第一篇：不得不做的表面文章——催化劑的工作原理

不得不做的“表面文章”

紹興一中分校吳文中

德國科學家格哈德·埃特爾在表面化學領域取得了杰出成就，做出了扎扎實實的“表面文章”。他不僅開創了表面化學的方法論，更造就了許多惠及人類日常生活的應用成果。瑞典皇家科學院2007年10月10日宣布，將今年的諾貝爾化學獎授予格哈德·埃特爾，以表彰他在“固體表面的化學過程”研究中取得的成果。

人們在尋找制備反應的催化劑方面苦無收獲，而埃特爾的研究發現，氨的合成反應在鐵催化劑表面進行時效率大大提高，使這一技術的產業化成為現實，這給人類社會的農業生產帶來了巨大的經濟效益。

汽車排放出的尾氣中含有大量一氧化碳，如果不加凈化則會對人類生活造成危害。埃特爾有關一氧化碳在金屬鉑表面的氧化過程的研究，催生了汽車尾氣凈化裝置。

在化學反應里能夠改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前后都沒有發生變化的物質叫做催化劑(又叫觸媒)。

1.“改變”有雙重含義，即“加快”或“減慢”。有的同學認為催化劑的作用就是加快化學反應的速率。實際上，催化劑也有正負之分，正催化劑能加快化學反應的速率，如人體中的酶可加快食物的消化等;而負催化劑能減慢化學反應的速率，如橡膠制品中的防老劑等。

2.“化學性質”和“質量”在反應前后都沒有變化，說明催化劑在化學反應前后本身的化學性質和質量一定保持不變，但物理性質有可能發生變化。因此，不能說成催化劑本身的性質在反應前后沒有變化。

3.由于催化劑只能改變化學反應速率，因此催化劑不能增大生成物的質量。生成物的質量只取決于反應物的質量多少。

4.催化劑具有選擇性，即一種催化劑只能對某個或某類化學反應有催化作用，并非對所有化學反應都有催化作用。但一個化學反應的催化劑可能有多種，如用過氧化氫制取氧氣的反應中，除了用二氧化錳做催化劑之外，還可以用氧化銅、氧化鐵等作催化劑。建筑上用的水泥、紅磚粉末等也對過氧化氫分解有催化作用。

5.雖然催化劑是反應條件，但它不同于“點燃”、“加熱”等反應條件，能決定化學反應的發生，因此催化劑只能改變化學反應速率，不能決定化學反應是否發生。如沒有二氧化錳做催化劑，雙氧水在通常情況下也會放出氧氣，只不過反應速率緩慢。

6、高中階段一般不說負催化劑，也就是一般都是加快化學反應速率的。

7、用“活化能”理論可以解釋為什么使用催化劑能加快化學反應速率，反應歷程的改變，實際上就是改變了整個反應的活化能，整個過程的反應快慢取決于最慢的那一步。（水桶原理）

一．過渡金屬類的氧化物或單質作催化劑

常見的催化劑分別有：鐵和氧化鐵、銅和氧化銅、銀和氧化銀、五氧化二釩、金屬鎳、鈀銠合金、二氧化錳等等。起催化作用的原理比較復雜就不再多說。

1、工業合成氨催化劑是鐵觸媒

2、工業合成硫酸接觸氧化的催化劑是V2O53、KClO3、催化劑通常是MnO2（當然也可以用氧化銅和氧化鐵作催化劑的）

4、H2O2分解通常是MnO2（當然也可以用氧化銅、氧化鐵、氯化鐵、氯化亞鐵溶液作催化劑的）

5、氨的催化氧化也要催化劑（鈀銠合金）

6、醇的催化氧化的催化劑是（單質Cu,Ag）

7、苯環上的取代反應用鐵作催化劑(實際起催化作用的FeX3)

