《机电传动控制》讲义(8)解析共88页
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机电传动控制课件讲解
第一节 常用低压电器
第一节 常用低压电器
直流接触器 直流接触器的主触头用来通断直流主电路。和交
流接触器不向，直流接触器的铁心中不会产生涡 流和磁滞损耗，放不会发热。为了便于加工，铁 心用整块电工软钢制成。为使线圈散热良好，通 常将线圈绕制成长而薄的圆筒状，且不设线圈骨 架，使线圈和铁心直接接触。 由于直流接触器的线圈卞通以直流电，故没有较 大的启动电流冲击，铁心和衔铁也44会因电源频 率的变化而产生猛烈的撞击，因此直流接触器的 寿命比交流接触器长，适用于可靠性要求高或要 求频繁动作的场合。
第一节 常用低压电器
接触器
第一节 常用低压电器
构造
常开、常闭触点在动作时都行动，但一般先“断开” 后“闭合”
第一节 常用低压电器
常闭触点
常开触点
接触器原理示意图
线圈电源
第一节 常用低压电器
第一节 常用低压电器
交流接触器 交流接触器的主触头用于接通和分断交流主
电路，当交变磁通穿过铁心时，特产生涡流和隘 滞损耗．使铁心发热。为了减少因涡流和磁滞损 耗造成的能量损失，铁心用硅钢片冲制后叠铆而 成。为了便于散热，线圈在骨架上绕成扁而厚的 圆筒形状，并与铁心隔离。交流接触器的线团匝 数较少，故电阻小，当线圈通电而衔铁尚未吸合 的瞬间，电流将达到工作电流的10。15倍。如果 衔铁被卡住而不能吸合，或频繁动作，线圈将有 可能被烧毁。所以，对于要求频繁启停的控制系 统不宜采用交流接触器。
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
瑞士IBAG公司电主轴结构
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
二、机电传动控制系统的发展
1．继电接触器控制
20世纪20~30年代
2．顺序控制
机电传动控制8讲解
直流接触器
用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。 结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。 工作原理：与交流接触器基本相同。
四、其他继电器
1、电流继电器
特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器
过流电流继电器
欠流电流继电器
I > KA KA KA
常闭触头
双金属片式热继电器
a ） 外形
b ） 结构图
1- 电流整定装置 2 - 主电路接线柱 3 - 复位按钮
4- 常闭触头 5 - 动作机构 6 - 热元件 31 - 常闭触头接线柱
32 - 公共动触头接线柱 33 - 常开触头接线柱
双金属片式热继电器原理示意图
1.1接- 线端子 2 - 主双金属片 3 - 热元件 4 - 推动导板 5 - 补偿双金属片 6 - 常闭触头 7 - 常开触头 8 - 复位调节螺钉 9 - 动触头 110 - 复位按钮 11 - 偏心轮 12 - 支撑件 13 - 弹簧
SQ
SQ
SQ
常闭触头 常开触头
复合触头
单轮式
双轮式
接近开关
二、保护电器
保护电器的作用：当电路发生故障危及电动机和 电器设备安全时，能自动及时地切断电源。
1、熔断器：
主要由熔体和安装熔体的熔管（或座）两部分组成。熔断器 是配电线路及电动机控制电路中用作过载和短路保护的电 器。
三个参数：额定工作电压、额定电流、断流能力。 螺旋式熔断器，在装接时，用电设备的连接线接到连接金属
数字式
按延时方式分：通电延时型
断电延时型
符号
(a) (b) (c)
(d)
(e)
(f)
机电传动控制讲课文档
现在二十三页，总共二十六页。
二、双闭环直流调速系统 3. 静态分析:
在 双 闭 环 中 ， ASR 有 两种状 态：饱和 ，不饱和 状态 。 ACR只有一种状态：不饱和。 1）开始时，系统加Ugn，因n不能立即建立，则Ufn→0，偏差 电压很大。ASR进入饱和状态，输出最大值Ugi= Ugimax，相当
二、双闭环直流调速系统 转速、电流双闭环调速系统特点：
• 系统的调整性能好、有很硬的静持性，基本上无 静差；
• 动态响应快，启动时间短； • 两个调节器可分别设计．调整方便(先调电流环，
再调速度环)；
• 系统的抗干扰能力强。
所以，它在自动调速系统中得到了广泛的应用。
现在二十六页，总共二十六页。
