迅速下降。小开度时流量变化特别灵敏，很快接近全开。 适用：位式开关控制式程序控制,4.2.3 流量特性和阀门增益,4）抛物线特性:单位相对位移变化所引起的相对流量变化与该点相对流量值的平方根成正比。,4.2.3 流量特性和阀门增益,4）抛物线特性: 特点：Kv值随开度上升而相
25、应增加，Kv值增加比对数特性阀缓慢，q介于线性阀和对数阀之间。目前，国产控制阀类型：线性、等百分比、 快开三种流量特性,4.2.3 流量特性和阀门增益,工作流量特性（安装流量特性） P43控制阀安装在有阻力的管道上后的流量特性控制阀很少工作在恒定压降下，当安装在有阻力的管道上后，阀上的压降也会变化。阻力来源：装置、设备、管道都有阻力串联管道中的工作流量特性 见P43图 4.2-3,4.2.3 流量特性和阀门增益,串联管道中的工作流量特性 见P43图 4.2-3 PR： R上的压降Pv ：阀门压降：恒定总压差,4.2.3 流量特性和阀门增益,串联阻力R：控制阀、装置、设备、管道都存在阻力 R上的
26、压降：PR Q2 （Q流量） Pv的大小：阀门打开 Q增加 PR 增加Pv减小 流量特性偏离固有特性发生畸变,4.2.3 流量特性和阀门增益,畸变程度的描述：压降比重（S）：阀全开时二端压差：系统恒定的总压差 线性阀和等百分比阀在不同S下的安装特性：见P43图4.2-4,4.2.3 流量特性和阀门增益,线性阀和等百分比阀在不同S下的安装特性：见P43图4.2-4,4.2.3 流量特性和阀门增益,由图可见：特性曲线的畸变规律： 1）曲线向左上方畸变，线性阀接近快开特性，等百分比阀接近线性特性 2）S值越小，畸变越严重 3）畸变后，最小流量Qmin上升，实际可调比Rff下降,4.2.3 流量特性和
27、阀门增益,实际可调比Rff与S值之间的关系：（4.2-2）式中： R = Fmax/ Fmin 可调比 例：S=0.1 R=30 则Rff=9.5S值太小，阀的可调压差也小，可调流量变化范围对控制不利，一般设计要求S=0.3,4.2.3 流量特性和阀门增益,控制阀的增益（Kv） P44（4.2-3）输送的流量变化幅度的百分数阀杆位置变化的百分数,4.2.3 流量特性和阀门增益,Kv的数值：为安装流量特性曲线上某工作点的斜率由4.2-4图可见，当S值减小后： 线性阀：Kv不定，随开度的增加而下降； 等百分比阀：在中间较宽阔的范围内Kv近似为恒值（应用广泛）,4.2.3 流量特性和阀门增益,针对控
28、制阀这个环节，选择一条合适的非线性曲线，以补偿广义对象其它环节特性变化引起的对稳定性的影响，从而避免重新整定控制器参数。 P44 选择方法：计算法，经验法。计算法：需要知道控制系统各环节的数学模型，工程上较少应用经验法：长期积累的行之有效的方法,4.2.4 流量特性的选择,经验法的原则：希望广义对象的静态增益Ko*不变，Ko* = Ko x Kv = 常数Ko 被控对象（包括对象、控制器、测量变送环节）的静态增益Kv 控制阀静态增益有些对象静态增益是不变的，多数对象，静态增益受工作点、工艺条件变化影响。选择的阀门增益应考虑有一定的补偿作用，使Ko*在变负荷情况下也能维持恒定。,4.2.4 流量
29、特性的选择,选择控制阀理想流量特性的一般步骤：1）根据对象特性选择控制阀的工作流量特性；2）根据现场配管情况，从需要的工作流量特性出发，推断出理想流量特性（制造厂标注的流量特性）,4.2.4 流量特性的选择,具体方法： S0.6时：阀端压差变化小，畸变小（流量特性），此时要求的工作流量特性就是理想流量特性； S=0.30.6时：阀端压差变化大，无论要求的工作流量特性是什么，都应该选对数理想流量特性； S0.3时：已经不适于控制，应从管路想办法，增加S值。,4.2.4 流量特性的选择,对常见的控制阀安装场合，人们已总结了流量特性选择的有关准则，表4.2-2列举的是中国目前推荐的准则。,4.2.4
30、 流量特性的选择,控制阀选择的影响因素：应根据生产过程的特点、被控介质的情况（尤其要关注高温、高压、剧毒、易燃易爆、易结晶、强腐蚀、高粘度等介质）和安全运行的需要，并从系统设计的总体考虑，选用合适的执行器。,4.2.5 控制阀的选择和安装,控制阀选择的三个方面：阀体结构形式：直通单/双座阀，角型阀，笼式（套筒）阀，隔膜阀，蝶阀等气开/气关形式：从保证生产安全角度考虑流量特性：等百分比（对数）特性，快开特性线性特性（直线型），抛物线特性,4.2.5 控制阀的选择和安装,阀体结构形式的选择：根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理化学性质（如粘度、腐蚀性、毒性、状态、洁净程度等）以及系统要求（如可调
