材料成形测量与控制

1第一章材料成型过程的测量检测与控制（1）1材料成型的四大工艺分类：塑性成形轧制成形焊接成形液态成形塑性成形工艺：模型锻压成形模型冲压成形模型挤压成形自由锻造工艺；轧制成形工艺：热轧制成形工艺和冷轧制成形工艺；焊接成形工艺：电弧焊接成形工艺电阻焊接成形工艺电子束焊接成形工艺；激光焊接成形工艺钎焊接成形工艺摩擦焊接成形工艺等；液态成形工艺：按型模的种类分——金属型模液态成形工艺沙型模液态成形工艺敷层型模液态成形工艺；按液态成形过程是否加外加力分——重力浇铸成形工艺，压力浇铸成形工艺，离心浇铸成形工艺。2按被焊工件的接头类型不同，电阻焊接成形工艺可分为：点焊成形工艺缝焊成形工艺凸焊成形工艺闪光对焊成形工艺3材料的热加工工程：利用热源对工件加热的材料成形工艺称为材料的热加工或材料热加工工程4材料成形设备中的电气控制主电路的电路结构形式主要为：晶闸管整流器，晶闸管交流调压器，晶闸管逆变器三种。5材料成形工程中的大功率设备的阻感性负载对电网所造成的危害有哪些？其解决措施有哪些？电网冲击：在变压器，直流电动机及感应线圈等阻感性负载的过渡过程中的电流可以达到电路正常工作电流的几倍甚至几十倍，过大的电流会对电网带来很大的危害：轻则是配电线路中的过流继电器经常跳闸，重则使电网设备与用电设备本身的毁坏。波形畸变与扰邻：在材料成型的电网电路中使用多台套阻感性负载晶闸管开关电路的情况，大量并联的阻感性负载晶闸管开关电路还会使电网电压的正弦波形波动变化不定，使得网内设备彼此干扰，即所谓的“扰邻”或“邻扰”，特别是计算机做控制的设备会没有规律的“失控”，严重时会使生产线不能工作。解决措施：（1）加载滤波网络，在每台阻感性负载晶闸管开关电路中一般加载“滤波网络”，防止本台设备产生的干扰波形电流窜入电网，也可防止电网上的干扰波电流窜入本台设备的主电路或控制电路。（2）“软启动”自动开关技术，电路中的阻感性负载晶闸管开关电路的容量太大，工作方式是频繁的“开”“关”过程，晶闸管中的交流调压过渡过程成为主要的工作方式，为此，使用以微机为控制平台的无过渡过程电流冲击的所谓“软启动”自动开关技术。（3）分时切入中断管理，对连接入电网的多台成型设备在切入电网时实行分批分时通电的电网负荷优化管理，对于每一台设备来说就像单独切入电网一样。2第二章时间测量与控制系统1程序控制电路的基本结构：同步变压器；50HZ时基脉冲发生器；时基脉冲计数器；置数装置；程序转换电路2RC延时电路的基本思想：通过调节可变电阻的阻值，从而调节电容器的饱和电压Vc的时间，达到延时的目的。3电焊机程序动作的过程有：加压焊接维持休止第三章位移测量与控制系统1位移控制系统中常见机电传动结构类型：2按给定量的性质分，位移控制系统的类型：位移程序控制系统，位移随动控制系统。3位移程序控制系统：动点移动轨迹实现事先由程序给出的位移伺服系统称为位移程序控制系统。4位移随动控制系统的组成及其功能：1）位移检测环节——随时检测位移执行机构的实际位移量，并将位移量转换为与其成正比的电压量。2）比较器环节——将正值给定电压信号与位移反馈信号进行比较，得到偏差量。3）放大器与调节器环节——将偏差信号进行功率放大，并进行积分微分处理，改善系统的动态性能。4）电动机驱动电路——根据控制信号来控制实际电动机的转动方向和转动角位移。5）伺服电动机——按照控制信号的大小和正负对其驱动电路的控制而输出角位移。6）机械传动装置——将角位移转换为线位移；进行位移量的比例变换。5按照编码原理来分，转角－数字编码器可分为：绝对式和增量式6循环码的特点：相邻的两个数码之间只有一位发生变化，引起的误差只是最低的一位数；缺点式不能直接进行二进制运算，需要将循环码转换为二进制码。7直线位移的测量方法有：间接检测法和直接检测法。第四章速度测量与控制系统1对于可调速的传动系统，按传动电动机的类型可以分为两大类：直流调速系统和交流调速系统，直流调速系统：结构复杂，制造成本高，维修也较麻烦，但性能优良，具有较大的转矩、优良的起动和制动性能、具有较宽的平滑调速范围。