于转速环开环，只有电流环，系统进行恒电流无静差调节。
2）当达到稳定转速时，电动机转速因惯性出现超调， ASR退饱和，转速环起作用，实现转速无静差调节。稳态时，偏 差电压、偏差电流为0， n恒定，电动机稳定运行。
现在二十四页，总共二十六页。
4. 动态分析:
I 电 流 上 升 阶 段 ： 突 加 Ugn ， n 不 能 突
现在十九页，总共二十六页。
第三节晶闸管电动机直流传动控制系统
二、双闭环直流调速系统
1.转速、电流双闭环调速系统 由PI调节器组成的转速单闭环系统，可以满足一般生
产机械的要求，但有些负载要求正反转，启制动（如龙门 刨床），为了提高生产效率，过渡过程越短越好。
由T=KmIa 知：若保证Ia = Imax则过渡过程最短。单
现在十八页，总共二十六页。
一、单闭环直流调速系统
结 论：
1、调节初期，P调节起主要作用，使转速迅速回升， 反应了系统的快速性；调节末期，I调节起主要作 用，最终消除偏差，实现系统稳态无静差。既能获 得较高的静态精度，又具有较快的动态响应。
二、双闭环直流调速系统 3. 静态分析:
在 双 闭 环 中 ， ASR 有 两种状 态：饱和 ，不饱和 状态 。 ACR只有一种状态：不饱和。 1）开始时，系统加Ugn，因n不能立即建立，则Ufn→0，偏差 电压很大。ASR进入饱和状态，输出最大值Ugi= Ugimax，相当
二、双闭环直流调速系统 转速、电流双闭环调速系统特点：
• 系统的调整性能好、有很硬的静持性，基本上无 静差；
• 动态响应快，启动时间短； • 两个调节器可分别设计．调整方便(先调电流环，
再调速度环)；
• 系统的抗干扰能力强。
所以，它在自动调速系统中得到了广泛的应用。
现在二十六页，总共二十六页。
于转速环开环，只有电流环，系统进行恒电流无静差调节。
2）当达到稳定转速时，电动机转速因惯性出现超调， ASR退饱和，转速环起作用，实现转速无静差调节。稳态时，偏 差电压、偏差电流为0， n恒定，电动机稳定运行。
现在二十四页，总共二十六页。
4. 动态分析:
I 电 流 上 升 阶 段 ： 突 加 Ugn ， n 不 能 突
现在十九页，总共二十六页。
第三节晶闸管电动机直流传动控制系统
二、双闭环直流调速系统
1.转速、电流双闭环调速系统 由PI调节器组成的转速单闭环系统，可以满足一般生
产机械的要求，但有些负载要求正反转，启制动（如龙门 刨床），为了提高生产效率，过渡过程越短越好。
由T=KmIa 知：若保证Ia = Imax则过渡过程最短。单
现在十八页，总共二十六页。
一、单闭环直流调速系统
结 论：
1、调节初期，P调节起主要作用，使转速迅速回升， 反应了系统的快速性；调节末期，I调节起主要作 用，最终消除偏差，实现系统稳态无静差。既能获 得较高的静态精度，又具有较快的动态响应。
大学课件-机电传动控制(完整)
柔性制造系统（FMS） —由数控机床、工业机器人、自动搬运 车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线，它是实现自 动化车间和自动化工厂的重要组成部分。
机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计 算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和 制造过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量管 理这一全过程实现自动化。
单电机拖动——一台电动机拖动一台生产机械的各运动部件。 这种拖动方式较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运 动部件较多时，其传动机构仍十分复杂；
多电机拖动——一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电 动机来拖动。
二．机电传动控制系统的发展 控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、
依据系统传递功率不变的原则:
实际负载功率=折算后的负载功率
负载功率:
TLL
电动机轴上的功率:
传动效率：
TLM
c
TLL TLM
TL TL j
TL
TL
jc
2.7
多轴旋转拖动系统
速比 传动效率
j M / L
c
18
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
2.2.1 负载转矩的折算
