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1、专业英语教程,教学课件,I.课文内容简介： 主要介绍过程控制系统的基本知识。,Lesson 1 Introduction to Control system,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,P6 Process Control,IV.重要词语及难句翻译 1 This can be as simple as making the temperature in a room stay at or as complex as manufacturing an integrated circuit or g

2、uiding a spacecraft to Jupiter. 它既可是简单地保持房间温度为21，也可是复杂的集成电路制造或者飞向木星的宇宙飞船导航系统。 This指代前句中的the term control。 2 Instead of regulating a variable value to a setpoint, the servomechanism forces the controlled variable value to follow variation of the reference value. 伺服机械使被控变量值跟随参考值的变化，而不是将变量值调节至设定值。 Inst

3、ead of， (用)代替, (是)而不是, (用)而不用 3 By a succession of incremental opening and closing of the valve, 通过一连串的打开或者关闭阀的 a succession of：一连串，一系列,P6 Process Control,V.参考译文 第一课 过程控制简介 1、序言 从原始状态到我们目前复杂的、技术性的世界，人类的进步是以学习新的且不断提高控制环境的方法为标志的。简单地说，控制这个词就意味着迫使环境中的参数有具体值的方法。可以是控制房间的温度在21简单的例子，也可以是制造集成电路或控制航天器飞向木星等复杂的

4、例子。总的来说，术语控制系统可表述为完成控制目标所需要的所有的因素。 本书的目的是研究用于工业的控制系统运行的元件和方法，这些控制系统用于控制工业过程（因此，称为过程控制）。本章将提出一个关于过程控制技术及元件的总体看法，包括重要的定义。后面的章节将对过程控制元件作更详细的研究。 2、控制系统 控制系统运作的基本策略就是逻辑与自然。事实上，在生物机体上也采用了同样的策略来维持温度、液体流率以及一系列其他生物功能。这就是自然界的过程控制。 人工控制技术是首先被发展起来的技术，它把人作为控制行为中的主要部分。当我们学会了如何使用机器、电子设备和计算机来代替人的功能时，就开始使用自动控制这个术语了。

5、,P6 Process Control,P6 Process Control,（1）过程控制原理 过程控制中，其基本任务是调节一些参量的值。调节的含义是无论外部如何影响都能保持参量为某些期望的值。期望值也被称为参考值或设定值。 在接下来的段落里，我们将通过一个具体的过程控制实例的控制系统的发展，来介绍该领域内的一些术语和表示方法。 过程 图6.1所示为我们所讨论的过程。液体以某速率Qin流入容器内，以速率Qout流出容器。容器中的液体高度或液位为h。众所周知，流出速率随高度的平方根变化，因此，液位越高液体流出的速度越快。如果流出速率与流入速率不完全相等，容器要么变空，如果Qout Qin，要么

6、溢出，如果Qout Qin。 此过程的特性叫自调节。它意味着，对于某个流入速率，液位将升高，直到达到一个流出速率与流入速率相匹配的高度。自调节系统不提供针对任何参考值的调节。在这个例子中，液位将停留并保持在使流入速率和流出速率相同的高度值。但是，如果流入速率改变了，那么液位也将改变，所以它不会随着一个参考值进行调节。 在忽略流入速率的情况下，假设我们希望液位保持为某个特定的高度H，如图1.1所示。那么自调节就不能满足要求了。 人工控制 图6.2所示为采用人工调节液位的水槽系统。为了调节液位保持液位高度为H，这需要使用传感器对液位进行测量。这可通过“可视管”来实现，如图6.2所示。实际的液位或高

7、度称为被控变量。此外，需要增加一个人工控制阀来调节流出速率。这个流出速率称为操纵变量或控制变量。,P6 Process Control,现在，通过以下策略就可调节高度而不受流入速率的影响：通过可视管人工测量液高，并和设定值相比较。如果所测的值较大，则人工开阀使流出量增加，从而使液位降低接近设定值。如果所测的值比设定值小，则人工关阀减少流出量，使液位上升。 通过反复开关阀就可使液位达到设定值H，通过连续观察可视管并相应调节阀就可使液位保持为设定值。这个高度是可以调节的。 自动控制 要实现自动控制，系统改进为由机器、电子器件或计算机来替代人工操作，如图6.3所示。所增加的传感器装置能够测量液位并将