交流调速系统：结构简单、制造成本低，使用和维修简便等优点，但是调速困难。2发电机－电动机（G－M）调速系统的两种调速方式为：（1）改变电动机电枢回路内的附加电阻RF。（2）改变发电机的电枢电压Us：①改变发电机的电枢转速；②改变发电机励磁绕组中的励磁电流。3晶闸管变流器的调速系统结构部分的功能及其特点（图P65）3组成结构：1）晶闸管整流主电路－将电网的交流电能转换为直流电能，然后向直流电动机的电枢提供所要求的电压Us；2）晶闸管触发电路－向晶闸管整流器主电路中的晶闸管提供晶闸管触发电压；3）调节器电路－输出随电平随时变化的控制电平信号电压Uc，控制晶闸管触发移相脉冲电压UT的移相；4）比较器—将给定电压信号UG与反馈电压信号UB进行比较，得出误差信号UE；6）反馈电路环节－检测电动机电路中的电压或电流信号，进行滤波或其它变换形成反馈电压。4材料成形设备中所用的直流调速系统的特点：使用功率跨度大、类型的多样性；5无槽电枢直流伺服电动机的主要特点：1）动态性能好－电枢长，且转动惯量低，具有较小的机械时间常数、较宽的动态频率响应范围；2）过载能力强－采用强迫风冷或更先进的制冷技术可以增大过载能力；3）力矩波动小－电枢绕组的电感量小，使其动态性能指标的力矩波动小、换向性能好，其力矩波动系数为1％～3％。6绕线电枢直流伺服电动机的特点：1）时间常数小－绕线电枢的电感值小；绕线电枢中的铁心部件仅起导磁作用而不随电枢绕组转动，因而其转动惯量小。2）效率高－铁心与机壳间没有相对运动，铁耗小；电枢本身很轻，且机械损耗小。3）电气噪声低－电枢绕组的电感值小，换向性能好，产生的电气噪声低。7直流电动机晶闸管调速系统的控制电路的组成：1）调节器－将输入的偏差信号UE进行比例－积分－微分处理，输出系统控制电压信号Uc。2）触发电路－将输入的控制信号电压Uc转变为与本相电网同步，具有一固定频率和脉冲波形的晶闸管触发电压UI。3）检测反馈电路－对直流电动机的转速、电枢电流和电枢电压，并转变为反馈电压信号。4）比较器环节－把转速给定电压与检测反馈电压UB进行比较，得出偏差信号电压UE。8速度检测与反馈环节的类型：1）转速负反馈调速系统；2）电枢电压负反馈调速系统；3）附加电枢电流正反馈的电枢电压负反馈调速系统；4）转速电流双闭环调速系统。第五章温度检测与控制技术1温标的分类：经验温标、热力学温标、国际温标2实现国际温标应具有的三个条件：1）要有定义温度的固定点，一般是水、纯金属及液态气体的状态变化；2）要有复现温度的标准器，通常是标准铂电阻、标准铂铑热电偶及标准光学高温计；3）要有定义点之间计算温度的内插方程。3国际温标的内容P90：1）规定热力学温度为基本温度，单位为开尔文；2）规定了一系列高纯度的可复现的平衡态的温度作为固定点的温度值；3）把最低固定点（－259.34℃）和最高固定点（1064.43℃）之间分成几个温度区间，对每一区间规定了基准内插仪器和内插公式。4）规定在标准态下，水的沸腾温度不是100℃，而是99.974℃。44温度检测的方法有－接触法测温：优点——测量方法简单直观，准确度和可靠性高，应用广泛；缺点——受介质温度场、被测对象特性及传热方式的影响而出现误差，腐蚀性介质会影响感温元件寿命。非接触法测温：优点——测量温度响应快，测温范围广，可远距离或对运动物体进行测量，具有一定的准确度；缺点——结构复杂，使用方法严格。5热点效应P94：由两种导体组成的闭合回路中，对期中的一个节点加热，使得两点的温度不同，那么回路中就会有电流产生，接在回路中的电流表的指针就会偏转，这一现象称为温差效应。6热电偶的冷端补偿1）冷端恒温法：使参考端温度处于零度或某一恒定温度2）冷端温度校正法：通过计算来补正3）补偿导线法4）补偿热电偶5）冷端温度补偿器7热敏电阻的种类：1）正温度系数热敏电阻（PTC）；2）负温度系数热敏电阻（NTC）；3）临界温度系数热敏电阻（CTR）。