负载功率:
Fv
TLM
Fv
TM
TL
GD2 375
dn dt
加速运行状态
1
TM
TL
GD2 375
dn dt
减速
TM
TL
GD2 375
dn dt
减速
16
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
为了对多轴拖动系统进行运行状态的分析，一般是将多轴拖动系统等效折算为 单轴系统。
《机电传动控制》课件
感应电机
基于电磁感应原理，具有成本低 、可靠性高的优点，在工业自动 化、家用电器等领域广泛应用。
先进控制算法的研究与应用
滑模控制
01
通过在状态空间中设计滑模面并选择合适的切换规则，实现对
系统状态的快速响应和鲁棒性。
模糊控制
02
பைடு நூலகம்
利用模糊集合理论将不确定性因素转化为可计算的语言变量，
实现对复杂系统的有效控制。
03
机电传动控制系统的设计与实现
系统需求分析与设计
需求分析
明确系统的功能要求、性能指标和约束条件，为后续 设计提供依据。
总体设计
根据需求分析，确定系统的总体架构、组成模块和相 互关系。
详细设计
对每个模块进行详细设计，包括电路设计、机械结构 设计、软件设计等。
控制算法的选择与实现
算法选择
根据系统需求和性能要求， 选择合适的控制算法，如PID 控制、模糊控制等。
机床的运动状态和加工参数。
数控机床控制系统的应用范围包括航空、航天、汽车、模具等领域，为 现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
智能家居控制系统
智能家居控制系统是实现家庭智能化和舒适化的重要手段 之一，它通过控制家庭设备的开关、调节设备的运行状态 和参数等，为家庭生活提供便利和舒适。
智能家居控制系统通常采用无线通信和网络技术，实现家 庭设备的互联互通和控制，同时通过传感器和执行器，实 时监测和调整家庭设备的运行状态和环境参数。
步进电机
利用脉冲信号控制电机转子步 进旋转的原理，实现精确的角
度和位置控制。
伺服电机
利用伺服系统控制电机旋转角 度和速度的原理，实现高精度
和高动态性能的控制。
控制器类型与工作原理
《机电传动控制》讲义(8)
线圈（KM) 断电
触头（KM）打开
电机停转
启、保、停基本控制电路
主电路：
三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR 的热感应 元件到电动机三相定子绕组。
控制电路：
用两个控制按钮，控制接触器KM线图 的通、断电，从而控制电动机（M）启动 和停止。
起动过程分析：
合上QS，按动起动按钮SB1—>KM线圈 通电并自锁－>M通电工作。 KM自锁触点，是指与SB1并联的常开 辅助触点，其作用是当按钮SB1闭合后又 断开，KM的通电状态保持不变，称为通 电状态的自我锁定。 停止按钮SB2，用于切断KM线圈电流 并打开自锁电路，使主回路的电动机M定 子绕组断电停止工作。
SB3
FR
控制电路
M 3~ 控制关系 主电路 SB3：点动 SB2：连续运行
连续与点动控制
A B C SB1 QS FR FU KM KM SB3 SB2 KM
FR
控制电路
M 3~ 控制关系 主电路 SB3：点动 SB2：连续运行
连续与点动控制
A B C SB1 QS FR FU KM KM SB2 KM
电路图的绘制应做到布局合理、排列均匀、图面清 晰、便于看图。为此在布局时应注意以下几点：
表示导线、信号通路、连接线等的图线应采用直线，且
交叉和折弯要最少 可以水平布置，或者垂直布置，有时为了把相应的元件 连接成对称的布局，也可采用斜交叉线，如图所示。
电路或元件应按功能布置，并尽可能按其工作顺
机电传动控制
彭健
重庆工商大学机械与包装工程学院
2006－2007学年 第二学期
第二章 机电传动 断续控制
第三节 电气控制基本电路图
《机电传动控制》讲义(8)PPT课件
PM型电机的特点是励磁功 率小、效率高、造价便宜。
由于转子磁铁的磁化间距 受到限制，难于制造，故 步距角较大。
与VR型相比转矩大，但转 子惯量也较大。
制动力矩大。
混合型(HB型一Hybrid Type)。
❖ 这种电机转子上嵌有永久磁铁，故可以说是永磁型步进电机，但 从定子和转子的导磁体来看，又和可变磁阻型相似，所以是永磁 型和可变磁阻型相结合的一种形式。故称为混合型步进电机，其 结构如图3—12所示。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
步进电机脉冲环形分配方式
