控制器件(第二版)（簡體書）

《控制器件(第2版)》是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，是在原來編著的新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材《控制器件》的基礎上修訂而成的。《控制器件(第2版)》第1章概略性介紹控制器件的基本概念、主要分類、發展動態、涉及的知識結構、本課程的特點及學習方法，接著分執行機構、傳感器和應用三大篇系統介紹自動控制系統中常用控制器件的工作原理、基本特性、使用方法和應用舉例。執行機構篇包括直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、液壓伺服系統和其他執行機構5章內容：傳感器篇包括位置與速度傳感器、力與慣性傳感器、環境傳感器3章內容；應用篇專列一章，以車床數控改造、機床工作臺液壓驅動系統和步行機器人行走機構為實例，介紹控制器件的應用選型。
《控制器件(第2版)》可作為機電控制和自動化類各專業本科生的教材或教學參考書，也可供從事相關方面工程技術工作的科技人員參考借鑒。

鄒逢興，國防科學技術大學教授，第一屆國家級教學名師，國務院政府特殊津貼獲得者，全軍優秀教師，首屆全軍院校“育才獎”金獎獲得者，國家級教學團隊帶頭人，軍隊優質課程和國家精品課程負責人。1945年出生于江西省峽江縣，1969年畢業于“哈軍工”。長期在國防科學技術大學從事電子技術、計算機應用、自動測控和故障診斷與可靠性技術等方面的教學與科研。先後負責完成國家“863”、自然科學基金等各級各類科研、教研項目30余項，獲全國科學技術大會獎和國家級教學成果二等獎各1項，軍隊級教學成果一等獎2項，國家部委級／省級教學成果和科技進步二、三、四等獎多項，編者出版教材著作30余部，其中國家級、軍隊級重點／規劃教材、教育部工科本科通用教材、“面向2l世紀課程教材”和“教指委”推薦教材20余部，獲全國電子類專業優秀教材一等獎1部、全國普通高等學校優秀教材二等獎1部、中國圖書獎1部、湖南省優秀教材獎l部、國防科技大學優秀教材一等獎多部；國內外發表學術論文80余篇，獲各級各類優秀論文獎多篇。

《控制器件(第2版)》是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材?新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材之一。

總序
第二版前言
第一版前言
第1章 緒論
1.1 自動控制系統與控制器件
1.1.1 自動控制系統
1.1.2 控制器件的基本概念
1.1.3 控制器件涉及的知識結構
1.2 執行機構概述
1.2.1 執行機構的定義和分類
1.2.2 運動控制執行機構
1.2.3 現代執行機構的發展
1.3 傳感器概述
1.3.1 傳感器定義及分類
1.3.2 運動控制傳感器
1.3.3 環境傳感器
l.3.4 現代傳感器發展動態
1.4 控制器件的特性與選用
1.4.1 傳感器的特性
1.4.2 執行機構的特性
1.4.3 執行機構的選用
1.4.4 傳感器的選用
1.5 控制器件在典型運動控制系統中的應用
1.5.1 機器人
1.5.2 無人自主車
1.5 -3無人飛行器
1.5.4 微小衛星
1.6 本書的主要內容及學習方法
1.6.1 本書的主要內容
1.6.2 本課程的特點
1.6 -3本課程的學習方法
本章小結
思考題與習題
執行機構篇

第2章 直流伺服電動機
2.1 直流伺服電動機的原理和結構
2.1.1 直流伺服電動機的工作原理
2.1.2 直流伺服電動機的結構
2.2 直流伺服電動機的穩態特性
2.2.1 直流伺服電動機的穩態基本關系式
2.2.2 直流伺服電動機的機械特性
2.2.3 調節特性
2.3 直流伺服電動機的動態特性
2.3.1 直流伺服電動機的動態基本關系式
2.3.2 直流伺服電動機的過渡過程與過渡特性
2.3.3 直流伺服電動機的傳遞函數與方框圖
2.4 直流伺服電動機的控制方法
2.4.1 直流伺服電動機的啟動
2.4.2 直流伺服電動機的勵磁方式
2.4.3 直流伺服電動機的調速
2.4.4 直流伺服電動機的制動
2.4.5 直流伺服電動機的工作狀態
2.4.6 影響直流伺服電動機性能的因素
2.5 直流伺服電動機的性能指標
2.5.1 額定電壓
2.5.2 額定電流
2.5.3 額定功率
2.5.4 額定轉速
2.5.5 定額
2.5.6 額定輸出力矩
2.6 直流伺服電動機在運動控制中的應用
2.6.1 轉速控制
2.6.2 位置控制
2.6.3 力矩控制
2.6.4 直流伺服電動機的選用
本章小結
思考題與習題