8、其转换为一个比例信号s。这个信号是控制器的输入。控制器可以为一台机器、一个电路或计算机，它完成计算测量值的功能，并提供输出信号u，控制由通过机械连接到阀的执行器改变阀的位置。 当自动控制应用于类似于图6.3所示的可将某些变量调节到设定值的系统中时，就称之为过程控制。 （2）随动系统 另一种常用的控制系统是随动系统，它与过程控制在目标上有少许不同。在随动系统中，其目标是迫使参数以一种特定的方式变化。这也可称为跟踪控制系统。随动系统迫使被控变量跟踪参考值的变化而不是调节变量至设定值。 例如，图6.4所示的工业机器臂，随动系统通过控制机器臂传动电机的速度和机器臂部件的角度，迫使机器臂沿A点到B点的路

9、径移动。,P6 Process Control,随动系统的控制策略与过程控制类似，但调节和跟踪之间的动态差异导致了控制系统在设计和运行上的差别。本书针对过程控制技术。 （3）离散控制系统 此类控制系统是控制事件顺序而不是某个变量的调节或变化。例如，油漆的生产过程中可能包含有许多变量，如混合温度、流入混合槽的液体流率 、混合速度等等。每个变量都需要过程控制回路来调节。但是，在整个的生产油漆过程中也存在事件的先后顺序。这个先后顺序就是根据规定的时间表开始和停止事件。以油漆为例，混合物需要被加热，温度的调节需要一定长度的时间，然后，在另一时间段，混合物可能被抽到不同的槽并被搅拌。 事件的开始和停止是

10、离散系统，因为时间不是真（true）就是假（false），例如，启动或停止、开启或关闭、开或关。此类控制系统可以设计为自动的，且最适宜采用计算机作为控制器。,I.课文内容简介： 简单介绍如何对系统的性能进行评价。,Lesson 2 Control System Evaluation,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,P6 Process Control,IV. 难句翻译 1 The variable used to measure the performance of the control syst

11、em is the error, which is the difference between the constant setpoint or reference value r and the controlled variable c(t). 误差是用于衡量控制系统性能的变量，它是常数的设定值或参考值r与被控变量c(t)之间的差。 Which所引导的非限制性定语从句修饰error。 2 The duration is measured from the time the allowable error is first exceeded to the time when it fall

12、s within the allowable error and stays. 这个时间段是指从第一次超过允许的误差到其下降并保持在允许误差范围内所需的时间。 from the time to the time，两个time后均接定语从句。,P6 Process Control,V.参考译文 第二课 控制系统评估 过程控制系统可调节某些变量的值。在使用这种系统时，人们自然会问，它的性能如何？这个问题很难回答。因为控制系统可产生不同的响应偏差。本章将讨论几种评价性能的方法。 衡量控制系统性能的变量是误差，它是常数设定值或参考值r与被控变量c(t)之间的差。 由于被控变量是随时间变化的，因此误差也

13、是时变的（注意，在伺服机械系统中，r的值也要求是时变的）。 控制系统目标 从原理上讲，控制系统的目标是使等式（6-1）中的误差为零。但控制系统的响应只取决于误差（即，当出现误差时，控制系统会采取措施使其为零）。相反地，如果误差为零并保持，控制系统将不采取任何行动，而且其决定性是首要的。因此，这个目标不可能完美地实现，将一直存在误差。评价问题变为误差的大小及其随时间变化的情况。 实际的控制系统的目标最恰当的表述为三个需要： 系统应该是稳定的。 系统应该尽可能地提供最好的稳态调节。 系统应该尽可能地提供最佳的瞬态调节。 1.稳定性,P6 Process Control,控制系统的目的是对某些变量进

