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第一章第一章船舶反响控制系统的根底船舶反响控制系统的根底第一节第一节反响控制系统的根本概念反响控制系统的根本概念一、反响控制系统的组成一、反响控制系统的组成例例1、辅锅炉水位自动控制系统、辅锅炉水位自动控制系统例例2、主机冷却水温度自动控制系统、主机冷却水温度自动控制系统主机冷却水温度自动控制系统示意图主机冷却水温度自动控制系统示意图nA.眼睛把调节结果传递给大脑的过程就叫做反响。显而易见，正因为利用了反响，控制的最终目标才能得以实现。nB.在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因此必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比方可用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却水的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑，并对冷却水实际温度进行分析和计算，然后输出控制信号给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的开度。不管是手动控制，还是自动控制，反响的作用都是存在的。我们把包含反响作用的控制过程称为反响控制过程。nC.组成一个反响控制系统，必须有四个最根本的环节，即控制对象、测量单元、调节单元和执行机构。1控制对象 控制对象是指所要控制的机器、设备或装 置。把所要控制的运行参数叫做被控量。在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是控制 对象，水位是被控量。在柴油机冷却水温度自动控制系统中，淡 水冷却器是控制对象，冷却水温度是被控量。在柴油机转速自动控制系统中，柴油机是控制对象，转速是被控量。2测量单元测量单元测量单元的作用：检测被控量的实际值，并测量单元的作用：检测被控量的实际值，并把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的测量值。测量值。在气动控制系统中，其统一的标准气压信号在气动控制系统中，其统一的标准气压信号是；在电动控制系统中，其统一的是；在电动控制系统中，其统一的标准电流信号是标准电流信号是010mA或或420mA。在温度自动控制系统中，测量单元采用温度在温度自动控制系统中，测量单元采用温度传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中，传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中，测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器参考水位罐和差压变送器。参考水位罐和差压变送器。3调节单元调节单元调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器。调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器。把运行参数所希望控制的最正确值叫给定值，用把运行参数所希望控制的最正确值叫给定值，用r表示；表示；被控量的测量值用被控量的测量值用z表示。把被控量的测量值偏离给表示。把被控量的测量值偏离给定值的数量叫偏差值，用定值的数量叫偏差值，用e表示表示,显然，显然，e=r-z。调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差信号的大小和方向正偏差还是负偏差，依据某种调信号的大小和方向正偏差还是负偏差，依据某种调节作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用，节作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零为止。直到偏差等于零或接近零为止。3调节单元调节单元在反响控制系统中，一般把被控量的希望值称为设定值，在反响控制系统中，一般把被控量的希望值称为设定值，被控量的测量值与设定值之间的差值称为偏差值。假设被控量的测量值与设定值之间的差值称为偏差值。假设将设定值表示为将设定值表示为r，被控量的测量值表示为，被控量的测量值表示为z，偏差表示，偏差表示为为e，那么有，那么有假设假设e0，那么说明测量值低于设定值，称为正偏差；，那么说明测量值低于设定值，称为正偏差；假设假设e0，那么说明测量值大于设定值，称为负偏差；，那么说明测量值大于设定值，称为负偏差；假设假设e0，那么说明测量值等于设定值，称为无偏差。，那么说明测量值等于设定值，称为无偏差。在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比例调节器、在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节比例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节器等五种，根据控制对象特性的不同及对被控量控制精器等五种，根据控制对象特性的不同及对被控量控制精度的要求，控制系统可选用不同调节作用规律的调节器。度的要求，控制系统可选用不同调节作用规律的调节器。4执行机构执行机构执行机构的输入量是调节单元输出的控执行机构的输入量是调节单元输出的控制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。调节单元输出的控制信号经执行机构直接改调节单元输出的控制信号经执行机构直接改变调节阀的开度，从而可改变流入控制对象变调节阀的开度，从而可改变流入控制对象物质或能量流量，使之能符合控制对象负荷物质或能量流量，使之能符合控制对象负荷的要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值的要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值附近。附近。反响控制系统的组成反响控制系统的组成以上四个根本单元在组成反响控制系统以上四个根本单元在组成反响控制系统中是缺一不可的。