第3章 交流伺服電動機
3.1 交流伺服電動機的原理和結構
3.1.1 交流伺服電動機的基本工作原理
3.1.2 交流伺服電動機的結構
3.2 兩相繞組的圓形旋轉磁場
3.2.1 對稱兩相繞組的圓形旋轉磁場
3.2.2 旋轉磁場的轉動方向
3.2 13旋轉磁場的轉速
3.2.4 產生圓形旋轉磁場的條件
3.3 圓形旋轉磁場運行分析
3.3.1 轉速與轉差率
3.3.2 電壓平衡方程式
3.3.3 磁勢平衡方程式
3.3.4 電磁力矩
3.3.5 機械特性
3.4 橢圓形旋轉磁場運行分析
3.4.1 橢圓形旋轉磁場的產生
3.4.2 橢圓形旋轉磁場的分解
3.4.3 橢圓形旋轉磁場的機械特性
3.5 交流伺服電動機的控制
3.5.1 轉速控制與調節特性
3.5.2 相位控制方法
3.5.3 起動和停轉控制
3.5.4 交流伺服電動機的傳遞函數
3.6 交流伺服電動機的性能指標
3.6.1 額定電壓
3.6.2 頻率
3.6.3 堵轉電流和堵轉力矩
3.6.4 額定輸出功率、額定輸出力矩和額定轉速
3.6.S空載始動電壓
3.6.6 非線性度
3.6.7 機電時間常數
3.7 變頻調速技術簡介
3.7.1 變頻調速原理
3.7.2 變頻技術
3.7.3 變頻調速控制
3.7.4 變頻調速交流電動機的傳遞函數
3.8 交流伺服電動機在運動控制中的應用
本章小結
思考題與習題

第4章 步進電動機
4.1 步進電動機的結構和原理
4.1.1 步進電動機的結構
4.1.2 步進電動機的工作原理
4.1.3 轉速和步距角
4.2 步進電動機的工作特性
4.2.1 力矩特性
4.2.2 單步運行和靜態特性
4.2.3 連續運行和動態特性
4.2.4 步進電動機的傳遞函數
4.2.5 步進電動機的起動和調速
4.3 步進電動機的主要性能指標
4.3.1 步距角和靜態步距角誤差
4.3.2 最大靜力矩
4.3.3 起動頻率和起動矩頻特性
4.3.4 運行頻率和運行矩頻特性
4.3.5 額定電流和額定電壓
4.4 步進電動機的使用
4.4.1 步進電動機驅動器
4.4.2 步距角的細分
4.4.3 實用控制方案
4.4.4 步進電動機在運動控制中的應用
本章小結
思考題與習題

第5章 液壓驅動系統
5.1 液壓驅動系統基本原理
5.1.1 液壓驅動系統的特點
5.1.2 液壓傳動相關理論
5.1.3 液壓傳動系統基本原理
5.2 液壓控制元件
5.2.1 液壓泵
5.2.2 液壓缸
傳感器篇
應用篇

當液壓管路中的壓力值出現波動時，敏感腔內的液壓隨之變化，使得閥門的開度也隨之同樣變化。當管路壓力增大時，閥門開度增大，使得流量增大，使得管路液壓減小；反之，則使得管路壓力增大。因此，溢流閥能夠起到穩壓的作用。溢流閥壓力的調節范圍主要由調壓彈簧的預緊力決定，使用不同剛度的彈簧，可以得到不同的調壓范圍。
溢流閥除了進行溢流和調壓外，還可以接在壓力管路中，作為安全閥使用，實現過壓保護功能。此外，把溢流閥接在回油管路中，可以增大回油阻力，提高液壓缸運動的穩定性。
減壓閥用來把高壓油變成低壓油。減壓閥的進油口與高壓油路相接，出油口與低壓油路相通，因此，減壓閥在完成減壓任務的同時，能夠調節出口壓力。先導式減壓閥的結構和符號如圖5.1 9所示。
減壓閥的進油腔與高壓油路相連，出油腔與低壓油路相通，兩個腔體之間有一個減壓口，減壓口的開度由主閥閥芯控制。低壓油路中的液壓由負載決定，當出油腔壓力較低時，主閥閥芯在主閥彈簧的作用下，開度最大，高壓油經過減壓口流入低壓管路。低壓腔中的液壓油大部分流入低壓管路，另一部分則分成兩路。一路經過阻尼孔流入主閥的敏感腔內，對主閥閥芯形成向上的推力；另一路則經過主閥阻尼孔進入主閥上腔，然後再經過導閥過流孔、導閥阻尼孔進入導閥前腔，對導閥錐形閥芯形成向左的推力。這時，作用在主閥閥芯上的力，除了主閥重力和主閥彈簧的彈力外，還有敏感腔與主閥上腔液壓的作用力。由于導閥調壓彈簧的作用，導閥關閉，主閥上腔的壓力較大，作用在主閥閥芯上的液壓推力較小，不能克服主閥重力和主閥彈簧的彈力的合力，主閥開度處于最大狀態，減壓閥處于關閉狀態。
在低壓管路負載壓力較大時，隨著高壓油不斷流入低壓管路，低壓管路的液壓迅速增大，使得導閥前腔壓力增大，大于調壓彈簧作用力時，先導閥閥芯向左打開，使得導閥前腔中的液壓油通過泄油口流入油箱，這樣，主閥上腔的壓力減小，而敏感腔的壓力則隨出油腔壓力的增大而增大，在液壓推力的作用下，主閥閥芯向上運動，使減壓口的開度減小，進油腔與出油腔之間的壓力差增大，出油腔和低壓油路的壓力增加速度減慢。這一過程，稱為減壓閥的起動過程。
調整導閥調壓彈簧的預緊力，可以調節主閥上腔的壓力，而敏感腔的壓力隨出油腔壓力變化，這樣，出油腔的壓力就決定了主閥閥芯的開度。當出油腔和低壓油路的壓力達到設定值時，主閥閥芯位置一定，減壓口開度一定，低壓油路與高壓油路的壓力差一定，在高壓油路壓力保持不變時，低壓油路的壓力也不變。這樣，就實現了對低壓油路的調壓功能。