步进电机也可以制成四相、五相、六相或更多的相数， 以减小步距角并改善步进电机的性能。
一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦 选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
❖电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很 大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电 源、及驱动电压）。
❖力矩与功率换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一 般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：
电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁 绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场
由于转子磁铁的磁化间距 受到限制，难于制造，故 步距角较大。
与VR型相比转矩大，但转 子惯量也较大。
制动力矩大。
混合型(HB型一Hybrid Type)。
❖ 这种电机转子上嵌有永久磁铁，故可以说是永磁型步进电机，但 从定子和转子的导磁体来看，又和可变磁阻型相似，所以是永磁 型和可变磁阻型相结合的一种形式。故称为混合型步进电机，其 结构如图3—12所示。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
步进电机脉冲环形分配方式
步进电机也可以制成四相、五相、六相或更多的相数， 以减小步距角并改善步进电机的性能。
一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦 选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
❖电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很 大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电 源、及驱动电压）。
❖力矩与功率换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一 般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：
电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁 绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场
《机电传动控制教案》课件
04
机电传动控制系统的实现
控制系统的硬件实现
01
02
03
控制器选择
根据系统需求选择合适的 控制器，如PLC、单片机 、DSP等。
传感器与执行器
选择并安装适当的传感器 和执行器，确保系统能够 准确检测和响应。
电路设计与布线
根据系统架构进行电路设 计和布线，确保安全可靠 。
控制系统的软件实现
算法设计
光电传感器
利用光电效应检测物体的存在 和运动。
霍尔传感器
利用霍尔效应检测磁场变化。
超声波传感器
利用超声波检测物体的距离和 位置。
压力传感器
利用压力变化检测压力值。
执行器种类与工作原理
电磁阀
利用电磁力控制流体流动。
电动执行器
利用电机驱动执行器动作。
气动执行器
利用压缩气体驱动执行器动作。
液压执行器
利用液压系统驱动执行器动作。
控制系统设计的优化与改进
算法优化
根据实际运行情况，优化控制算法，提高系 统响应速度和稳定性。
硬件升级
根据技术发展，升级系统硬件，提高系统性 能和可靠性。
软件升级
定期更新软件版本，修复漏洞，增加新功能 ，提高软件性能和安全性。
系统维护与改进
定期对系统进行检查和维护，根据用户反馈 和实际需求进行改进和优化。
网络化
随着物联网技术的发展，机电传动 控制系统将逐渐实现网络化，能够 实现远程监控和远程控制等功能。
02
机电传动系统的组成与工作 原理
电机种类与工作原理
直流电机
利用磁场和电流在电机 内部产生转矩，实现电
能和机械能的转换。
交流电机
利用交流电在电机内部 产生旋转磁场，驱动电
《机电传动控制教案》PPT课件
28
29