但对于一个完整的反响中是缺一不可的。但对于一个完整的反响控制系统，一般还设有显示单元，用来指控制系统，一般还设有显示单元，用来指示被控量的给定值和测量值。同时，对气示被控量的给定值和测量值。同时，对气动控制系统来说，应设有气源装置和定值动控制系统来说，应设有气源装置和定值器；对电动控制系统尚需设稳压电源等辅器；对电动控制系统尚需设稳压电源等辅助装置助装置二、自动控制系统传递方框图二、自动控制系统传递方框图1环节环节任何环节输出量的变化取决于任何环节输出量的变化取决于输入量的变化及环节的特性，而输输入量的变化及环节的特性，而输出量的变化不会影响输入量。出量的变化不会影响输入量。2扰动扰动引起被控量变化的一切因素称引起被控量变化的一切因素称为扰动或扰动量，为扰动或扰动量，扰动可分为两类：扰动可分为两类：外部扰动、根本扰动。外部扰动、根本扰动。3闭环系统闭环系统反响控制系统必定是闭环系统。反响控制系统必定是闭环系统。4反响反响被控量的变化经测量单元又反送到调节被控量的变化经测量单元又反送到调节器的器的输入端，这个过程叫反响。输入端，这个过程叫反响。正反响是指经反响能加强闭环系统输入正反响是指经反响能加强闭环系统输入效应，效应，即使偏差即使偏差e增大。增大。负反响是指经反响能减弱闭环系统输入负反响是指经反响能减弱闭环系统输入效应，效应，即使偏差即使偏差e减小。减小。三、反响控制系统的分类三、反响控制系统的分类按给定值的变化规律分类方法：按给定值的变化规律分类方法：11、定值控制系统、定值控制系统系统的给定值是恒定不变的，为某系统的给定值是恒定不变的，为某个确定值，那么该系统称为定值控制系统。个确定值，那么该系统称为定值控制系统。例如主锅炉水位与蒸汽压力控制系例如主锅炉水位与蒸汽压力控制系统，柴油机气缸冷却水温度控制系统，燃油统，柴油机气缸冷却水温度控制系统，燃油粘度控制系统，发电机的原动机转速控制系粘度控制系统，发电机的原动机转速控制系统等都属于定值控制系统。统等都属于定值控制系统。三、反响控制系统的分类三、反响控制系统的分类2、程序控制系统、程序控制系统系统的给定值是变化的，而且是按人们事系统的给定值是变化的，而且是按人们事先安排好的规律进行变化，那么该系统称为程先安排好的规律进行变化，那么该系统称为程序序控制系统。控制系统。例如船舶主机遥控系统中的转速控制，其例如船舶主机遥控系统中的转速控制，其给定值就是按车钟设定转速的预定发送速率规给定值就是按车钟设定转速的预定发送速率规律而变化的。律而变化的。三、反响控制系统的分类三、反响控制系统的分类3、随动控制系统、随动控制系统系统的给定值是任意变化的，且变化规律系统的给定值是任意变化的，且变化规律是事先无法确定的系统，那么该系统称为随动是事先无法确定的系统，那么该系统称为随动控控制系统。制系统。例如自动舵的随动操舵系统，其舵角给定例如自动舵的随动操舵系统，其舵角给定值完全取决于当时的航行情况。值完全取决于当时的航行情况。四、自动控制系统的动态过程四、自动控制系统的动态过程 1、动态过程特点 系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，系统到达新的平衡状态的过程，也就是被控量随时间的变化规律，称为动态过程过渡过程。2、评定控制系统动态过程品质的指标 反响控制系统的扰动形式是随机的，很难用一个数学表达式来精确地描述，但可以归纳为四种扰动形式：阶跃形式、线性形式、脉冲形式、正弦形式。2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标 为了便于分析和研究反响控制系统的性能，通常以阶跃信号作为系统的给定值或扰动，因为阶跃信号是反响控制系统一种最常见的输入信号，而且不管是作为给定值或者扰动量，对系统是最严重的冲击，最容易引起系统发生不平衡状态2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标在阶跃信号输入时，被控量变化的动态过程在阶跃信号输入时，被控量变化的动态过程有以下四种：有以下四种：1发散振荡过程发散振荡过程2等幅振荡过程等幅振荡过程3单调过程非周期过程单调过程非周期过程4衰减振荡过程衰减振荡过程2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标n过程曲线2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标n过程曲线2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标1稳定性指标稳定性指标对于定值控制系统可用衰减率对于定值控制系统可用衰减率表示，表示，=AB/A一般希望一般希望0发散振荡过程，发散振荡过程，01衰减振荡过程衰减振荡过程=0等幅振荡过程，等幅振荡过程，=1非周期过程非周期过程对于改变给定值的控制系统可用超调量对于改变给定值的控制系统可用超调量p 表示表示:n=YmaxY /Y 100%一般要求一般要求30%2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标振荡次数振荡次数N，一般要求，一般要求23次。次。2准确性指标准确性指标最大动态偏差最大动态偏差emax、静态偏差、静态偏差最大动态偏差最大动态偏差，是指在衰减振荡中第一个波峰的峰值，它是，是指在衰减振荡中第一个波峰的峰值，它是动态精度指标。动态精度指标。大，说明动态精度低，要求大，说明动态精度低，要求小些为好，小些为好，但不是越小越好，因为但不是越小越好，因为太小，有可能使动态过程的振荡加太小，有可能使动态过程的振荡加剧。剧。静态偏差静态偏差，是指动态过程结束后。被控量新稳态值与给定值，是指动态过程结束后。被控量新稳态值与给定值之间的差值。之间的差值。越小说明控制系统的静态精度越高。在实际越小说明控制系统的静态精度越高。在实际控制系统中，由于所使用不同作用规律调节器，其存在静控制系统中，由于所使用不同作用规律调节器，其存在静态偏差的情况也不相同。分为有差调节和无差调节。态偏差的情况也不相同。分为有差调节和无差调节。2、评定控制系统动态过程品质的指标、评定控制系统动态过程品质的指标3快速性指标快速性指标过渡过程时间过渡过程时间ts、上升时间、上升时间和峰值时间和峰值时间。上升时间上升时间和峰值时间和峰值时间都是反映动态过程进行快慢的都是反映动态过程进行快慢的指标。指标。