14、行调节。这需要过程本身根据变量的测量值采取一定的措施。如果措施不正确，控制系统会使过程变得不稳定。事实上，我们越紧密地控制变量，就越可能使系统不稳定。 图6.5所示，在控制系统工作前，被控变量以一种随机的方式漂移且是不可调节的。在控制系统开始工作后，该变量被强迫接近设定值并且暂时一切都很好。但是，注意一段时间后，变量开始呈现增长振荡，即，不稳定。这发生在控制系统仍然连接并运行时；事实上，系统的连接和运行正是不稳定发生的原因。 那么，第一个目标可简单地表示为，设计并校正系统使其稳定。一般说来，当控制系统被校正以提供更好的控制的同时，不稳定的可能性也同时在增加。 2.稳态调节 稳态调节目标可简单表

15、述为稳态误差应达到最小。通常，当控制系统被指定了允许偏差， ，这表示人们希望并接受变量在偏差带内变化。当外部干扰企图使这个值漂移超出允许的偏差时，控制系统将克服这个干扰。 例如，过程控制技术人员可能会要求设计和实现能将温度调节至150 2的控制系统。这意味着设定值为150，但允许温度在148至152变化。 3.瞬态调节 当突然发生一些瞬态事件，为了不产生大的偏差，被控变量的值将会有什么变化呢？例如，设定值改变了。假设在前面提到的温度例子中，设定值突然变为160。瞬态调节是指控制系统如何反应，使温度达到这新的设定值。,P6 Process Control,另一种类型的瞬态影响是一些其他过程变量的

16、突然变化。被控变量依赖于其他过程变量。如果其中一个突然变化，被控变量也可能被强迫改变，因此控制系统必须使这个影响最小化。这就是所谓的瞬态响应。 4.评价指标 由此，控制系统性能如何这个问题可以回答为：（1）确保稳定；（2）评价其稳态响应；（3）评价其对设定值变化和瞬间扰动的响应。衡量响应有多种标准。通常，用“调节”这个词是用来说明如何控制过程控制回路来得到最佳的控制。 阻尼响应 这是另一种要求标准，当激励为设定值变化或瞬态作用时被控变量响应如图6.6所示。我们注意到，偏差的极性只有一种（也就是，它不在设定值附近振荡）。在这种情况下，如果输入为瞬态值，衡量性能的标准是偏差持续时间；如果是给定输入

17、，衡量性能的标准是最大偏差emax。持续时间是指从超出允许误差范围到重新回到允许误差范围的时间。 对于同样的激励，不同的调节系统可产生不同的emax和tD。这取决于过程设计者，他认为长调节时间小峰值偏差是最好的控制，或者相反，或者介于二者之间。 周期响应 当设定值改变或瞬态变化时，另一种标准如图6.7所示。应注意到，被控变量在设定值附近振荡。在这种情况下，我们感兴趣的参数是最大偏差emax和持续时间tD，也称为调节时间。它是指从第一次超过允许的误差到其落入并保持在允许误差范围内的时间。,P6 Process Control,响应的性质可以通过调节控制回路参数来改变，这称为调节。可以是大偏差短调

18、节时间或长调节时间小偏差，或者介于二者之间。 周期调节的评价标准有很多，最常用的两种是最小面积和四分之一幅值。最小面积是指在同一激励（设定值改变或瞬态变化）作用时，不断调节直到偏差曲线下的净面积达到最小，如图6.8（a）所示的曲线的阴影部分面积。由分析可知面积由下式计算： (6-2) 四分之一幅值标准如图6.8（a）所示，它是指周期响应的每次峰值的幅值必须是前一个峰值的四分之一。因此， ，等等。,P6 Process Control,I.课文内容简介： 简单介绍热传感器所需的热能和温度原理的知识。,Lesson 3 Thermal Sensors,P6 Process Control,II.N

