地球科学概论教学大纲.docx
- 文档编号:16958546
- 上传时间:2023-07-20
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:23.92KB
地球科学概论教学大纲.docx
《地球科学概论教学大纲.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地球科学概论教学大纲.docx(22页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
地球科学概论教学大纲
课程教学大纲
课程名称(中文):
地球科学概论
三、教学内容和学时
第一篇总论
第一章绪论(2学时)
1.1地球科学的研究对象和任务
1.1.1地球概述
1.1.2地球科学的研究对象
1.1.3地球科学的研究任务
1.2地球科学的特点及其研究方法
1.2.1地球科学的特点
1.2.2地球科学的研究方法
1.3地球科学的现状
1.3.1地球科学的分支学科及研究现状
1.3.2地球科学的发展和未来
第二章地球的演化历史(4学时)
2.1宇宙、太阳系与地球
2.1.1宇宙的起源
2.1.2太阳系的起源
2.1.3行星及其他天体
2.2地球的早期演化
2.2.1陨石冲击事件与地球的形成
2.2.2地球外圈的形成
2.2.3地球内圈的形成
2.3地质年代学
2.3.1相对地质年代学
2.3.2绝对地质年代学
2.3.3地球的年龄与地质年代表
2.4地质历史中生命的演进
2.4.1生命的起源
2.4.2前寒武纪生物演进
2.4.3生物爆发与古生代生物演进
2.4.4中生代生物演进与恐龙灭绝
2.4.5新生代生物演进与人类诞生
(参观自然博物馆)
第三章地球的现状(7学时)
3.1地球的形状和大小
3.2地球的受力状态
3.2.1万有引力
3.2.2旋转离心力和科氏力
3.2.3引潮力
3.3地球的能量系统
3.3.1太阳能
3.3.2放射能
3.3.3其它能量
3.4地球的物质系统
3.4.1地球的物质组成
3.4.2元素的地球化学行为
3.4.3地球物质的赋存方式
3.4.4地球物质的运动形式
3.5地质作用概述
3.5.1地质作用三重概念
3.5.2地质作用的方式
3.5.3几个基本术语
3.6课内矿物实习(常见的造岩矿物)
(参观地质博物馆)
第二篇地球的外部系统
第四章风化作用(2学时)
4.1物理风化
4.1.1物理风化的方式及过程
4.1.2影响物理风化作用的因素
4.2化学风化
4.2.1化学风化的方式及过程
4.2.2影响化学风化作用的因素
4.2.3酸雨的形成及破坏过程
4.3岩石性质对风化作用的影响
4.3.1结构构造对风化作用的影响
4.3.2物质成分对风化作用的影响
4.4风化作用的产物
4.4.1风化壳
4.4.2风化作用的相关矿产
4.4.3土壤
第五章大气圈(3学时)
5.1大气圈的结构、成分及运动特征
5.1.1大气圈的结构
5.1.2大气圈的成分
5.1.3大气环流
5.2风的作用
5.2.1风的破坏作用
5.2.2风的搬运作用
5.2.3风成堆积
5.2.4风成地貌
5.3荒漠化过程及对策
5.3.1荒漠化过程
5.3.2影响荒漠化过程的因素
5.3.3荒漠化的对策
第六章水圈(9学时)
6.1河流
6.1.1暂时性水流的地质作用
6.1.2河流的地质作用
6.1.3河谷形态和冲积物的形成
6.1.4河谷发育的趋势和循环性
6.1.5河系的发育与分水岭的迁移
6.2地下水
6.2.1岩石中水的类型
6.2.2地下水的成因及赋存方式
6.2.3地下水的地质作用
6.2.4岩溶作用
6.3冰和冰水流
6.3.1冰川的类型
6.3.2冰川体系
6.3.3冰川和冰水流的地质作用
6.3.4地质历史中的冰川与环境效应
6.3.5冻土带
6.4海洋
6.4.1大洋地貌和物理化学特征
6.4.2海水的运动
6.4.3海洋的地质作用
6.4.4海洋矿产资源
6.4.5海平面变迁
6.5湖和沼泽
6.5.1湖盆的形成
6.5.2湖的地质作用
6.5.3沼泽的形成及分类
6.6课内沉积岩实习
(参观石花洞地质公园)
第三篇地球的内部系统
第七章构造运动与地壳变形(4学时)
7.1板块构造学说
7.1.1板块构造学说的产生
7.1.2板块构造学说的要点
7.1.3威尔逊旋回
7.1.4板块动力学
7.2褶皱变动
7.2.1褶皱要素
7.2.2褶皱形态与分类
7.2.3褶皱的判别
7.3断裂变动
7.3.1节理
7.3.2断层
7.3.3断层的判别
第八章岩浆作用(4学时)
8.1火山作用
8.1.1火山作用过程
8.1.2火山喷发的产物
8.1.3火山的地理分布
8.1.4火山灾害与环境
8.2侵入作用
8.2.1侵入体的形态与物质组成
8.2.2侵入体的基本特征
8.3岩浆成因的多样性
8.3.1岩浆产生的多样性
8.3.2岩浆的分异
8.3.3岩浆的同化混染
8.4课内岩浆岩实习
第九章岩石的变质作用(3学时)
9.1变质作用的特点
9.2接触变质作用
9.3动力变质作用
9.4区域变质作用
9.5课内变质岩实习
第四篇固体地球物理学
第十章地震学(6学时)
10.1天然地震
10.1.1地震、地震仪与地震图
10.1.2震源
10.1.3地震预测与防灾
10.1.4强地面运动与抗震
10.2地震波传播与地球内部结构
10.2.1地震波传播
10.2.2地球内部结构
10.3地学层析成像
10.3.1地震层析成像
10.3.2电磁层析成像
10.4人工地震与勘探地震学
第十一章地球内部物理学(8学时)
11.1地电学
11.1.1地电场
11.1.2电阻率法
11.1.3大地电磁测深
11.1.4地电学的
应用
11.2地磁学
11.2.1地磁场基础
11.2.2基本磁场
11.2.3变化磁场
11.2.4地磁学的
应用
11.3古地磁学
11.3.1岩石磁学基础
11.3.2古地磁学的
基本原理和工作方法
11.3.3古地磁场
11.3.4古地磁学的
研究成果与应用
11.4重力学
11.4.1地球的重力场
11.4.2重力测量与重力仪
11.4.3重力异常及应用
11.5地热学
11.5.1地球的热源与温度分布
11.5.2地热及其应用
第五篇对地观测与地球信息学
第十二章自然地理环境的基本规律(2学时)
12.1整体性规律
12.1.1概述
12.1.2整体性认识的发展
12.1.3自然地理环境的进化发展
12.2时间演化规律(时间尺度)
12.2.1周期性节律
12.2.2旋回性节律
12.2.3阶段性节律
12.2.4自然地理环境的稳定性
12.3空间分异规律
12.3.1基本规律
12.3.2纬向地带性和经向地带性
12.3.3垂直地带性
12.3.4地方性
12.3.5空间分异规律的相互关系
12.4自然地理环境的基本规律的应用
12.4.1土地类型
12.4.2综合自然区划
第七篇人与地球
第二十章人与环境(2学时)
20.1重力作用的灾害与防护
20.1.1崩塌与滑坡
20.1.2泥石流
20.1.3重力灾害的防护
20.2地球化学场与人类健康
20.2.1岩石中的元素与人类健康
20.2.3地球化学场与地方病防治
20.3环境污染及对策
20.3.1大气污染及其对策
20.3.2水污染及其对策
20.3.3固体污染及其对策
20.3.4放射性污染及其对策
第二十一章人与地球(2学时)
21.1地球系统的运动对人类活动的影响
21.2人类与地球系统的联系
21.2.1人类从地球系统中获得所需的物质和能量
21.2.2人类在工程技术活动中对地球系统的影响
21.2.3人类的农业活动
21.3人类对地球的作用
21.3.1破坏地球表层物质
21.3.2搬运被破坏产物
21.3.3改变物质和能量系统平衡
21.3.4发挥人类的能动性
21.3.5保护地球
暑假野外实习
线路1虎峪太古宙-古元古代地层实习
线路2下苇甸新元古代-早古生代、河流实习
线路3灰峪晚古生代-中生代地层实习
线路4大灰厂构造实习