上升时间上升时间和峰值时间和峰值时间越小，说明系统惯越小，说明系统惯性越小，动态过程进行得越快。性越小，动态过程进行得越快。第二节船用自动化仪表的根本知识第二节船用自动化仪表的根本知识 按功能分：测量仪表、显示仪表、调节器和执行器；按功能分：测量仪表、显示仪表、调节器和执行器；按能源分：气动仪表和电动仪表；按能源分：气动仪表和电动仪表；按结构形式分：按结构形式分：基地式仪表和单元组合式仪表；基地式仪表和单元组合式仪表；单元组合式仪表是指把控制系统的各功能单元分别制成单元组合式仪表是指把控制系统的各功能单元分别制成一台独立的仪表，包括测量仪表、显示仪表、调节器、执一台独立的仪表，包括测量仪表、显示仪表、调节器、执行器等，各个仪表之间用统一的标准信号相联系。行器等，各个仪表之间用统一的标准信号相联系。单元组合式仪表标准信号：单元组合式仪表标准信号：气动：气动：电动：电动：4mA20mADC基地式仪表是指把测量、显示和调节等功能单元组装在基地式仪表是指把测量、显示和调节等功能单元组装在一个壳体内，构成不可别离的整体。一个壳体内，构成不可别离的整体。第二节船用自动化仪表的根本知识第二节船用自动化仪表的根本知识 n一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品质指标n1、根本误差与附加误差、根本误差与附加误差n附加误差是仪表在使用中，由于外界条件的附加误差是仪表在使用中，由于外界条件的n影响，如环境温度、湿度、振动等所引起的误差。影响，如环境温度、湿度、振动等所引起的误差。n2、绝对误差：、绝对误差：n绝对误差又称指示误差，绝对误差是指仪表绝对误差又称指示误差，绝对误差是指仪表n指示的被测参数值与真实值之差。指示的被测参数值与真实值之差。n假设仪表指示假设仪表指示的被测参数值为的被测参数值为A，而被测参数，而被测参数n的真实值是的真实值是A0，那么绝对误差：那么绝对误差：AA0n3、相对误差：、相对误差：n相对误差相对误差是指仪表的绝对误差与该仪表是指仪表的绝对误差与该仪表n指示值之比的百分数，即：指示值之比的百分数，即：第二节船用自动化仪表的根本知识第二节船用自动化仪表的根本知识 n一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品质指标n4、精度：、精度：n是指仪表的最大绝对误差最大指示误差与是指仪表的最大绝对误差最大指示误差与n仪表的测量范围量程之比的百分数。仪表的测量范围量程之比的百分数。nnn在表示上用级来代替百分号。在表示上用级来代替百分号。n例如，某压力表的量程为例如，某压力表的量程为2MPa，它的最大，它的最大n绝对误差是，该仪表的根本误差为：绝对误差是，该仪表的根本误差为：n00.04/2100%,那么该仪表的精度为级。那么该仪表的精度为级。第二节船用自动化仪表的根本知识第二节船用自动化仪表的根本知识 n一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品质指标n5仪表的灵敏度仪表的灵敏度n灵敏度是指仪表对输入信号开始有反映的灵敏灵敏度是指仪表对输入信号开始有反映的灵敏n程度。假设仪表的输入量变化程度。假设仪表的输入量变化x，相对应的输出量，相对应的输出量n变化变化y，那么仪表的灵敏度，那么仪表的灵敏度S为：为：nn同一类仪表，刻度确定后，仪表的测量范围越小，同一类仪表，刻度确定后，仪表的测量范围越小，n那么灵敏度越高。那么灵敏度越高。第二节船用自动化仪表的根本知识第二节船用自动化仪表的根本知识 n一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品质指标n6仪表的不灵敏区、灵敏限、变差仪表的不灵敏区、灵敏限、变差n由于仪表活动部件的摩擦、间隙、弹性元件滞后现象由于仪表活动部件的摩擦、间隙、弹性元件滞后现象的存在，当输入信号有一微小变化时，仪表输出仍然不变，的存在，当输入信号有一微小变化时，仪表输出仍然不变，这就是不灵敏区。这就是不灵敏区。n灵敏限是指，引起仪表输出有一微小变化时，所需输入量灵敏限是指，引起仪表输出有一微小变化时，所需输入量的最小变化值，一般认为不灵敏限等于的最小变化值，一般认为不灵敏限等于12不灵敏区。不灵敏区。n仪表的变差是指在外界条件不变的情况下，屡次由不同方仪表的变差是指在外界条件不变的情况下，屡次由不同方向使仪表输入为同一真值时，仪表指示值之间的最大误差。向使仪表输入为同一真值时，仪表指示值之间的最大误差。即仪表在同一测量点，其正行程和反行程指示值之差。可即仪表在同一测量点，其正行程和反行程指示值之差。可见，仪表的不灵敏区是由输入量的变化来表示的，而变差见，仪表的不灵敏区是由输入量的变化来表示的，而变差是以输出量的指示变化来表示的，它们都是仪表结构不完是以输出量的指示变化来表示的，它们都是仪表结构不完善程度的标志。善程度的标志。二、气动仪表的根本元件及组成原理二、气动仪表的根本元件及组成原理一气动仪表的根本元件一气动仪表的根本元件 1 1、弹性元件、弹性元件 1 1弹性支承元件弹性支承元件 螺旋弹簧、片簧。螺旋弹簧、片簧。作用：支承、平衡、增强作用：支承、平衡、增强弹性敏感元件的刚度。弹性敏感元件的刚度。2 2弹性敏感元件弹性敏感元件 波纹管、金属膜片、橡胶波纹管、金属膜片、橡胶膜片、弹簧管、金属膜盒。膜片、弹簧管、金属膜盒。作用：将压力或推力转变作用：将压力或推力转变成位移信号。成位移信号。2、节流元件气阻、节流元件气阻 作用：产生压力降、改变气体流量的作用。1恒节流孔恒气阻 2变节流孔可调气阻 3气阻的概念 R=P/G 图图3-1-4 恒节流孔恒节流孔2、节流元件气阻、节流元件气阻n变节流孔3、气体容室气容、气体容室气容作用：储存或放出气体、对气压变化起惯性作用。作用：储存或放出气体、对气压变化起惯性作用。1定容气室固定气容定容气室固定气容2弹性气室可变气容弹性气室可变气容3气容的概念气容的概念C=dm/dp图图3-l-6 气体容室气体容室 4、喷嘴挡板机构、喷嘴挡板机构1组成组成恒节流孔、背压室、恒节流孔、背压室、喷嘴、挡板。喷嘴、挡板。2作用作用把输入挡板的微小位把输入挡板的微小位移转换成相应的气压移转换成相应的气压信号输出。信号输出。4、喷嘴挡板机构、喷嘴挡板机构3静特性静特性定义：定义：在稳定工况下，在稳定工况下，背压与挡板开度背压与挡板开度之间的对应关系。之间的对应关系。