19、ew Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 难句翻译 1 To define the temperature scales, a set of calibration points is used; for each, the average thermal energy per molecules is well defined through equilibrium conditions existing between solid, liquid, or gaseous stat

20、es of equilibrium exists between the solid and liquid phase of a pure substance when the rate of phase change is the same in either direction: liquid to solid, and solid to liquid. 对于每个校准点，分子平均热能定义为：在固态、液态或气态三者之间两两平衡，或者当在任意方向状态变化率都相同时，这种纯物质中固态和液态之间的平衡。 2 The SI definition of the Kelvin unit of tempe

21、rature is in terms of the triple point of water. SI，来自法文的le Systme international dunits，是国际单位制符号。单位开尔文(K)是热力学温度国际单位制单位。 the triple point of water，水三相点。水三相点是开尔文热力学温度的唯一基准点,也是TTS-90国际温标重要的定义固定点。水三相点不确定度分析对整个温标的建立、温度量值传递起着至关重要的作用。,P6 Process Control,V.参考译文 第三课 热传感器 过程控制是用来描述任何自然的或人工的条件下，对其中一个物理量进行调节。与温

22、度和其他热现象相关的控制相比，没有比其更广泛的。在我们的自然环境，温度调节是最明显的技术，有些是存在于生物的身体功能。从人类第一次用火取暖，人类就开始十分关注温度控制。工业温度调节一直是极为重要，随着科技的进步，其重要性进一步加强。在这一章中，我们将首先研究热能和温度原理的知识，然后研究温度测量中的各种热传感器的工作原理。 实际上，我们周围的物质和我们本身都是由原子组合而成。自然界中的92种元素每一种都代表一种特定类型的原子。通常，我们身边的物质都不是单纯的元素，而是几种元素原子所形成的分子的组合。因此，氦气是一种特定类型的原子组成的自然元素；而水是由分子组成，每个分子是由两个氢原子和一个氧原

23、子结合而成。要展示热能的物理图像，我们需要考虑固体、液体或气体等特定物质中元素和分子间的物理关系和相互作用。 1热能 固体 在任何固体中，每个原子或分子都紧紧地相互吸引并相互制约，以致于没有原子能够远离其特定的位置或者平衡位置。但是，每个原子都能在其特定的位置附近振动。我们 通过分析分子的振动来介绍热能的概念。 假设某特定固定物质中的分子没有振动，也就是说，分子都处于静止,P6 Process Control,P6 Process Control,状态。这样的物质，我们说它的热能为零，即WTH=0。如果现在我们将其放在加热器上使其拥有热能，这个能量使分子在其平衡位置振动。我们可以说这个物质现在

24、有了部分热能，即WTH 0。 液体 如果物质增加的热能越来越多，随着热能的增加，振动将变得越来越激烈。最后，当保持分子在平衡位置的束缚力被克服，分子将逃脱并且在物质中四处移动。当发生这种情况，我们说物质融化变成了液体。现在，分子可以四处移动而且不再保持固体的刚性结构，我们认为分子是彼此自由而不是振动，而且它们移动的平均速度可以衡量物质吸收热能的多少。 气体 进一步增加物质的热能会加快分子的速度，直到最后。这种情况表现为沸腾的液体。当物质由这些没有关联的在密闭容器中自由移动的分子组成，我们说物质已变成气体。尽管分子之间相互碰撞，也碰撞容器壁，但分子在容器内的移动是自由的。分子的平均速度再次成为衡

25、量物质分子吸收热能的标准。 在吸收同样热能的情况下并不是所有的物质都会经历这些变化，事实上某些物质根本不变化。因此，氮可以是固体、液体和气体，但纸张在变成液态或气态前必须分解其分子。热传感器的主要目的是测量某种物质或由多种物质组成的某个环境的热能。 2.温度 如果要测量热能，我们就必须用相应的单位对温度进行分类。最原始的单位是“热”和“冷”。在过去,这些就足够了，但在现代，它就显得不足。正确,P6 Process Control,的衡量能量的单位应该国标系统中的“焦耳”，但这个单位依赖于物质的大小，因为它表示的是物质所包含的总的热能。与焦耳相比，对分子平均热能进行测量将能更好地确定热能。我们说