线路5周口店花岗岩与接触变质作用实习
四、教学参考书
讲义及教材在编写中,参考书:
吴泰然、何国琦等编著,普通地质学。
北京:
北京大学出版社,2003
陶世龙、万天丰、程捷编著,地球科学概论。
北京:
地质出版社1999
杨树锋主编,地球科学概论。
杭州:
浙江大学出版社2001
汪新文主编,地球科学概论。
北京:
地质出版社1999
永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式
2008-11-07 来源:
internet 浏览:
504
主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器,绝对式编码器,正余弦编码器,旋转变压器等。
为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制,这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位,或曰电机电角度信息,为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时,就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系,这种调整可以称作电角度相位初始化,也可以称作编码器零位调整或对齐。
下面列出了采用增量式编码器,绝对式编码器,正余弦编码器,旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。
增量式编码器的相位对齐方式
在此讨论中,增量式编码器的输出信号为方波信号,又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器,普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B,以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外,还具备互差120度的电子换相信号UVW,UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。
带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位,或曰电角度相位之间的对齐方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器U相信号跳变沿,和Z信号,直到Z信号稳定在高电平上(在此默认Z信号的常态为低电平),锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,Z信号都能稳定在高电平上,则对齐有效。
撤掉直流电源后,验证如下:
1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合,编码器的Z信号也出现在这个过零点上。
上述验证方法,也可以用作对齐方法。
需要注意的是,此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐,由于电机的U相反电势,与UV线反电势之间相差30度,因而这样对齐后,增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐,而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致,所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐,为达到此目的,可以:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.依据操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对位置,或者编码器外壳与电机外壳的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使上升沿和过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。
由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息,而Z信号也只能反映一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因而不作为本讨论的话题。
绝对式编码器的相位对齐方式
绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言,差别不大,其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。
早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平,利用此电平的0和1的翻转,也可以实现编码器和电机的相位对齐,方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察最高计数位信号的跳变沿,直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,跳变沿都能准确复现,则对齐有效。
这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT,BiSS,Hyperface等串行协议,以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代,因而最高位信号就不符存在了,此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化,其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM,存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:
1.将编码器随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值,并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此后,驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现,日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。
这种对齐方法的一大好处是,只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流,无需调整编码器和电机轴之间的角度关系,因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上,且无需精细,甚至简单的调整过程,操作简单,工艺性好。
如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM,又没有可供检测的最高计数位引脚,则对齐方法会相对复杂。
如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整,使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算位置点都能准确复现,则对齐有效。
如果用户连绝对值信息都无法获得,那么就只能借助原厂的专用工装,一边检测绝对位置检测值,一边检测电机电角度相位,利用工装,调整编码器和电机的相对角位置关系,将编码器相位与电机电角度相位相互对齐,然后再锁定。
这样一来,用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。