特性曲线的特点：特性曲线的特点：1挡板全关，背压接挡板全关，背压接近气源压力。近气源压力。2挡板全开，背压接挡板全开，背压接近大气压力。近大气压力。3挡板全关到全开，挡板全关到全开，背压随挡板开度增背压随挡板开度增大而下降。大而下降。n静特性曲线0.11020304050600.02D1.038mmd0.325mmPh微米ab5、耗气型气动功率放大器、耗气型气动功率放大器1作用作用对气体进行流量和压力放大，到达功率放大。对气体进行流量和压力放大，到达功率放大。2工作原理工作原理起步压力起步压力Pa，调整起步压力的目的：是使喷嘴挡板机构工作调整起步压力的目的：是使喷嘴挡板机构工作在线性段。保证仪表获得较高的灵敏度、精度在线性段。保证仪表获得较高的灵敏度、精度和稳定性。和稳定性。影响起步压力的因素：膜片和片簧的刚度、间影响起步压力的因素：膜片和片簧的刚度、间隙、片簧的预紧力。隙、片簧的预紧力。5、耗气型气动功率放大器、耗气型气动功率放大器二气动仪表的的组成二气动仪表的的组成气动仪表是由放大环节、反响环节气动仪表是由放大环节、反响环节、比较环节、比较环节组成。组成。图图3-14气动仪表的构成原理气动仪表的构成原理二气动仪表的的组成二气动仪表的的组成1、放大环节、放大环节起信号的放大作用起信号的放大作用由喷嘴挡板机构和功率由喷嘴挡板机构和功率放大器构成二级气动放放大器构成二级气动放大器大器2 2、反响环节、反响环节 起信号的运算作起信号的运算作用用1节流分压器节流分压器特性：比例环节特性：比例环节实现比例作用规律实现比例作用规律2节流盲室节流盲室特性：一阶惯性环节特性：一阶惯性环节实现积分作用规律实现积分作用规律3比例惯性环节比例惯性环节实现比例微分作用规律实现比例微分作用规律3、比较环节、比较环节 起信号的综合和比较作用起信号的综合和比较作用力平衡式：力平衡式：将信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原将信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原理进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，理进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，作为气动放大器的输入信号。作为气动放大器的输入信号。力矩平衡式：力矩平衡式：将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支点转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移。点转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移。位移平衡式：位移平衡式：将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转动的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。动的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。第三节第三节 调节器及其调节作用规律调节器及其调节作用规律n在反响控制系统中，调节器是最重要的组成单元。调节器对控制系统的动态过程品质起着决定性的影响。调节器的输入是被控量的偏差值,调节器的输出是控制量，用于改变执行机构的位置如调节阀的开度，最终作用于控制对象。调节器的作用规律是指输出量 与输入量 之间的函数关系，即，也就是说给调节器施加一个输入信号后，其输出量按何种方式进行变化。根据调节器输出的变化方向，调节器有两种类型，一是随着测量值的增加，调节器的输出也增加，称为正作用式调节器；另一种是随着测量值的增加，调节器的输出减小，称为反作用式调节器。n在船舶机舱中常用的调节器作用规律有：双位作用规律、比例作用规律、比例积分作用规律、比例微分作用规律、比例积分微分作用规律等五种。第三节第三节 调节器及其调节作用规律调节器及其调节作用规律 一、双位式一、双位式作用作用规律规律 1 1、双位式作用规律的概念、双位式作用规律的概念 例：辅锅炉水位浮子式双位控制系统例：辅锅炉水位浮子式双位控制系统水位的动态过程水位的动态过程2、压力调节器压力开关、压力调节器压力开关2、压力调节器压力开关、压力调节器压力开关幅差：被控量压力上、下限之间的差值。幅差：被控量压力上、下限之间的差值。幅差调整：通过改变给定弹簧的预紧力可调整幅差调整：通过改变给定弹簧的预紧力可调整压力的下限值压力的下限值Px，通过改变幅差弹簧的预紧力，通过改变幅差弹簧的预紧力可调整压力的上限值可调整压力的上限值Pz。幅差的计算公式：幅差的计算公式：=0.07+0.07)X/10X是幅差旋纽是幅差旋纽(幅差螺钉幅差螺钉)的刻度的刻度调大幅差弹簧与主杠杆上作用螺钉之间的间调大幅差弹簧与主杠杆上作用螺钉之间的间隙隙,那么上限值减小那么上限值减小,下限值不变下限值不变,幅差减小。幅差减小。二、比例作用规律二、比例作用规律P P作用规律作用规律1、定义及数学表达式、定义及数学表达式调节器的输出变化调节器的输出变化量与输入偏差成比例量与输入偏差成比例n浮子式水位比例控制二、比例作用规律二、比例作用规律P P作用规律作用规律 2 2、比例带、比例带PBPB的概念的概念 比例带比例带PBPB或比例度或比例度是指调节器的相对输入是指调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数量与相对输出量之比的百分数 二、比例作用规律二、比例作用规律P P作用规律作用规律式中：式中：e是被控量的变化量偏差值，是被控量的变化量偏差值，Xmax。是被控量允许变化的最大范围，叫全量程。是被控量允许变化的最大范围，叫全量程。被控量的变化量与全量程的比值被控量的变化量与全量程的比值e/Xmax是调节器是调节器的相对输入量。的相对输入量。P是调节阀开度的变化量，是调节阀开度的变化量，Pmax是是调节阀开度的最大变化量，即调节阀从全关到全开调节阀开度的最大变化量，即调节阀从全关到全开或全开到全关叫全行程，调节阀开度变化量与全行或全开到全关叫全行程，调节阀开度变化量与全行程的比值程的比值P/Pmax是调节器的相对输出量。是调节器的相对输出量。RPmax/Xmax叫量程系数，在单元组合仪表叫量程系数，在单元组合仪表中，中，R1。