26、“将”是因为它不是传统的用法。实际上，用于定义物质的分子平均热能的专门单位制度，其起源包含了热能测量的历史。我们将是采用四种最常用的单位。在每种情况中，描述物质的分子平均热能的名称表明了物质的温度，不同的单位制度参见温标。 标定 制定温标要使用一系列校准点。对于每个校准点，分子平均热能定义为：在固态、液态或气态三者之间两两平衡，或者当在任意方向状态变化率都相同时，这种纯物质中固态和液态之间的平衡。部分标准校准点如下： 1.氧气：液/气平衡 2.水：固/液平衡 3.水：液/气平衡 4.金：固/液平衡 各种温标都是由温度值和附加标定点来确定。从本质上说，不同的温标在二个方面不同： (1)零点温度的

27、位置和(2)一个计量单位的大小，也就是，单位刻度所包含的分子平均热能。 国际单位中，温度的单位是开尔文，它是根据水三相点来定义的。其描述为在一个密闭容器中的水存在液态和气态之间的平衡，那么这个系统的温度为273.16 K。,I.课文内容简介： 简单介绍执行元件的基本原理。,Lesson 4 Final Control Operation,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 难句翻译 1 The control signal that carries feed

28、back information back to the process for necessary corrective action is expressed by the same low level of representation. 控制信号承载过程正常运行所需要的反馈信息，也采用同样的低电平表示。 That引导的从句修饰the control。,P6 Process Control,V.参考译文 第四课 执行元件 在典型的过程控制应用中，通常使用低能量的模拟或数字信号来对过程变量进行测量和评估。控制信号包含校正所必需的反馈信息，也必须也采用同等级的表示。通常，被控过程本身也可能包

29、含高能条件，如数千立方米的液体或者轧钢厂中的几十万吨的液压力。执行元件的作用就是将控制信号的低能量转换至与所控制的过程中测量信号相匹配的能量级。尽管在这个过程中，信号也可能被转换为完全不同的类型，但这个过程被称为控制信号的放大。 在本章，将通过过程控制多个领域中的实例，来介绍用于实现执行元件函数的一般概念。 在过程控制应用中，用于测量变量的传感器对控制本身的影响可忽略不计。因此，传感器的选择主要基于所需的测量精度，以及在有害的工作环境中对传感器的必要保护。对于传感器的选择，过程控制技术人员不需要精通过程本身的机械结构。 但在选用执行元件时就不能这么考虑了。执行元件对过程起着举足轻重的作用，因此

30、，执行元件的选择必须是在对过程的运行机械有足够详细的考虑之后。因此不能仅由过程控制技术人员单独完成执行元件的选用。从这个观点来说，过程技术人员应该对执行元件本身，以及与执行元件相关的信号调节来掌握此类设备与过程控制器和变送器之间的接口，有足够的知识背景。在这些问题上，技术人员应该与工艺工程师交流和密切合作。设置本章的目的是使未来的技术人员能够履行这一职责,P6 Process Control,执行元件运行必须要将控制信号（由过程控制器产生）按比例转换为过程本身的动作。因此，要用典型的420-mA 控制信号将流速从10.0 m3/min改变50.0 m3/min需要一定的中间转换。具体的中间转换

31、之间也相应地不相同，这取决于过程控制的设计，但必须知道关于从控制信号到执行元件的相关概念。图6.16所示为在典型的过程控制应用中，过程控制信号转换为控制功能的步骤。输入控制信号可以采用多种形式，包括电流、数字信号或者气压。 1.信号转换 这一步骤是指对控制信号进行必要的调整，使控制信号能与控制的下一环节即执行元件进行接口。因此，如果用电机对阀进行控制，那么必须将4-20-mA 的交流控制信号调整为控制电机所需的信号。如果使用的是直流电机，就必须完成电流到电压的转换并放大信号。 完成信号转换的这种装置通常被称为变送器，因为它们可将控制信号从一种形式转换为另一种形式，如将电流变为电压，诸如此类。