8、烯烴、炔烴、醛、酮等加氫的加成反應催化劑一般是Pt,Ni

二．硫酸作催化劑

1、乙醇脫水制乙烯催化劑（分子內脫水——用濃硫酸作催化劑，使用五氧化二磷做催化劑道理也相同）

2、酯化反應（酸和醇之間脫水——用濃硫酸作催化劑——當然可以使用相應的酸酐作催化劑）

3、乙醇分子間脫水得到乙醚（分子間脫水——用濃硫酸作催化劑）

4、硝基苯、TNT的制備（硝酸和苯——用濃硫酸作催化劑）

5、酯的水解（用稀硫酸作催化劑，化學平衡移動的要求）．

6、淀粉、纖維素、蛋白質水解

7、阿司匹林的制備（使用乙酸酐—道理和使用濃硫酸一樣）

8、二糖（蔗糖、麥芽糖）的水解（使用硫酸作催化劑）

三．氧化鋁作催化劑

氧化鋁的催化作用主要是表面化學問題，應該屬于接觸性的催化作用，增加熵的一些情況。教材中乙醇脫水得到乙烯，筆者以為是不恰當的，因為氧化鋁作催化劑使乙醇分子內脫水是在氣相條件下進行的，應該和工業上制備硫酸中的接觸室類似的工作原理。

石蠟裂化得到石油也可以用氧化鋁作催化劑，這里做的都是表面文章。

其工作原理和氧化鈦（TiO2）作催化劑原理類似，它們也都是兩性氧化物。

四．酶的催化作用

過氧化氫酶存在于紅細胞及某些組織內的過氧化體中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，傷口上用雙氧水消毒就會產生氣泡就是這個原因。土豆、動物血中都含有過氧化氫酶，是一種生物催化劑，具有高效性、專一性，但在高溫條件下就會失去活性（蛋白質變性，酶是一種蛋白質）

五、催化劑工作原理（部分）

1、雙氧水用氯化鐵或用氯化亞鐵溶液作催化劑的工作原理

反應①：2Fe2+ +2H+ +H2O2==2Fe3+ +2H2O

反應②：2Fe3++H2O2==2Fe2++O2 + 2 H+

顯然，許多催化劑都是參加化學反應的，只是反應前后這些物質重新回來了，它們只是改變了反應的歷程，但不改變反應的結果。

2、乙醇和氧氣反應（銅作催化劑）

反應①2Cu + O2 =加熱= 2CuO

反應②C2H5OH+CuO=加熱=CH3CHO+H2O+Cu

思考：用銀作催化劑更好嗎？為什么？能用氧化鈣作催化劑嗎？為什么？從中你可以得出什么結論？

3、臭氧層破壞原理

氟氯烴CCl2F2在高空中可電離出氯原子

氯原子與臭氧反應-Cl+O3==-ClO+O

2氯氧進一步與臭氧反應-ClO+O3==-Cl+2O2

將反應疊加，消去氯原子得

2O3==3O2(氯原子作催化劑)

4、銅和硫酸不能反應，但首先在反應體系中加入少量硝酸鉀，之后不斷通入氧氣，則可以很好發生，最后可以得到硫酸銅。

總反應就是：2Cu +2 H2SO4 + O2 = 2CuSO4 + 2H2O

硝酸鉀只是起到一個催化劑的作用。其原因就是硝酸根離子在酸性條件下能很好和銅反應，但由于氧氣的存在，反應得到的氮氧化合物又重新變為硝酸根離子，顯然，這里也是改變了反應過程而已。

第二篇：雷達工作 原理

雷達的原理

雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。

雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。

為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2

其中S：目標距離

T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間

C：光速

雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線的小事指向雷達要探測的方向，一旦發現目標，雷達讀出些時天線小事的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。

測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，—雷達測速利用了物理學中的多普勒原理．當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復雜得多。

雷達的戰術指標主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統機動性等。

其中，作用距離是指雷達剛好能夠可靠發現目標的距離。它取決于雷達的發射功率與天線口徑的乘積，并與目標本身反射雷達電磁波的能力（雷達散射截面積的大?。┑纫蛩赜嘘P。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區域。