这样，。这样，显然，比例带显然，比例带PB与放大倍数成反比。与放大倍数成反比。3、比例带大小对控制系统动态过程的影响、比例带大小对控制系统动态过程的影响二、比例作用规律二、比例作用规律P P作用规律作用规律当组成控制系统的控制对象确定以后，比例带当组成控制系统的控制对象确定以后，比例带PB的的大小，对控制系统动态过程品质好坏起着决定性的影响。大小，对控制系统动态过程品质好坏起着决定性的影响。假设比例带假设比例带PB增大，使比例作用减弱，系统动态过增大，使比例作用减弱，系统动态过程程稳定性提高，即衰减率稳定性提高，即衰减率增大，但最大动态偏差增大，但最大动态偏差emax增增大，过渡过程时间大，过渡过程时间ts加长，静态偏差加长，静态偏差增大。增大。假设比例带假设比例带PB选定太小，比例作用很强，有一点偏选定太小，比例作用很强，有一点偏差差e调节阀开度的变化量就很大，相对扰动来说，调节调节阀开度的变化量就很大，相对扰动来说，调节阀开度的变化量会过头，造成被控量的大起大落，系统阀开度的变化量会过头，造成被控量的大起大落，系统的振荡倾向明显增大，降低了系统的稳定性。同时，由的振荡倾向明显增大，降低了系统的稳定性。同时，由于被控量的振荡不息，会加长过渡过程时间于被控量的振荡不息，会加长过渡过程时间ts。二、比例作用规律二、比例作用规律P P作用规律作用规律n对一个实际控制系统来说，要根据控制对象的特对一个实际控制系统来说，要根据控制对象的特性，调定适宜的比例带性，调定适宜的比例带PBPB，以保证一个控制系统，以保证一个控制系统具有最正确的动态过程。具有最正确的动态过程。n在调节器上装有比例带调整旋钮，用来设定比例在调节器上装有比例带调整旋钮，用来设定比例带。比例带的可调范围，对不同类型的调节器不带。比例带的可调范围，对不同类型的调节器不尽相同，一般是在尽相同，一般是在5 5300300之内。之内。n 4 4、比例调节作用的特点：、比例调节作用的特点：n 比例调节对被控量的控制比较及时，但是比例调节对被控量的控制比较及时，但是系统存在静态偏差。系统存在静态偏差。K K大，静态偏差越小。大，静态偏差越小。三、比例积分作用规律三、比例积分作用规律PIPI作用规律作用规律n1 1、积分作用规律、积分作用规律I In调节器的输出量与输入偏差对时间的积累成比例调节器的输出量与输入偏差对时间的积累成比例n 2、积分作用的特点：、积分作用的特点：控制作用很不及时，容易使被控量超调和控制作用很不及时，容易使被控量超调和振荡。与纯比例调节相比较，使系统最大动态振荡。与纯比例调节相比较，使系统最大动态偏差增大，稳定性下降，过渡过程时间变长。偏差增大，稳定性下降，过渡过程时间变长。优点是能够消除系统的静态偏差优点是能够消除系统的静态偏差e0tp0tab三、比例积分作用规律三、比例积分作用规律PIPI作用规律作用规律3、比例积分作用规律定义及表达式、比例积分作用规律定义及表达式积分时间的测定：积分时间的测定：三、比例积分作用规律三、比例积分作用规律PIPI作用规律作用规律当时间进行到当时间进行到t=Ti时，时，Pt2Ke，即，即PI调节调节器的输出是比例输出的两器的输出是比例输出的两倍，也就是积分输出等于倍，也就是积分输出等于比例输出，比例输出，BC=AB。由此可见，积分时间由此可见，积分时间Ti的的物理意义是，在给物理意义是，在给PI调节调节器输入一个阶跃偏差信号器输入一个阶跃偏差信号时，积分输出等于比例输时，积分输出等于比例输出所需的时间就是积分时出所需的时间就是积分时间间Ti。Ti越小，积分输出越小，积分输出到达比例输出的时间越短，到达比例输出的时间越短，积分作用越强。积分作用越强。n积分时间4、积分时间对系统动态过程的影响、积分时间对系统动态过程的影响n在整定在整定Ti值时，切忌把值时，切忌把Ti值整定值整定太小，否那么由于积分作用太太小，否那么由于积分作用太强，系统动态过程振荡剧烈，强，系统动态过程振荡剧烈，被控量长时间稳定不下来。被控量长时间稳定不下来。n如果如果Ti值不能进行准确地整定，值不能进行准确地整定，那么选取那么选取Ti值时，要宁大勿小。值时，要宁大勿小。Ti值偏大一些，积分作用偏弱，值偏大一些，积分作用偏弱，只是消除静态偏差的时间稍长只是消除静态偏差的时间稍长一些。积分时间一些。积分时间Ti的整定范围的整定范围是在是在3s至至20min之内。控制对之内。控制对象惯性大的控制系统，选取象惯性大的控制系统，选取Ti值要大一些。控制对象惯性小值要大一些。控制对象惯性小的控制系统，选取的控制系统，选取Ti值可小一值可小一些。些。三、比例积分作用规律三、比例积分作用规律PIPI作用规律作用规律n在比例积分调节器上，如果把积分时间在比例积分调节器上，如果把积分时间Ti整定到整定到，那么切除了积分作用，而成为纯比例调节器，那么切除了积分作用，而成为纯比例调节器，会使系统存在静态偏差。会使系统存在静态偏差。n如果调节器要加进积分作用其如果调节器要加进积分作用其Ti不是不是，那么，那么此时比例带此时比例带PB要比纯比例调节器的比例带要比纯比例调节器的比例带PB大大一些，以抵抗由于积分作用而使系统动态过程振一些，以抵抗由于积分作用而使系统动态过程振荡倾向的增加。荡倾向的增加。四、比例微分作用规律四、比例微分作用规律PDPD作用规律作用规律n1 1、微分作用规律、微分作用规律D D作用规律作用规律n调节器的输出量与输入偏差的变化速度成比例调节器的输出量与输入偏差的变化速度成比例四、比例微分作用规律四、比例微分作用规律PDPD作用规律作用规律2 2、微分作用的特点：、微分作用的特点：具有超前控制作用，能及时克服扰动，被控量具有超前控制作用，能及时克服扰动，被控量不会出现较大的偏差，可以提高系统的稳定性，缩不会出现较大的偏差，可以提高系统的稳定性，缩短过渡过程时间，改善系统的动态性能但不能消除短过渡过程时间，改善系统的动态性能但不能消除系统的静态偏差。系统的静态偏差。微分作用多用于对象时间常数较大的系统。微分作用多用于对象时间常数较大的系统。3 3、比例微分作用规律的定义及表达式、比例微分作用规律的定义及表达式四、比例微分作用规律四、比例微分作用规律PDPD作用规律作用规律n给比例微分调节器施加一个阶跃的偏差输入信号给比例微分调节器施加一个阶跃的偏差输入信号后，它首先有一个阶跃的比例加微分的输出，然后，它首先有一个阶跃的比例加微分的输出，然后微分输出逐渐消失，最后消失在比例输出上。