32、专门的电子设备可在低能量的控制输入下提供高能量输出，其发展是信号转换过程的必然结果。这种装置通常被称为工业电子。 2.执行器 信号转换的结果是产生了一个被放大的和/或被转换的信号，这个信号用于控制（驱动）相应的机械装置，来达到改变过程中的控制变量的目的。通常是由过程中的某个设备来直接完成，如由某些设备控制的阀或加热器。因此，如果被控制的是阀，那么执行元件就是将控制信号转换为打开或关闭阀的物理动作的设备。,P6 Process Control,3.控制元件 最后，我们讨论控制元件。此设备对过程的动态变量产生直接的影响，并且它是过程不可分割的一部分。因此，如果被控制的是流量，那么作为控制元件的阀必

33、须直接安装在流体系统中。同样，如果被控制的是温度，那么相应的对温度产生直接影响的机械结构或控制元件也必须安装在系统中。这个设备可能是由继电器驱动的加热器/冷却器的组合装置或者是控制反应物流量的气动阀门。 图6.17所示的控制系统可根据饼干的颜色来控制饼干的烘烤程度。光测量系统产生一个420-mA 的可调信号，这个信号是示饼干颜色的模拟信号（表示适度的烘烤）控制器将测量值与设定值相比较并输出一个420-mA的信号，这个信号调节皮带供料电机的速度来调整烘烤时间。然后最终控制操作用一个信号转换来表示，这个信号转换是将420-mA的信号转换为电机速度控制所需的50100-V 信号。电机本身是执行元件，

34、而传送皮带装置是控制元件。 由于过程控制技术在工业中的应用是随工业本身变化的，现在考虑更多的执行元件是不切实际的。通过研究这些例子，读者应该准备好去分析和了解在工业中出现的其它技术。,P6 Process Control,I.课文内容简介： 对几种常用的电气执行元件进行简短的描述。,Lesson 5 Electrical Actuators,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 难句翻译 1 If

35、 the commutator were not split, the coil would simply rotate until the PM and coil north and south poles were lined up and then stop, but because of the commutator, with rotation the current direction through the coil reverses so that the condition shown in Fig. 6.23(c) occurs. 如果换向器不分开，那么线圈将只会简单地旋转

36、，直到永久磁铁与线圈的南北极在同一条直线上，然后线圈将停止转动，但是，由于换向器将流过线圈的电流反向，因此，将发生如图6.23(c)所示的现象。 2 Thus, the effective voltage, which determines the current from the wire resistance and Ohms law, is the difference between the applied voltage and the counter-emf produced by the rotation. 因此，电流是由有效电压根据线路阻抗和欧姆定律来决定的，有效电压与所承受的

37、电压和旋转产生的反电势不是同一个概念。,P6 Process Control,V.参考译文 第五课 电气执行元件 如果用阀来控制液体流量，那么就必须有相应的机械装置打开或关闭阀门。如果在一个供暖系统采用加热器，那么就必须由相应的设备来打开或关闭加热器或者改变其励磁。这些例子中都需要在过程控制回路中使用执行元件。 注意这个设备与输入控制信号和控制元件本身（阀、加热器等等）的区别。执行元件有多种不同的形式来适应过程控制回路的特殊需求。我们将研究几种电气执行元件。 接下来，我们将对几种常用的电气执行元件进行简短的描述。目的是只介绍设备的基本特征，对运行原理和特性不做深入研究。在具体的应用中，使用者应