雷達的技術指標與參數很多，而且與雷達的體制有關，這里僅僅討論那些與電子對抗關系密切的主要參數。

根據波形來區分，雷達主要分為脈沖雷達和連續波雷達兩大類。當前常用的雷達大多數是脈沖雷達。常規脈沖雷達周期性地發射高頻脈沖。相關的參數為脈沖重復周期（脈沖重復頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈沖內信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達的工作頻率。

雷達天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設計和制造過程中，雷達天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉動或電子控制，使雷達波束在探測區域內掃描。

概括起來，雷達的技術參數主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復頻率、脈沖寬度、發射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術參數是根據雷達的戰術性能與指標要求來選擇和設計的，因此它們的數值在某種程度上反映了雷達具有的功能。例如，為提高遠距離發現目標能力，預警雷達采用比較低的工作頻率和脈沖重復頻率，而機載雷達則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復頻率。這說明，如果知道了雷達的技術參數，就可在一定程度上識別出雷達的種類。

雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰場監視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區分。這里就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。（軍事觀察·warii.net）

雙/多基地雷達

普通雷達的發射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達是將發射機和接收機分別安裝在相距很遠的兩個或多個地點上，地點可以設在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設計主要是不讓入射的雷達波直接反射回雷達，這對于單基地雷達很有效。但入射的雷達波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達中的一個接收機接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗雙/多基地雷達，較著名的“圣殿”計劃就是專門為研究雙基地雷達而制定的，已完成了接收機和發射機都安裝在地面上、發射機安裝在飛機上而接收機安裝在地面上、發射機和接收機都安裝在空中平臺上的試驗。俄羅斯防空部隊已應用雙基地雷達探測具有一定隱身能力的飛機。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達，主要用于預警系統。

相控陣雷達

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣雷達的優點

（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；（4）對復雜目標環境的適應能力強；（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN／MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。

寬帶／超寬帶雷達

工作頻帶很寬的雷達稱為寬帶／超寬帶雷達。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達發射的脈沖極窄，具有相當高的距離分辨率，可探測到小目標。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達，已完成動目標顯示技術的研究，將要進行雷達波形的試驗。

合成孔徑雷達

合成孔徑雷達通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達與目標間的相對運動，將雷達在每個不同位置上接收到的目標回波信號進行相干處理，就相當于在空中安裝了一個“大個”的雷達，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標方位分辨率，再加上應用脈沖壓縮技術又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標。合成孔徑雷達在軍事上和民用領域都有廣泛應用，如戰場偵察、火控、制導、導航、資源勘測、地圖測繪、海洋監視、環境遙感等。美國的聯合監視與目標攻擊雷達系統飛機新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達，英、德、意聯合研制的“旋風”攻擊機正在試飛合成孔徑雷達。

毫米波雷達

工作在毫米波段的雷達稱為毫米波雷達。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標。毫米波雷達還具有能力，特別適用于防空、地面作戰和靈巧武器，已獲得了各國的調試重視。例如，美國的“愛國者”防空導彈已安裝了毫米波雷達導引頭，目前正在研制更先進的毫米波導引頭；俄羅斯已擁有連續波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達；英、法等國家的一些防空系統也都將采用毫米波雷達。

激光雷達

工作在紅外和可見光波段的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在軍事上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、精確制導、綜合火控、直升機防撞、化學戰劑監測、局部風場測量、水下目標探測等。美國國防部正在開發用于目標探測和識別的激光雷達技術，已進行了前視／下視激光雷達的試驗，主要探測偽裝樹叢中的目標。法國和德國正在積極進行使用激光雷達探測和識別直升機的聯合研究工作。參考資料：