后微分输出逐渐消失，最后消失在比例输出上。n微分时间微分时间Td表示微分输出消失的快慢，或微分输表示微分输出消失的快慢，或微分输出保存得时间长短。假设出保存得时间长短。假设Td大，说明微分作用消大，说明微分作用消失慢，或微分作用保存时间长，那么微分作用强。失慢，或微分作用保存时间长，那么微分作用强。假设假设Td小，说明微分作用消失得快，或微分作用小，说明微分作用消失得快，或微分作用保存时间短，那么微分作用弱。因此，微分时间保存时间短，那么微分作用弱。因此，微分时间Td的大小，是衡量微分作用强弱的参数。的大小，是衡量微分作用强弱的参数。n如果把微分时间旋钮调整到如果把微分时间旋钮调整到Td=0，相当于切除微，相当于切除微分作用，这时调节器就成为纯比例调节器。分作用，这时调节器就成为纯比例调节器。n在比例微分调节器中，加进微分作用后，其比例在比例微分调节器中，加进微分作用后，其比例带带PB可比纯比例控制的比例带可比纯比例控制的比例带PB小一点。小一点。4、微分时间对系统动态过程的影响、微分时间对系统动态过程的影响n微分时间五、比例积分微分作用规律五、比例积分微分作用规律PIDPID作用规律作用规律n1、比例积分微分作用规律的定义及表达式、比例积分微分作用规律的定义及表达式n2、对系统动态过程的影响、对系统动态过程的影响微分作用对干扰信号微分作用对干扰信号非常敏感，因此液位控非常敏感，因此液位控制系统不能采用微分。制系统不能采用微分。五、比例积分微分作用规律五、比例积分微分作用规律PIDPID作用规律作用规律n在使用中，往往把积分时间在使用中，往往把积分时间Ti整定得比微分时间整定得比微分时间Td长，它们之间的关系大致为长，它们之间的关系大致为Ti45Td。n在比例积分微分调节器中，如果把积分时间整定在比例积分微分调节器中，如果把积分时间整定为为Ti；把微分时间整定为；把微分时间整定为Td0，那么相当于，那么相当于切除积分和微分作用，成为纯比例作用调节器。切除积分和微分作用，成为纯比例作用调节器。n假设调节器用于控制系统对被控量的稳态精度要假设调节器用于控制系统对被控量的稳态精度要求很高的情况，调节器中要加进积分作用。假设求很高的情况，调节器中要加进积分作用。假设控制系统中控制对象惯性较大时，调节器应加进控制系统中控制对象惯性较大时，调节器应加进微分作用。加进微分作用后，原来整定的比例带微分作用。加进微分作用后，原来整定的比例带PB和积分时间和积分时间Ti都可以减小一点，这样既能减小都可以减小一点，这样既能减小最大动态偏差，保证系统的稳定性，又能加快系最大动态偏差，保证系统的稳定性，又能加快系统的反响速度，使过渡过程时间统的反响速度，使过渡过程时间ts进一步缩短，进一步缩短，从而充分发挥三种作用规律的优点。从而充分发挥三种作用规律的优点。气动气动PIDPID调节器的实例调节器的实例一、一、QTM23J型气动调节器是一个型气动调节器是一个PI调节器之前串联一个调节器之前串联一个微分器形成微分器形成1、根本组成、根本组成比较局部、放大局部、反响局部比较局部、放大局部、反响局部。2、调节器的工作原理、调节器的工作原理根据力矩平衡原理工作，能实现根据力矩平衡原理工作，能实现PID作用规律。作用规律。比例作用是通过比例环节的负反响实现，比例作用是通过比例环节的负反响实现，微分作用是通过比例惯性环节的负反响实现，微分作用是通过比例惯性环节的负反响实现，积分作用是通过节流盲室一阶惯性环节的正反响实现。积分作用是通过节流盲室一阶惯性环节的正反响实现。1：1跟踪器的作用：为节流分压器提供分压通道、跟踪器的作用：为节流分压器提供分压通道、隔离、隔离、防止调节器振荡。防止调节器振荡。nQTM23J型气动调节器型气动调节器图图3-4-l QTM-23J气动气动PID三作用调节器的结构原理图三作用调节器的结构原理图l、6-平衡杠杆；2、4-挡板；3、5-喷嘴；7、9-恒节流孔；8-放大器；10-膜片；11-喷嘴；12-1：1跟踪器 T i的调整：的调整：通过积分阀，通过积分阀，积分阀开大，积分阀开大，Ti减小，减小，积分作用增强，稳定性降低。积分作用增强，稳定性降低。Td的调整：的调整：通过微分阀，通过微分阀，微分阀开大，微分阀开大，Td减小减小微分作用减弱。微分作用减弱。3比例带、比例带、积分时间、微分时间的调整积分时间、微分时间的调整PB的调整：通过比例阀，比例阀开大，比例带的调整：通过比例阀，比例阀开大，比例带减小，比例作用增强。稳定性降低。减小，比例作用增强。稳定性降低。二、二、NAKAKITANAKAKITA气动气动PIDPID调节器调节器1、结构及工作原理、结构及工作原理根据位移平衡原理工作，能实现根据位移平衡原理工作，能实现PID作用规作用规律。律。比例微分作用是通过比例惯性环节的负反比例微分作用是通过比例惯性环节的负反响实响实现。现。积分作用是通过节流盲室一阶惯性环节积分作用是通过节流盲室一阶惯性环节的的正反响实现。正反响实现。2、比例带、比例带、积分时间、微分时间的调整积分时间、微分时间的调整3、给定值调整、正、给定值调整、正反作用切换反作用切换二、二、NAKAKITANAKAKITA气动气动PIDPID调节器调节器在调节器上有三个调整盘，分别用来调整比例带、积分时间 和微分时间，改变积分阀和微分阀的开度可分别调整 和。开大积分阀，可缩短积分时间，加强积分作用；关小微分阀，可增加微分时间，加强微分作用。反之亦然。比例带调整盘是一个偏心机构，转动比例带调整盘可使喷嘴和挡板一起沿着比例杆上下移动。上移时，传动杆 左右移动相同的距离，即输入偏差相同的情况下，挡板开度变化要大，比例作用增强，比例带减小；反之，下移时，比例作用减弱，比例带将增大。三电动PID调节器在船舶机舱中，有些控制系统是采用电动的方式实现的。在电动控制系统中，调节器一般做成电路板的形式，其内部电路多数以运算放大器、电阻和电容等元器件组成。在实际中，调节器电路往往会因具体的控制系统而异。例如，积分环节和微分环节可能分别采用比例积分和比例微分环节代替，作用规律之间也可能是串联关系。此外，从电路设计的角度，往往还会加上一些抗干扰措施。四数字PID调节器船舶机舱中越来越多的参数控制系统采用微型计算机进行控制。在计算机控制系统中，调节器的作用规律是采用软件编程来实现的，称为调节器作用规律的数字实现。与常规的气动或电动系统相比，采用计算机控制的反响控制系统具有更高的控制精度和丰富的附加功能，例如通过键盘实际上往往只是几个功能按钮操作，可以在显示器通常为数码显示器或者液晶显示器上方便地查看和修改被控量的设定值，查看和修改比例带、积分时间、微分时间和采样周期等调节器参数以及查看被控量的测量值。