Казанский Государственный технический университет

им. А.Н.Туполева.

факультет Автоматики и электронного приборостроения

Элементы и устройства систем управления

Учебное пособие

Маханько А.А

Маханько А.В

Казань 2009

Учебное пособие предназначено для студентов направления 220400 «Управление в технических системах». В пособии рассмотрены различные типы датчиков перемещения, скорости, ускорения, усилия и крутящего момента. Материал пособия соответствует курсу «Элементы и устройства систем управления» являющемуся частью дисциплины «Технические средства автоматизации и управления». Эта дисциплина входит в государственный стандарт направления 220400 и способствует повышению профессиональной компетенции выпускников в части проектно-конструкторской (ПКД-1, ПКД-2, ПКД-3), производственно-технологической (ПТД-1, ПТД-3), научно-исследовательской (НИД-1), монтажно-наладочной (МНД-2) и сервисно-эксплуатационной (СЭД-1) деятельности. Может быть использовано студентами других специальностей.

При подготовке пособия использован опыт преподавания этой дисциплины в Казанском государственном техническом университете.

Содержание

Введение 5

Тема 1. Основные свойства элементов систем автоматического управления 6

1.1 Классификация элементов систем 6

1.2 Статические свойства элементов 13

1.3 Динамические свойства элементов 20

1.4 Энергетические свойства элементов 27

Тема 2. Электрический контакт 29

2.1 Сопротивление контакта 29

2.2 Основы расчета и проектирования электрических контактов 32

2.3 Конструирование неподвижных контактов. 40

2.4 Конструирование разрывных контактов. 41

2.5 Искрогашение 48

Тема 3. Датчики перемещения 50

3.1 Потенциометрический датчик перемещения 50

3.1.1 Конструкция потенциометрических датчиков перемещения 57

3.1.2 Расчет потенциометрического датчика. 60

3.1.3 Функциональные потенциометры. 66

3.1.4 Динамические свойства потенциометрических датчиков 69

Тема 4. Электромагнитные датчики перемещения 72

4.1 Однотактный индуктивный датчик перемещения 72

4.2 Двухтактный индуктивный датчик перемещения 80

4.3 Трансформаторные (индукционные) датчики 88

4.4 Индукционные рамочные датчики перемещений 94

Тема 5. Емкостный датчик перемещения 98

Тема 6. Оптоэлектронный аналоговый датчик перемещения 101

Тема 7. Датчики с неограниченным перемещением 107

7.1 Амплитудный режим работы СКВТ 109

7.2 Фазовый режим работы СКВТ 111

7.3 Электрическая редукция 115

7.4 Индуктосин 118

Тема 8. Оптоэлектронные дискретные датчики перемещения. 124

8.1 Оптико-электронный датчик перемещения накапливающего типа (инкрементный энкодер) 124

8.2 Интерференционный датчик перемещения 134

8.3 Оптико-электронный датчик перемещения считывающего типа (абсолютный энкодер) 136

Тема 9. Определение углового положения летательных аппаратов 145

Тема 10. Датчики скорости перемещения 149

10.1 Дифференцирование сигнала по перемещению 149

10.2 Центробежный датчик скорости вращения 154

10.3 Электромагнитные датчики скорости перемещения 156

10.4 Тахогенераторы постоянного тока 160

10.5 Синхронные тахогенераторы. 162

10.6 Асинхронный тахогенератор 167

Тема 11. Измерение угловых скоростей летательного аппарата 170

Тема 12. Измерение линейной скорости движения летательных аппаратов 176

12.1 Измерение путевой скорости с помощью эффекта Доплера 180

12.2 Корреляционно-экстремальная система навигации 183

Тема 13. Измерение линейных ускорений 187

Тема 14. Измерение угловых ускорений 198

Тема 15. Датчики усилия 200

15.1 Магнитоупругие датчики усилия 202

15.2 Пьезоэлектрические датчики усилия 205

15.3 Тензорезисторы 210

Тема 16. Датчики крутящего момента 217

Заключение 220

Список литературы 223

Введение

Прогресс современной техники неразрывно связан с развитием систем автоматического управления. Современные системы становятся все более сложными, более интеллектуальными и позволяют решать все более широкий круг задач в науке, технике и технологии. Системы автоматического управления транспортными средствами позволяют повысить их надежность, экономичность и безопасность движения. В настоящее время возможно создание полностью автоматических подвижных устройств, что уже широко используется в авиации, ракетной и космической технике. В промышленности, энергетике и сельском хозяйстве автоматизация обеспечивает повышение производительности труда и качества выпускаемой продукции, экономию трудовых и материальных ресурсов.

Для создания и обслуживания современных автоматических систем необходимы квалифицированные специалисты, имеющие качественную подготовку в различных областях техники. Одним из важных направлений этой подготовки является изучение конструкции, принципов работы, функциональных возможностей и условий применения разнообразных элементов, из которых состоят современные автоматические системы.

Изучение элементов и устройств автоматических систем основывается на освоении математики, физики, электротехники, электроники в объеме программ технических вузов. В свою очередь знание элементов и устройств систем автоматического управления является важной составной частью подготовки специалистов и обеспечивает успешное освоение специальных технических дисциплин