个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法,简单,实用,适应性好,便于向用户开放,以便用户自行安装编码器,并完成电机电角度的相位整定。
正余弦编码器的相位对齐方式
普通的正余弦编码器具备一对正交的sin,cos1Vp-p信号,相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号,每圈会重复许许多多个信号周期,比如2048等;以及一个窄幅的对称三角波Index信号,相当于增量式编码器的Z信号,一圈一般出现一个;这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。
另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外,还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号,如果以C信号为sin,则D信号为cos,通过sin、cos信号的高倍率细分技术,不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率,比如2048线的正余弦编码器经2048细分后,就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率,当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统,而国内厂家尚不多见;此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后,还可以提供较高的每转绝对位置信息,比如每转2048个绝对位置,因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。
采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察C信号波形,直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,过零点都能准确复现,则对齐有效。
撤掉直流电源后,验证如下:
1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这种验证方法,也可以用作对齐方法。
此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
如果想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。
由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息,而Index信号也只能反映一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因而在此也不作为讨论的话题。
如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息;
3.调整旋变轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整,使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算绝对位置点都能准确复现,则对齐有效。
此后可以在撤掉直流电源后,得到与前面基本相同的对齐验证效果:
1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器,也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:
1.将正余弦随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此后,驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现,而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中,因此一旦对齐后,电机就和驱动器事实上绑定了,如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器,都需要重新进行初始安装相位的对齐操作,并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
旋转变压器的相位对齐方式
旋转变压器简称旋变,是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的,相比于采用光电技术的编码器而言,具有耐热,耐振。
耐冲击,耐油污,甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力,因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用,一对极(单速)的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统,应用也最为广泛,因而在此仅以单速旋变为讨论对象,多速旋变与伺服电机配套,个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数,一便于电机度的对应和极对数分解。
旋变的信号引线一般为6根,分为3组,分别对应一个激励线圈,和2个正交的感应线圈,激励线圈接受输入的正弦型激励信号,感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系,感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。
旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果,如果激励信号是sinωt,转定子之间的角度为θ,则SIN信号为sinωt×sinθ,则COS信号为sinωt×cosθ,根据SIN,COS信号和原始的激励信号,通过必要的检测电路,就可以获得较高分辨率的位置检测结果,目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方,即4096,而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上,不过体积和成本也都非常可观。
商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出;
2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出;
3.依据操作的方便程度,调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置,或者旋变定子与电机外壳的相对位置;
4.一边调整,一边观察旋变SIN信号的包络,一直调整到信号包络的幅值完全归零,锁定旋变;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,信号包络的幅值过零点都能准确复现,则对齐有效。
撤掉直流电源,进行对齐验证:
1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这个验证方法,也可以用作对齐方法。
此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
如果想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地球科学 概论 教学大纲
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)