此外，通过软件编程，还易于实现调节器的参数自整定以及模糊控制和神经网络控制等智能控制算法。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器测量单元是反响控制系统的重要组成局部，它对被控量的实际值进行测量，并输出测量信号送至调节器和显示仪表。测量单元通常由各种各样的测量传感器和信号变送器组成，传感器的作用是将被测量的物理量变化转化为位移变化、压力变化或电阻、电容、电感和电压等电参数的变化，而变送器那么把这些变化进一步转换为标准的气信号或者电信号。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n一、船舶机舱常用传感器n介绍船舶机舱最常见的几种传感器及其信号转换电路。n一温度传感器n温度传感器主要用于检测机舱中的各种温度信号，例如各种水温、油温和排气温度等。常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式及热敏电阻式三种。n1热电阻式温度传感器n热电阻式温度传感器是根据热电阻材料的电阻率随温度的增加而增加的原理工作的。热电阻由电阻体、绝缘体、保护套管和接线盒四局部组成。常用铜丝或铂丝双线并绕在绝缘骨架上，再把它插入保护套管内，装在要检测的管路或设备中。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n常见的热电阻有铜热电阻和铂热电阻两种，其电阻值和测量温度一一对应，且具有较好的线性关系。例如，Pt100是船舶机舱常用的铂热电阻，当测量温度为0时，电阻值为100，而在100时的电阻值为。热电阻式温度传感器常采用电桥电路将被测温度的变化转换成相应的电压输出。但热电阻安装在所要检测的管路或设备中，假设与转换电桥之间有一定的距离，那么由于连接导线的电阻值也会随环境温度的变化而变化，引起一定的测量误差，为此，热电阻通常采用“三线制接法来实现对环境温度变化的补偿。“三线制接法采用两根材料、长度和截面积相同的导线分别接在测量桥臂和调零桥臂，以保证导线的电阻值相等。当环境温度变化时，两根导线阻值的变化量相等而抵消，使电桥输出 保持不变。热电阻式传感器在船上常用于测量冷却水温度和轴承温度等。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器热电阻温度传感器接线原理图R0图5-4-1 热电阻温度传感器接线原理图R2R1WERtabuab第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n2热电偶式温度传感器n热电偶是由两种不同的金属导体把其端点焊接在一起，并插入护套制成的。焊接端称为热端，与导线连接端称为冷端。热端插入需要测温的测量点，冷端置于环境温度中，假设热、冷两端温度不同，那么在热电偶回路中产生热电势。当冷端温度不变时，其热电势随热端温度的升高而增大。由于冷端温度是随室温变化的，假设热端测量温度不变而环境温度升高，那么因热、冷端之间的温差减小使热电势 也减小，影响测量精度。为了消除冷端温度变化对测量精度的影响，可采用冷端温度补偿。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n冷端温度补偿的方法很多，图所示为电桥补偿法。图中R0、R1和R2是锰铜丝绕制的电阻，它们的电阻值根本不随温度变化。Rcu是铜丝绕制的补偿电阻，其电阻值随温度升高而增大。温度补偿电桥的输出 与热电偶输出电势 串联，只要补偿电阻和电路参数调整适宜，补偿电桥的输出正好可以抵消由于冷端温度变化而引起的测量误差。热电偶式传感器适用于检测高温的场合，例如应用于主机排气温度的测量等。常用的热电偶有：铂铑10-铂热电偶，测温范围01600；铂铑30-铂铑6热电偶，测温范围01800；镍铬一镍硅热电偶，测温范围01300。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器电桥补偿法R0图5-4-2 热电偶的冷端补偿原理图R2R1WEabuORCUe第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n二压力传感器n压力传感器用于将压力信号转换为监视报警系统能够接收的电信号。常见的压力传感器有弹簧管式压力传感器、应变片式压力传感器、扩散硅压力传感器和电磁感应式压力传感器等。n1滑动电阻式压力传感器n滑动电阻式压力传感器是由弹簧管、传动机构、电位器及测量电桥组成的，它的结构和工作原理如下图。滑针把电位器电阻分成两局部，一局部串联在R4的桥臂上，另一局部串联在R3的桥臂上。当所测量的压力变化时，通过弹簧管和位移传动机构使滑针绕轴转动，改变两个相邻桥臂的电阻值，使测量电桥输出的电压信号 与输入压力变化成比例。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器压力压力传感器传感器输 出压力信号RPR3R2R1R4Eab滑动电阻式压力传感器原理图R1R4R3R2Eu 金属应变片式压力传感器原理图第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n2金属应变片式压力传感器n金属应变片是用铜镍或镍铬等金属丝绕成栅状，并用粘结剂贴在基板上，两端焊接镀银或镀锡铜线作为引出线而制成的。应变片粘贴在压力感受器的测压局部，当压力发生变化时，应变片随同感受器一起发生形变。应变片具有一定的电阻值，它作为测量电桥的一个桥臂，如下图。在测量压力为零时，调整R4的电阻值使电桥处于平衡状态，输出电压为零。当测量压力增大时，应变片要弯曲变形，栅状金属丝被拉长，使其电阻值增大。电桥失去平衡并输出一个与测量压力成比例的电压信号。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器3电磁感应式压力检测器 n由弹性元件和差动变压器组成。常用的弹性元件有波纹管和弹簧管，其中，波纹管适用于测量范围在00.3 MPa，弹簧管检测压力适用在0.6 MPa以上。差动变压器是由一个初级线圈、两个线径和圈数都相等的次级线圈以及活动铁心等组成的。初级线圈加上交流电源成为一个激磁绕组。