38、该翻阅每种执行元件的详细的产品说明书和手册。 电磁线圈 电磁线圈是将电信号转换为机械运动的基本设备，通常是线性的（直线）。如图6.21所示，电磁线圈由一个线圈和活塞组成。活塞可以是活动的也可以是弹簧固定的。线圈有额定的电压或电流，可以是直流或者交流。电磁线圈的参数包括额定电压（电流）和在额定电压励磁时抽或推活塞需要的力。这个力可以为牛顿或国标中的公斤和英制中的磅或盎司。由于发热的限制，一些电磁线圈只能间歇工作，在这种情况下，最大的工作周期（占总时间的百分比）是要说明的参数。一般在需要较大且突然的力来完成某些工作时使用电磁线圈。在图6.22中，电磁线圈用于改变双位式传动齿轮。人们常用SCR来激励

39、电磁线圈。 电机 电机是可接受电气信号并根据信号连续旋转的设备。根据额定速度,P6 Process Control,（转/分钟，或rpm）、起动转矩、额定转矩和其他参数的不同，电机的样式和大小也有所不同。在过程控制中有许多电机作为执行元件的情况。最常见的情况可能是电机对过程的某个部件进行传动，而且必须是可调速的例如，皮带传送系统。电机有很多种，每种电机都有自己的特性。我们只简单讨论三种最常用的分类：直流电机、交流电机和步进电机。 直流电机 最简单的直流电机模型，是使用永久磁铁（PM）在两极间产生静态磁场。在极间连接有一个可以自由旋转的线圈（电枢），线圈通过安装在轴上的转换开关（换向器）连接到一

40、个直流电源。图6.23(a)为直流电机示意图。在图示条件下，线圈中的电流将产生一个磁场，磁场的南/北极方向如图6.23(b)所示。PM的南极和线圈的南极（和北极）之间的排斥将产生一个转矩，这个转矩使线圈按所示方向旋转。如果换向器不是分开的，那么线圈将只会简单地旋转，直到永久磁铁与线圈的南北极在同一条直线上，然后线圈将停止转动，但是，由于换向器将流过线圈的电流反向，因此，将发生如图6.23(c)所示的现象。因此，再次出现令线圈旋转的转矩，线圈继续旋转。从这个简单的模型，你可以看见线圈将连续旋转。这个速度将取决于电流。实际上，电枢电流并不是由线圈的阻抗决定，应为磁场中的旋转导线会产生一个反电势。因

41、此，电流是由有效电压根据线路阻抗和欧姆定律来决定的，有效电压与所承受的电压和旋转产生的反电势不是同一个概念。 1.串励 此类电机有较大的启动转矩，但其速度控制比较困难。适用于启动重载、不变负载且对调速要求不高的场合，如快开阀门。 2.并励 这类电机的启动转矩较小，但可通过改变电枢励磁电流获得较好的,P6 Process Control,调速特性。适用于要求速度可调的场合，如皮带传送系统。 3.复励 这类电机试图获得前面两种类型的优点。正如所料，通常，复励电机的启动转矩和速度控制能力都在两种单纯的类型之间。 交流电机 交流电机有许多种类型。同步交流电机的旋转速度取决于驱动它的交流电压的频率。由于

42、电源频率的高稳定性，因此它的主要应用是快速响应。根据图6.25所示的简单例子我们可以看看此类电机是如何运行的。转子采用的是永久磁铁，励磁采用电源直接给线圈供电。由于永久磁铁的惯性作用，启动转矩不是很高，但一旦开始旋转，永久磁铁的旋转方向将与磁场相反的方向，而磁场的方向由交流电源电压决定。因此，显然，旋转速率取决于交流电源频率。 感应电机使用的是一个大型线圈而不是永久磁铁，当交流励磁线圈的磁场发生改变时会在感应电机里感应出一个电流。如图6.26所示。正如前面所说，一旦开始旋转，转子将按照励磁线圈激励变化的感应频率的相位连续旋转。这些电机的缺点在于它们不能自启动，而且要让它们旋转必须要有专门的启动