第三篇：伺服系統工作原理（本站推薦）

第一部分：伺服系統的工作原理 伺服系統(servo system)亦稱隨動系統，屬于自動控制系統中的一種，它用來控制 被控對象的轉角(或位移)，使其能自動地、連續地、精確地復規輸入指令的變化規 律。它通常是具有負反饋的閉環控制系統，有的場合也可以用開環控制來實現其功 能。在實際應用中一般以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，例如數控 機床等。使用在伺服系統中的驅動電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動慣量 較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。其基本工作原理和普通的交直流電機 沒有什么不同。該類電機的專用驅動單元稱為伺服驅動單元，有時簡稱為伺服，一 般其內部包括轉矩（電流）、速度和/或位置閉環。其工作原理簡單的說就是在開 環控制的交直流電機的基礎上將速度和位置信號通過旋轉編碼器、旋轉變壓器等反 饋給驅動器做閉環負反饋的PID調節控制。再加上驅動器內部的電流閉環，通過這 3個閉環調節，使電機的輸出對設定值追隨的準確性和時間響應特性都提高很多。伺服系統是個動態的隨動系統，達到的穩態平衡也是動態的平衡。全數字伺服系統一般采用位置控制、速度控制和力矩控制的三環結構。系統硬 件大致由以下幾部分組成：電源單元；功率逆變和保護單元；檢測器單元；數 字控制器單元；接口單元。相對應伺服系統由外到內的“位置”、“速度”、“轉矩” 三個閉環，伺服系統一般分為三種控制方式。在使用位置控制方式時，伺服完 成所有的三個閉環的控制。在使用速度控制方式時，伺服完成速度和扭矩（電 流）兩個閉環的控制。一般來講，我們的需要位置控制的系統，既可以使用伺 服的位置控制方式，也可以使用速度控制方式，只是上位機的處理不同。另外，有人認為位置控制方式容易受到干擾。而扭矩控制方式是伺服系統只進行扭矩 的閉環控制，即電流控制，只需要發送給伺服單元一個目標扭矩值，多用在單 一的扭矩控制場合，比如在小角度裁斷機中，一個電機用速度或位置控制方式，用來向前傳送材料，另一個電機用作扭矩控制方式，用來形成恒定的張力。『伺服機構系統』源自servomechanism system，系指經由閉回路控 制方式達到一個機械系統位置、速度、或加速度控制的系統。一個伺 服系統的構成通常包含受控體(plant)、致動器(actuator)、控制器(controller)等幾個部分，受控體系指被控制的物件，例如一格機械手 臂，或是一個機械工作平臺。致動器的功能在於主要提供受控體的動 力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅動的方式呈現，若是采用油壓驅 動方式，一般稱之為油壓伺服系統。目前絕大多數的伺服系統采用電 力驅動方式，致動器包含了馬達與功率放大器，特別設計應用於伺服 系統的馬達稱之為伺服馬達(servo motor)，通常內含位置回授裝置，如光電編碼器(optical encoder)或是解角器(resolver)，目前主要應用於 工業界的伺服馬達包括直流伺服馬達、永磁交流伺服馬達、與感應交 流伺服馬達，其中又以永磁交流伺服馬達占絕大多數?？刂破鞯墓δ?在於提供整個伺服系統的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置 控制等。目前一般工業用伺服驅動器(servo drive)通常包含了控制器與 功率放大器。一個傳統伺服機構系統的組成如圖1所示，伺服驅動器主要 包含功率放大器與伺服控制器，伺服控制器通常包含速度控 制器與扭矩控制器，馬達通常提供類比式的速度回授信號，控制界面采用±10V的類比訊號，經由外回路的類比命令，可直接控制馬達的轉速或扭矩。采用這種伺服驅動器，通常 必須再加上一個位置控制器(position controller)，才能完成 位置控制。圖2所示是一個現代的伺服機構系統架構圖，其 中的伺服驅動器包含了伺服控制器與功率放大器，伺服馬達 提供解析度的光電編碼器回授信號。圖1.一個傳統伺服機構系統的組成 圖2.現代伺服機構系統的組成 多軸運動控制系統 精密伺服系統多應用於多軸運動控制系統，如工業機 器人、工具機、電子零件組裝系統、PCB自動差建機等等。圖3所示是一個運動控制平臺的方塊圖，工作物件的位置控 制可藉由平臺的移動來達成，平臺位置的偵測有兩種方式，一種是藉由伺服馬達本身所安裝的光電編碼器，由於是以 間接的方式回授工作物件的位置，再藉由閉回路控制達到 位置控制的目的，因此也稱之為間接位置控制(indirect position control)。另一種方式是直接將位置感測元件安裝 在平臺上，如光學尺、雷射位置感測計等等，直接回授工 作物件的位置，再藉由閉回路控制達到位置控制的目的，稱之為直接位置控制(direct position control)。一個多軸運動控制系統由高階的運動控制器(motion controller)與低階的伺服驅動器(servo drive)所組成，運動 控制器負責運動控制命令解碼、各個位置控制軸彼此間的相對 運動、加減速輪廓控制等等，其主要關鍵在於降低整體系統運 動控制的路徑誤差；伺服驅動器負責伺服馬達的位置控制，主 要關鍵在於降低伺服軸的追隨誤差。圖5所示是一個雙軸運動 控制系統的簡化控制方塊圖，在一般的情況下x-軸與y-軸的動 態響應特性會有相當大的差異，在高速輪廓控制時(contouring control)，會造成顯著的誤差，因此必須設計一 個運動控制器以整體考量的觀點解決此一問題。圖3.雙軸運動控制系統 圖4.雙軸運動控制系統的簡化控制方塊圖 圖5.網路控制分散式伺服系統 圖6.伺服系統的整合 圖7.伺服系統的階層式控制架構 圖8.伺服系統的環狀多回路控制架構 圖9.現代伺服系統的階層式控制介面 圖10.直流伺服驅動器的系統方塊圖 圖11.交流伺服驅動器的系統架構圖 圖12.泛用型伺服驅動器的系統架構圖 圖13.一個典型閉回路控制系統的方塊圖 圖14.伺服系統的環狀多回路控制架構 圖15.一個典型的多回路直流伺服系統控制方塊圖 圖16.實用的工業數位伺服控制法則 圖17.伺服馬達驅動系統的自調控制架構 圖18.數位馬達控制技術的演進 圖19.以DSP為核心的伺服系統解決方案 圖20.DSP數位伺服驅動器的硬體電路圖(TI Application Note)The Resolver ?6?1 The resolver is essentially a rotating transformer ?6?1 Very rugged deviceMotor FB Velocity Feedback The Position Servo Compensator Commanded Position Drive Actual Position Position Error ++Pcomp Vcomp Icomp Actual Velocity Current Command To Inner Loop Vder* Actual Current + Motor FB +Pderived Controller Drive Current Limit Velocity Command Position Feedback +Pcomp Vff + Motor FB ++ Pderived Controller Drive Velocity Command Position Feedback Velocity Feedforward Lexium 24V Fuses Contactor Choke Motor Brake Motor Connection Brake Timing Enable Input Speed Brake Output Enable Power Section Emergency StopThe Golden Rules ?6?1 Command the System to Do Only What it is Capable of – If the motor