次级线圈之间采用反向串联连接，它们分别安排在支架的上下两侧。铁心在弹性元件控制下，在线圈骨架内产生与压力大小成正比的位移。差动变压器的初级与次级之间的互感系数将随铁心的位移变化而变化，铁心处于中间位置时，通过两个次级线圈的磁力线是相等的，其感应电势是等量的，由于两个次级线圈采用反相连接，因此差动变压器的输出电势UOUT为零。如果铁心离开中间位置，它可以使一个次级线圈的互感系数增大，另一个互感系数减少，致使它们的感应电势一个加大，另一个减小。于是差动变压器输出电势UOUT随之按比例增大。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器电磁感应式压力检测器 电磁感应式压力传感器原理图第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n三液位传感器n船上有很多液位参数需要进行测量和监视，常用的液位检测方法有：浮力式、静压式、电极式、电阻式、电容式及超声波式等等。以下介绍变浮力式和吹气式两种液位传感器。n1变浮力式液位传感器n图给出根据变浮力作用原理构成液位检测工作的原理图，其主体由浮筒、平衡力弹簧和差动变压器组成的。浮筒的浮力、平衡弹簧的弹力和浮筒自身重力形成力的平衡关系，当液位发生变化时，浮力的变化必然导致浮筒位移的变化，带动差动变压器的铁心产生位移，差动变压器的输出电压UOUT发生改变，经过整流，输出与液位变化成比例的直流信号。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器液位传感器图5-4-7吹气式液位传感器 图5-4-6 变浮力液位传感器原理图第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器2吹气式液位传感器 吹气式液位传感器是属于静压式液位传感器，其结构原理如下图。它是由过滤减压阀1、节流阀2、导管3、平衡气室4及差压变送器5等元件组成。调整节流阀2使液位在最高位置时，从平衡气室中有微量气泡逸出，使得导管3中压力始终与平衡气室压力相等。平衡气室的压力就是液位的静压力，即与液位高度成比例，因此，液位变化时，导管内的压力也随之变化。导管内的压力信号经变送器转换为与液位高度成比例的标准压力信号对于气动变送器或标准电流信号对于电动变送器。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n四流量传感器n流量传感器有容积式、电磁式和差压式等几种。n1容积式流量传感器n容积式流量传感器在船上主要用来检测油流体的流量。它由检测齿轮1、转轴2、永久磁铁3和干簧继电器4组成，如图5-4-8所示。当流体自下向上流过时，由于有摩擦力存在，因此有压力损失，使进口流体压力P1大于出口流体压力P2，检测齿轮在压力差的作用下，产生作用力矩而转动，通过的流量越大，齿轮转速越快。齿轮转动经轴2上端的永久磁铁3驱动干簧继电器4，使其触点闭合或断开，从而输出反映流量大小的电脉冲信号。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器容积式流量传感器原理图P1P21234图5-4-8容积式流量传感器原理图第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n2电磁式流量传感器n电磁式流量传感器是根据电磁感应原理来检测流量的，所以只适用于测量导电液体的流量。它主要由一对磁极、一对电极和检测放大电路组成，如下图。一对磁极置于管道两侧，以产生一磁场，导电液体在磁场中垂直于磁通方向流动时，切割磁力线，于是在两个电极上产生感应电势，其电势的大小与液体的体积流量成比例。感应电势经检测放大电路处理和放大后输出。3差压式流量传感器 差压式流量传感器原理如下图。它是利用流体通过孔板等节流装置时产生压力差来反响流量变化。膜片两侧承受压力差信号，通过膜片硬芯使差动变压器铁芯偏离中间位置向左移动，差动变压器输出的电信号就与流量成比例。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器原理图原理图NS磁极电极检测放大420mA流体图5-4-9电磁式流量传感器原理图图5-4-10差压式流量传惑器原理图第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n五转速传感器n转速传感器主要用来检测主机的转速和转向、发电原动机转速和透平转速等。常用的转速传感器有测速发电机和磁脉冲式转速传感器。n1测速发电机n测速发电机利用导体切割磁力线所产生的感应电势与转速成比例的原理，把转速变换成相应的感应电势。测速发电机有直流和交流两种形式。n直流测速发电机输出的是直流电压，其电压大小与转速成正比。电压 的大小反映了主机转速的上下，电压 的极性反映了主机的转向。第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器n在新型船舶中越来越多地采用交流测速发电机。交流测速发电机输出的电压信号是交变的，需要对它进行相敏整流和滤波后变成直流电压信号。同直流测速发电机一样，该电压信号可反映主机的转速和转向。n测速发电机测得的转速信号可送至转速表来指示主机的转速和转向，但作为控制系统中的转速反响和转速逻辑鉴别信号，因不能使用负电压的转速信号，故必须经过整流把倒车负极性电压信号转换成正极性电压信号，如下图。（a)（b)UASUU图5-4-11整流后正、倒车转速对应的电压值ASAH第四节第四节传感器与变送器传感器与变送器磁脉冲式转速传感器属于非接触式测速装置，它没有运动部件，不会发生磨损，具有使用寿命长，检测精度高的特点。它由永久磁铁1、软磁芯2、线圈3及非导磁性外壳4组成，如图5-4-12所示。图中5是一个安装在主机主轴上的铁磁材料齿轮通常是盘车机齿轮，传感器靠近齿轮安装，齿顶之间保持一个较小的间隙。主机转动时，齿顶和齿谷交替经过，引起线圈内的磁通交替变化，使线圈感应出一系列脉冲信号。脉冲频率 取决于齿数Z 和转速n。传感器输出的感应电势脉冲信号较弱，其波形也不理想，所以要把脉冲信号送入整形放大电路，使其转换成同频率的有较大幅值的矩形波。然后，矩形波再经频率/电压转换电路变换成电压信号，也就是把转速按比
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