43、设备。很明显，它们的启动转矩很低。自启动的方法之一就是采用两相或多相交流励磁来驱动电机。但是，通常交流电机既不需要高启动转矩，也不需要传统的速度控制方法。 步进电机 近年来，由于步进电机易于与数字回路接口，步进电机日益重要。步进电机是旋转设备，它可通过一串按顺序的、离散的、旋转的步完成一个完整的旋转。每步的位置是一个平衡位置，如果没有下一步的激励，转子的位置保持在最后一步的位置。每个脉冲可使电机前进一步，因此,给电机,P6 Process Control,提供一系列的脉冲就可使步进电机连续旋转。这个旋转不是真正的连续旋转，而是离散地、步进地旋转。旋转速度取决于每圈的步数，也可通过脉冲频率来控制

44、。还需要驱动电路将脉冲序列转换为电机所需的驱动信号。 通过图6.27所示的简化模型，我们可以理解步进电机的运行原理。该模型的每步为90。在这个电机中，转子是PM（永久磁铁），由专门的电磁铁提供励磁。在图示的位置上，系统处于平衡状态，没有旋转。开关为典型的固态设备，如晶体管、SCR或TRIAC。开关顺序器根据所接收的脉冲按顺序位置对开关进行直接控制。图6.27中，下一个脉冲将是S2从C到D，使得电磁铁的极性反向。现在，由于南/北极方向不同，转子由于排斥力和吸引力使得它旋转到图6.28(b)所示的新的平衡位置。当下一个脉冲到到来，S1改变到B，同样使得极性反向，PM旋转至图6.28(c) 所示的一

45、个新的位置。最后，下一个脉冲使S2再次切换到C，PM转子再次步进到图6.28(d) 所示的一个新的平衡位置。下一个脉冲将使系统回到初始状态，转子回到初始位置。然后，随着脉冲序列的到来，这个顺序重复，使转子PM步进式连续旋转。这个例子可以说明工作原理，但大部分步进式电机不是采用PM，而是采用磁性材料（不是磁铁）作为转子，并有相当多的齿。这个转子由由与极数不同的按一定规律排列的线圈驱动，这样转子就不可能与定子完全重合。图6.29所示的转子有8个“齿”，而定子为12“磁极”。当四个齿对齐时，另外四个就不可能对齐。如果下一组的磁极（B）被励磁，同时第一组的磁极（A）将失磁，那么转子将步进一次与B磁极对

46、齐。改变磁级通电的顺序可改变步进电机的旋转方向。,P6 Process Control,I.课文内容简介： 本文将用几个控制元件的例子来说明不同的控制问题。,Lesson 6 Control Elements,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,II.New Words,P6 Process Control,P6 Process Control,III. Phrases,IV. 重点词语 1 Pa，国际单位制中压强的单位，简称帕（这是为了纪念法国科学家帕斯卡Blaise pascal而命名的），即牛顿平方米。一般以英文字母p表示

47、。标准大气压为1.013x105 Pa，大气压的数值相当于大约76cm水银柱所产生的压强。 2 lb,是英美国家的重量单位磅的简写。英制重量单位磅，复数形式，发音pounds（磅）。一磅=4.4482牛；一千克约等于2.2046磅；一磅0.45359千克，即453.59克。 3 gallon，加仑，容积单位。美加仑(U.S. gallon, U.S. gal) 1U.S. gallon=4 U.S. quarts =3.785L（夸脱）；英加仑（U.K . gallon, U.K. gal) 1U.K. gallon=4 U.K. quarts =4.546L。 4 psi =pounds per square inch 磅/英寸2，1psi=0.068大气压力=0.07kg/cm2,P6 Process Control,V.参考译文 第六课 控制元件 实际的控制元件（也是过程本身的一部分）可以是许多不同的设备。本文不一一列举这些设备，但为了对过程控制进行完整的讲述，我们只对通用标准设备进行研究。下面，我们将用几个控制元件的例子来说明不同的控制问题。 在石油化工业中，需要控制流量。许多其他的工业中也或多或少地需要控制流量并对流体参数进行调节。这里的流量既代表气体、液体，也可代表蒸汽。控制的许多原理可等同理解为控制事件的状态，只做轻微的校正。