and drive is incorrectly sized for the desired motion profile no amount of tuning will yield the desired results ?6?1 Tune Inside Out – It is essential to tune the inner loops first.A common mistake is to have a low bandwidth, poorly tuned velocity loop then try to tune the position loop.The position loop can never be properly tuned because of the phase shift in the inner loop ?6?1 Proper Grounding and Shielding – Great care must be taken in following the grounding and shielding procedures in the installation manual.If there is excessive system noise the system must be detuned(low bandwidth)so that it is not excited by high frequency noise ?6?1 Robust Mechanical Design – Ensure that there is minimum flexibility in the mechanical system and that couplings are tight.Without a good mechanical design, resonances will be introduced which again force system detuning Velocity Control Architecture + +Pderived Position Feedback Proportional Plus Integral Velocity Loop Position Control Architecture +P P+I Vderivedstep change in velocity ?6?1 Constant speed ?6?1 Constant torque ?6?1 Constant current The Current Loop ?6?1 The current loop is configured automatically when the motor is selected.It is usually not necessary to modify parameters.Optimizing Velocity Loop Step Response ?6?1 Proportional Gain – Higher proportional gain results in faster rise time but more overshoot and ringing.The optimum response is a small amount of overshoot with minimal ringing ?6?1 Integral Gain – Higher integral gain improves immunity to disturbances but increases ringing.In a high friction system the integral gain can be increased more significantly Time Velocity The Position Loop ?6?1 The integral term moves from the velocity loop to the position loop.It should normally be increased 2-3 times the value from the optimized speed loop.A higher integral gain reduces following error but increases ringing ?6?1 The proportional gain may require no adjustment.A higher gain reduces following error bu increases ringing ?6?1 Following error is significantly reduced by Vff which normally requires no adjustment from the default 第二部分：伺服電機的工作原理 無刷永磁電機原理圖 Rotor Magnets 3 Phase Stator Windings Phase A Phase B Phase C Motor Inertia m F Force = mass x linear acceleration J T Torque = inertia x angular acceleration Step 2 Step 3 Step 4 Step 1 步進電機原理圖 Servo/Stepper Comparison Feature Servo Stepper Torque/Speed Excellent Limited Efficiency High Low Position Information Yes Possible Lost Steps Ease of Use Requires Tuning Very Simple Settling Time Excellent Poor to Fair Cost Higher Lower Position Resolution High Limited Resonances Low High Velocity Ripple Excellent Poor Runaway Take Precautions Inherently Safe DC Permanent Magnet Motor-Theory of Operation N S + _ Magnetic Field Around Rotor Coil Permanent Magnet Stator Brush Commutator Rotor Coils Multiple Poles and Coils S N S N S N Feedback Devices Explain the feedback concepts of resolution, accuracy and repeatability Discuss resolvers and encoders and how they work Compare feedback options and review relative benefits Resolution Higher Resolution Lower Resolution Accuracy Higher Accuracy Lower Accuracy ?6?1 Accuracy defines how close each measured position is to the actual physical position ?6?1 The higher accuracy example has a tighter tolerance for the placement of each increment Repeatability High Repeatability ?6?1 In the example above, the accuracy is poor but the repeatability is good Incremental, Absolute