8非接触法测温的应用范围：条件恶劣（高温、腐蚀）、运动物体、微小目标、热容量小的对象。9灰体：物体的辐射光谱是连续的，其单色辐射强度Eλ和同温下绝对黑体的响应曲线相似，即在所有波长下都有：Eλ/E0λ＝ε（小于1的常数），则该物体称为灰体。10辐射温度：温度为T的全辐射能量E等于温度为TP的绝对黑体全辐射E0时能量，则温度TP称为被测物体的辐射温度。11亮度温度：在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度T时的亮度Bλ和绝对黑体在温度Ts时的亮度B0λ相等。则Ts称为被测物体在波长为λ时的亮度温度。12比色温度：如果温度为T的实际物体在两个不同波长下的亮度比值与温度为Tc的绝对黑体在同样两个波长下的亮度比值相等，则Tc称为实际物体的比色温度。第六章热加工电源测量与控制系统1热加工电源供电对象（负载）的种类有：电阻、电弧、激光泵浦灯或气体放电腔、电感线圈、复合型负载。2热加工电源主电路结构类型的种类：工频交流电抗器类电源、磁饱和电抗器、晶闸管工频交流调压器类电源、晶闸管整流器类电源、晶闸管逆变器类电源、大功率晶体管逆变器类电源、大功率晶体管开关类电源、电容器（充）放电类电。3电源的可控制功能有：输出电压控制、输出电流控制、电源输出伏－安特性控制、电源输出5波形控制、脉冲调制功能输出控制。4电弧负载伏安特性的影响因素：电弧在何种气体中放电、气体的压力有多大、两电极的材料、电弧的弧长等都会影响电弧负载的伏安特性。5电弧负载的特性：性质一：电弧的伏安特性曲线是非线性函数曲线，不能用一数学函数表示；性质二：电弧伏安特性曲线分为三段，下降段、水平段和上升段，各段具有不同的特性；性质三：电弧伏安特性曲线上的点具有不同的静态电阻：UFB/ISB=RGB(电阻量纲)；性质四：电弧伏安特性曲线上的点具有不同的微分电阻，且可正、可负，可为零。6电源VAC曲线的类型：恒压VAC、恒流VAC、直线下降VAC、分段直线下降VAC、椭圆方程VAC、非规则二次曲线型VAC。7材料热加工负载对供电电源的基本要求：1）构成的“电源－负载”系统由工作点；2）“电源－负载”系统的工作点是稳定的；3）“电源－负载”系统满足负载的功率调节要求；4）电源有电压（电流）的波形控制功能。8“电源－负载”系统工作点定义：“电源－负载”系统在外界干扰因素的作用下，其系统工作点就会偏离原有位置，外界干扰因素一旦消失，若系统本身能将工作点恢复原有位置，则称工作点是稳定的，否则工作点不稳定。9电源内阻对电源VAC的影响：电源的内阻相对于负载的阻值很小时，电源的输出电压变化很小，电源具有恒压输出的特性；电源的内阻相对于负载阻值很大时，电源的输出电流变化很小，电源具有恒流输出的特性。10电源输出VAC控制原理：要得到恒压输出VAC，必须引入输出电压负反馈。这时电源输出VAC曲线是平行于横轴的直线；要得到恒流输出VAC，必须引入输出电流负反馈。这时电源输出VAC曲线是平行于纵轴的直线；要得到下降直线输出VAC就必须引入二者复合反馈。11在脉宽调制器的反馈类型中，电压反馈控制的脉宽调制器与电流反馈控制的脉宽调制器有什么区别？P207电流脉宽调制器的优点是什么？P208区别：用误差放大器得到的偏差信号UE不作为脉宽调节信号，而是作为门限电压送至脉宽比较器。而电源的另一侧输入信号由电源主电路输出的二侧得到的电流负反馈信号USI，当偏差信号一定时，USI的斜率，也就是USI的变化速度改变电压比较器的输出方波的宽度；而不同的偏差信号也限制了USI的峰值，也能改变电压比较器的输出方波电压的宽度。优点：调节速度快。电流型PWM控制器直接在主电路中进行采样，电源输入电压的变化立刻引起电流的变化，反映电流变化的电流反馈信号又立刻改变PWM控制器的脉宽。