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电动机基本开环控制环节介绍

电动机基本原理与结构

开环控制系统概述

输入信号与驱动电路

功率放大与执行机构

传感器与检测技术

故障诊断与保护措施

contents

目

录

电动机基本原理与结构

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01

磁场作用

电动机利用磁场对电流的作用力，使电动机转子转动。当导线在磁场中切割磁力线时，会在导线中产生感应电动势，进而产生电流和磁场间的相互作用力。

电磁感应

电动机中的定子绕组通电后产生旋转磁场，该磁场与转子绕组中的电流相互作用，产生电磁转矩，驱动电动机旋转。

开环控制系统概述

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02

定义

开环控制系统是指控制器与被控对象间只有正向作用而无反向联系的控制过程，即系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。

特点

开环控制系统的结构简单，容易实现，且控制精度取决于元件的精度和特性。但由于没有反馈环节，系统对外部扰动和内部参数变化不敏感，抗干扰能力差。

开环控制系统无反馈环节，而闭环控制系统存在反馈环节。

结构差异

稳定性

精度

开环控制系统稳定性较差，而闭环控制系统通过反馈环节可以调整系统输出，提高稳定性。

开环控制系统的精度取决于元件的精度和特性，而闭环控制系统可以通过反馈环节提高控制精度。

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02

01

工业机器人

在工业机器人中，开环控制系统可用于简单的、对精度要求不高的点位控制。

家用电器

如洗衣机、电风扇等家用电器的控制，通常采用开环控制系统。

交通运输

在交通运输领域，如航空航天器的姿态控制、船舶的航向控制等，开环控制系统也有一定的应用。

输入信号与驱动电路

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03

连续变化的电压或电流信号，用于精确控制电动机的转速和位置。

模拟信号

离散的二进制信号，用于实现电动机的启动、停止、正反转等基本操作。

数字信号

具有固定频率和占空比的方波信号，用于实现电动机的调速和定位控制。

脉冲信号

安全性

稳定性

高效性

易用性

确保电路在异常情况下能够自动保护，避免损坏电动机或驱动器。

优化电路结构，降低功耗，提高能源利用效率。

保证电路在各种工作条件下都能稳定可靠地工作，减少故障率。

简化电路设计，方便用户进行安装、调试和维护。

H桥驱动电路

由四个开关管组成的桥式电路，通过控制开关管的通断来实现电动机的正反转和调速。具有结构简单、控制方便等优点，广泛应用于直流电机和交流电机的驱动。

PWM驱动电路

采用脉冲宽度调制技术，通过改变脉冲信号的占空比来控制电动机的平均电压或电流，从而实现调速和定位控制。具有调速范围宽、响应速度快等优点，适用于高精度和高性能的电动机控制系统。

无刷电机驱动电路

针对无刷直流电机的特殊结构和工作原理设计的驱动电路，通过检测电机位置和速度信息来控制开关管的通断，实现电机的平稳运行和高效控制。具有高效率、低噪音等优点，广泛应用于家用电器、电动汽车等领域。

功率放大与执行机构

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04

根据放大信号的性质，功率放大器可分为电压放大器和电流放大器。根据工作原理，又可分为线性放大器和开关放大器。

类型

主要包括放大倍数、带宽、失真度、效率等。其中，放大倍数表示输出信号与输入信号之间的比值；带宽表示放大器能够放大的信号频率范围；失真度表示输出信号相对于输入信号的变形程度；效率则表示放大器的输出功率与输入功率之比。

性能参数

执行机构根据驱动方式可分为电动、气动和液压等类型。其中，电动机是最常见的执行机构之一。

类型

执行机构将控制信号转换为机械运动，从而驱动被控对象。对于电动机来说，控制信号通常为电压或电流信号，通过改变电动机的输入电压或电流，可以控制电动机的转速和转向。

工作原理

直流电动机

直流电动机具有良好的调速性能和较大的启动转矩，因此被广泛应用于各种需要精确速度控制的场合。其控制方法包括改变电枢电压、改变激磁电流和改变电枢回路电阻等。

交流电动机

交流电动机结构简单、维护方便、成本低廉，因此被广泛应用于各种工业场合。其控制方法包括改变电源频率、改变电源电压和改变电动机极对数等。其中，变频调速是目前应用最广泛的交流电动机调速方法。

传感器与检测技术

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05

将机械位移转换为电信号，如电位器、光栅等。主要性能参数包括线性度、灵敏度、分辨率等。

位移传感器

用于测量旋转或直线运动速度，如测速发电机、光电编码器等。性能参数包括测速范围、精度等。

速度传感器

测量加速度并转换为电信号，如压电式加速度计。性能参数包括测量范围、灵敏度等。

加速度传感器

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在机器人关节控制中，使用电位器作为位移传感器，实时监测关节角度变化并反馈给控制系统。

在电动机速度控制中，采用光电编码器作为速度传感器，将电动机的转速转换为脉冲信号输出，实现速度闭环控制。

在汽车安全气囊系统中，使用加速度传感器检测碰撞时的加速度变化，触发气囊弹出保护