and Multiturn Position Change Actual Position Within Revolution Incremental Absolute Multiturn Actual Position Over Multiple Revolutions The Incremental Encoder Sensor 1 Sensor 2 Moving Disk Light Source Sensor 1 Sensor 2 ?6?1 The encoder uses optical scanning of a fine grating in the form of a moving disc ?6?1 The incremental encoder can only measure position changes ?6?1 Digital pulse ouputs are typically provided which can be counted by the controller ?6?1 A third sensor is often used to generate a marker pulse at a specific position within a revolution The Absolute Encoder ?6?1 The absolute encoder has multiple disks which completely define position within a revolution ?6?1 With mechanical gearing of the disk to another moving disk it is possible to define position over multiple revolutions ?6?1 The encoder interface to the is typically Endat/Hyperface or SSI 總結 ?6?1 交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉子和杯形轉子兩種結構 ?6?1 形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉子構成。定子上有兩個 ?6?1 繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保 ?6?1 護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成。籠型轉子交流伺服電機的轉子和普 ?6?1 通三相籠式電機相同。杯形轉子交流伺服電機的結構如圖3-12由外定子4，杯 ?6?1 形轉子3和內定子5三部分組成。它的外定子和籠型轉子交流伺服電機相同，?6?1 轉子則由非磁性導電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉 ?6?1 軸7上?？招谋谋诤鼙。ㄐ∮?.5mm），因此轉動慣量很小。內定子由硅鋼 ?6?1 片疊壓而成，固定在一個端蓋1、8上，內定子上沒有繞組，僅作磁路用。電 ?6?1 機工作時，內、外定子都不動，只有杯形轉子在內、外定子之間的氣隙中轉 ?6?1 動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放 ?6?1 在內、外定子鐵心的槽內。交流伺服電機的工作原理和單相感應電動機 ?6?1 無本質上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流 ?6?1 伺服電機的所謂“自轉”現象，即無控制信號時，它不應轉動，特別是當它 ?6?1 已在轉動時，如果控制信號消失，它應能立即停止轉動。而普通的感應電動 ?6?1 機轉動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續轉動。?6?1 當電機原來處于靜止狀態時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組 ?6?1 通電產生脈動磁場?？梢园衙}動磁場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形旋 ?6?1 轉磁場以同樣的大小和轉速，向相反方向旋轉，所建立的正、反轉旋轉磁場 ?6?1 分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電 ?6?1 流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相等、方 ?6?1 向相反，合成力矩為零，伺服電機轉子轉不起來。一旦控制系統有偏差信 ?6?1 號，控制繞組就要接受與之相對應的控制電壓。在一般情況下，電機內部產 ?6?1 生的磁場是橢圓形旋轉磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是由兩個圓形旋 ?6?1 轉磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉磁場幅值不等（與原橢圓旋轉磁場轉向 ?6?1 相同的正轉磁場大，與原轉向相反的反轉磁場小），但以相同的速度，向相反的方向 ?6?1 旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不 ?6?1 等（正轉者大，反轉者?。┖铣闪夭粸榱?，所以伺服電機就朝著正轉磁場的方向轉 ?6?1 動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉磁場及其力矩增大，反轉磁場及 ?6?1 其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉子的速度就增加。如果改變控制電 ?6?1 壓的相位，即移相180o，旋轉磁場的轉向相反，因而產生的合成力矩方向也相反，伺 ?6?1 服電機將反轉。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產生的磁場將是 ?6?1 脈動磁場，轉子很快地停下來。?6?1 為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉動的功能，把它的轉子電 ?6?1 阻做得特別大，使它的臨界轉差率Sk大于1。在電機運行過程中，如果控制 ?6?1 信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產生一個脈動磁場，此脈動磁 場可 ?6?1 視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉磁場 ?6?1 切割轉子導體后產生的力矩一轉速特性曲線1、2，以及它們的合成特性曲線 ?6?1 3。圖3-13b中，假設電動機原來在單一正向旋轉磁場的帶動下運行于A點，?6?1 此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉化為脈動磁場，它可視為 ?6?1 正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉 ?6?1 子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產生了一個與轉子原來轉動方 ?6?1 向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉子迅速停止。?6?1 必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態 下工作，不對稱運行屬于故障狀態。而交流伺服電機則可以靠不同程 度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通 異步電動機的根本區別。