31、比、噪声、泄漏量等）来选择。,4.2.5 控制阀的选择和安装,控制阀的安装：1）便于维护，尽量安装在靠近地面和楼板处，并在其上下方留有足够的空间 ； 2）一般安装在水平管道上，特殊情况必须其它角度安装时，应根据现场情况加支撑；,4.2.5 控制阀的选择和安装,控制阀的安装：3）安装的环境温度应在- 40至+ 60之间，以防止执行机构的薄膜老化，并远离震动设备或腐蚀严重的地方； 4）安装时要保证流体流动的方向与阀体箭头方向一致；,4.2.5 控制阀的选择和安装,控制阀的安装：5）当控制阀的口径与管道直径不同时，两者 之间应用锥形管连接； 6）控制阀一定要安装副线（旁路阀），以便控制阀出现故障时利
32、用旁路来维持生产；,4.2.5 控制阀的选择和安装,控制阀的图形符号,执行机构的图形符号,执行机构能源中断时控制阀位置的图形符号,在控制系统中用作执行器功能的除了控制阀以外，主要还有执行电动机和液压伺服系统以及电磁阀。控制阀 执行器（执行机构）,4.3 其它执行器,4.3.1 执行电动机 P514.3.2 液压传动和液压伺服系统P56,4.3 其它执行器,本节的主要内容:,1）概念：按指令而运动的电动机（接收数字信号） 2）种类：3）实质：机电一体化产品,4.3.1 执行电动机,4）组成： P51,4.3.1 执行电动机,）作用： P51,4.3.1 执行电动机,）分类：按原理分 按控制方式分
33、,4.3.1 执行电动机,）直流电动机晶闸管调速系统 P51特点：直流电动机由于具有良好的调速性能，较宽广的调速范围，长期以来在要求调速的地方，特别是对调速性能要求较高的场合，例如轧钢机、龙门刨、车辆牵引和高精度机床上得到了广泛的应用。,4.3.1 执行电动机,）直流电动机晶闸管调速系统应用：对调速性能要求较高的场合,4.3.1 执行电动机,1） 直流电动机的简单调速系统原理示意图： P51图4.3-1,4.3.1 执行电动机（简单调速）,1） 直流电动机的简单调速系统原理示意图： P51图4.3-1调节原理：调节可控整流器稳相角 改变输出电压u 调节电机转速,4.3.1 执行电动机（简单调速
34、）,1）直流电动机的简单调速系统不足之处：转速随负载而变化稳相角保持不变时，电动机的转速随负载的增加而下降；特别是在电流出现断续时，速度随负载的变化更大。这样的调速系统无调速精度可言。不适用：调速要求较高的场合,4.3.1 执行电动机 （简单调速）,2）直流电机单闭环调速系统 P52特点：一般采用速度负反馈的办法形成闭环 控制，以保证调速精度。原理示意图： P52 图4.3-2把所要求的速度给定信号与实际速度反馈信号进行比较，将其差值经放大后去控制整流桥的电压，进而改变电机转速，使它等于给定值。,4.3.1 执行电动机 （单闭环调速）,2）直流电机单闭环调速系统 P52原理示意图： P52 图
35、4.3-2,4.3.1 执行电动机 （单闭环调速）,2）直流电机单闭环调速系统 P52由于直流电机在磁场恒定的情况下电机电压几乎与转速成正比，所以在精度要求不太高的场合也可以用电机的电压反馈代替速度反馈，可省去测速发电机。,4.3.1 执行电动机 （单闭环调速）,2）直流电机单闭环调速系统原理示意图： P52 图4.3-2不足之处：（1）单闭环调速系统在调速过程中，当速度给定发生突变时，整流桥的输出电压会发生突变，这可能引起电机电枢电流剧增。由于晶闸管的过载能力比较小，可能会因此受到损坏;,4.3.1 执行电动机 （单闭环调速）,2）直流电机单闭环调速系统原理示意图： P52 图4.3-2不足
36、之处：（2）电流的急剧变化会导致直流电动机换向恶化，产生火花，并引起电机转矩的剧变，对传动系统产生猛烈的冲击。因此，还必须采取限制电流冲击的措施。改进措施：双闭环（内：电流，外：转速）,4.3.1 执行电动机 （单闭环调速）,液压传动的概念： P56用液体作为工作介质来传递能量，以液体压力能量进行工作的传动方式。 液压传动的实例： 专用机床液压系统原理图：P56图4.3- 9组成：动力元件（液压泵：机械能 液压能执行元件（液压缸）控制元件（换向阀、节流阀、溢流阀）,4.3. 液压传动和液压伺服系统,液压传动的实例： 专用机床液压系统原理图：P56图4.3- 9 优点： P57 之 缺点： P57 之 液压传动的应用：航海机械，航空机械，工程机械 农业机械，轻工机械等,4.3. 液压传动和液压伺服系统,液压伺服系统： P57亦称为随动系统、 跟踪系统采用液压控制元件和液压执行元件，根据液压传动原理建立起来的一种自动控制系统。在液压伺服系统中，执行元件能够以一定精度自动地按照输入信号的变化规律而动作。,4.3. 液压传动和液压伺服系统,第四章 思考题,1. 测量变送环节的误差来源主要有哪几种？测量误差如何处理？ 2.何谓控制阀的气开、气关形式？系统设计时如何确定？ 3.控制阀的理想流量特性有哪几种？如何选择？ 4.控制系统中常用的执行器有哪些？ 5.教材P57-58 思考题,