第四篇：掃地機工作原理

掃地機器人工作原理：

1.通過電動機的高速旋轉，在主機內形成真空，利用由此產生的高速氣流，從吸入口吸進垃圾。這時氣流的速度高達時速240轉，虱子等害蟲在進入主機之內，便因高速碰撞吸塵管內壁而死掉。

2.吸入掃地機的垃圾，被積蓄在布袋機，被過濾網凈化過的空氣，則邊冷卻電動機，邊被排出掃地機。

3.電動機是掃地機的心臟，其性能的好壞，可直接影響掃地機的可靠性。另外，掃地機所使用的電動機，每分鐘旋轉2萬轉～4萬轉。而如電扇的電動機，其轉速為每分鐘約1800～3600轉，由此可知掃地機電動機轉速是多么高。

4.正確表示掃地機性能的單位，不是輸入功率（瓦數、或安培數），而是輸出功率（吸入功率）。

5.“吸入力”取決于所產生的風力和真空力的合力，但這兩個因素卻具有相反的特性。也就是說，風力大時真空力變弱，真空力強時則風力變小。這兩者的合力的最大值，即表示該掃地機能力的“吸入功率”，吸入功率用瓦（W）表示。這一定義，是國際標準組織（ISO）規定的表示掃地機性能的國際標準，在世界范圍內得以承認。目前，日本、德國等將其作為表示掃地機性能的單位而使用這一單位，但在其它地區，則直接將輸入功率的大小，誤解為表示掃地機性能的單位。

關天排氣過濾網

1.為了不使吸入掃地機的微小的灰塵泄漏到外邊，掃地機里裝有種種過濾網。例如：松下電器的掃地機里，至少裝有2-3個過濾網，另外，布袋或者紙袋，也起著過濾網的作用。這些過濾網，可防止極為微小的灰塵損傷電動機，同時還可起到防止弄臟室內空氣的作用。

2.長期使用掃地機時，會因過濾網網眼的堵塞而致使吸力下降。為了防止吸力下降，應定期用水清洗過濾網以及布袋，洗后在陰涼處晾干再使用，即可恢復吸力。

掃地機器人的基本配線

1.高速運轉的掃地機電動機一般使用1000瓦以下的電力，故其所產生的熱量與電熱取暖爐相當。

2.一般的掃地機中，均裝有電流保險絲和“熱保護器”，故即使出現電動機過熱，也可及時監測出溫度上升，暫時性切斷通往電動機的電流，防患于未然。還裝有“氣流保護器”，在吸嘴等阻塞、空氣停止流動時動作，打開緊急空氣吸入口，利用外部涼氣來抑制主機的過熱。

第五篇：DCS工作原理

DCS系統即分布式控制系統，其實質時計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一新型控制技術。分布式操作系統的構成：作為一種縱向分層和橫向分散的大型綜合控制系統，它以多層計算機網絡為依托，將分布在全場范圍內的各種控制設備的數據處理設備連接在一起，實現各部分信息的共享的協調工作，共同完成控制、管理及決策功能。

其硬件設備由管理操作應用工作站、現場控制站和通信網絡組成。管理操作應用工作站包括工程師站、操作員站和立式數據站等各種功能服務站。工程師站提供對技術人員生成控制系統的人機接口，主要用于系統組態和維護，技術人員也可以通過工程師站對應用系統盡心監控。操作員總理提供技術人員與系統數據庫的人機交互界面，用于監視可以完成數據的狀態值顯示和操作員對數據點的操作。歷史站保存整個系統的歷史數據，供組態軟件實現歷史趨勢顯示，報表打印和事故追憶等功能?，F場控制站用于對現場信號的采集處理，控制策略的實現，并具有可靠地冗余保證。網絡通信功能：通信網絡連接分布式控制系統的各個分布部分，完成數據、指令及其他信息的傳遞。為保證DCS可靠性，電源、通信網絡、過程控制站都采用冗余配置。

PLC即可編程控制器，由CPU、存儲器、輸入輸出接口、內嵌的精簡高效操作系統組成。用戶可根據自己的需要配置（擴展）自己的I/O類型及數量，用戶按自己的控制需求編寫控制程序下載到PLC的存儲器內，PLC在運行的時候，PLC內的操作系統能運行用戶的程序，根據用戶程序通過輸入端子完成輸入信號（開關、觸點、傳感器等）的讀取，并進行處理運算，把運算處理的結果輸出到端子，以控制用戶的執行機構（閥門、線圈、指示燈等），從而完成用戶所需的控制功能。

電子汽車衡時利用應變電測原理稱重。在稱重傳感器的彈性體上粘有應變計，組成惠斯通電橋。在零負載時，電橋處于平衡狀態，輸出為0。當彈性體承受載荷時，各應變計隨之產生與載荷成比例的應變，由輸出電壓即可測出外加的載荷的大小。將多個稱重傳感安裝在稱臺的下方，多個傳感器電纜線引入接線盒并聯，然后用一根電纜線接入儀表。當汽車駛上稱臺后，稱臺將所受力傳遞到各個稱重傳感器上，使應變電橋的電阻發生變化，引起輸出電壓變化，即輸出了電信號。此電線號傳輸到一表內，經數字濾波、線性放大、A/D轉換，經CPU處理后最終顯示稱重值。電子汽車衡除其基本組成之外，可通過儀表同時連接微機、打印機、大屏幕顯示器等其他電氣設備，可直接實現稱重打印，也可通過微機管理最終達到網絡化管理。