8.2.3 生产机械中常用的自动控制方法
自动化生产工艺过程中，工作状态的转换要求自动进行。因此出现了各种 各样的自动控制方法。
❖ 利用电动机主电路的电流来控制 如：交流异步电动机或直流他励电动机中，机械力与负载大小往往与电流成 正比。所以，机床进刀量的控制，机床夹紧机构的夹紧程度等，都可根据 电流来控制。
33
顺序控制 （程序控制）
2.按时间的自动控制
根据反映时间长短的元件的动作来实现控制。 1）时间继电器KT：是一种触点能延时通或断的控制电器。可以实现 从0.05s~几十小时的延时
得电延时型：(延时吸合) 线圈得电后，开始延时 延时时间到，触头动作。
按延时 性质分
失电延时型： （延时释放） 线圈得电时，触头立即动作 线圈失电时，开始延时，延 时到则触头复位。
+
2SB
1SB KM
KM
防止电磁铁线圈过压和触头烧损的控制线路
-
+
KM YA
-
C
KM
R
YAΒιβλιοθήκη +CVD-
KM
R
+ KM YA - + KM
YA -
R
R
电磁离合器的控制线路
启动时，C、R、VD使27电流上升速度加快。 关断时，C对YA反向放电，加快消磁。
• 要求三台电动机按一定顺序工作，1M先启动，2M在1M启动后才能启动，3M在2M启动后 立即自动启动，2M能实现点动工作，停止时同时停止，设计主电路与控制电路。
欠电流继电器
19
2.交流异步电动机正、反转控制线路 实现正、反转的办法：更换电动机供电相序。
正转 KM1
总停
正转按钮
29
8.2.3 生产机械中常用的自动控制方法
自动化生产工艺过程中，工作状态的转换要求自动进行。因此出现了各种 各样的自动控制方法。
❖ 利用电动机主电路的电流来控制 如：交流异步电动机或直流他励电动机中，机械力与负载大小往往与电流成 正比。所以，机床进刀量的控制，机床夹紧机构的夹紧程度等，都可根据 电流来控制。
33
顺序控制 （程序控制）
2.按时间的自动控制
根据反映时间长短的元件的动作来实现控制。 1）时间继电器KT：是一种触点能延时通或断的控制电器。可以实现 从0.05s~几十小时的延时
得电延时型：(延时吸合) 线圈得电后，开始延时 延时时间到，触头动作。
按延时 性质分
失电延时型： （延时释放） 线圈得电时，触头立即动作 线圈失电时，开始延时，延 时到则触头复位。
+
2SB
1SB KM
KM
防止电磁铁线圈过压和触头烧损的控制线路
-
+
KM YA
-
C
KM
R
YAΒιβλιοθήκη +CVD-
KM
R
+ KM YA - + KM
YA -
R
R
电磁离合器的控制线路
启动时，C、R、VD使27电流上升速度加快。 关断时，C对YA反向放电，加快消磁。
• 要求三台电动机按一定顺序工作，1M先启动，2M在1M启动后才能启动，3M在2M启动后 立即自动启动，2M能实现点动工作，停止时同时停止，设计主电路与控制电路。
欠电流继电器
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2.交流异步电动机正、反转控制线路 实现正、反转的办法：更换电动机供电相序。
正转 KM1
总停
正转按钮
《机电传动控制》讲义.
《机电传动控制》讲义.第三节交流铁心线圈电路?3.1?电磁关系?图3‐1是交流铁心线圈电路，线圈的匝数为N，线圈电阻为，线圈电阻为R。
将交流铁心线圈的两端加交流电压u，在线圈中就产生交流励磁电流i在交变磁动势iN的在线圈中就产生交流励磁电流i，在交变磁动势iN的作用下产生交变的磁通。
绝大部分磁通通过铁心，称为主磁通作用下产生交变的磁通。
绝大部分磁通通过铁心，称为主磁通Φ，但还有很小一部分从附近的空气中通过，称为漏磁通，但还有很小一部分从附近的空气中通过，称为漏磁通Φσ。
iuee图3-1 交流铁心线圈电路这两种交变的磁通都将在线圈中产生感应电动势，即主磁电动势这两种交变的磁通都将在线圈中产生感应电动势，即主磁电动势e和漏磁电动势eσ，它们与磁通的参考方向之间符合右手螺旋法则，如图，它们与磁通的参考方向之间符合右手螺旋法则，如图3‐1所示。
根据基尔霍夫电压定律可得铁心线圈的电压平衡方程为所示。
根据基尔霍夫电压定律可得铁心线圈的电压平衡方程为?u=iR‐e‐eσ?用相量表示则可写成?用相量表示，则可写成 E-E-RIU由于线圈电阻上的压降iR和漏磁电动势eσ都很小，与主磁电动势都很小，与主磁电动势e比较均可忽略不计，故上式又可写为比较均可忽略不计，故上式又可写为E-U设主磁通Φ=Φmsinωt，由电磁感应定律，在规定的参考方向下有的参考方向下，有)90sin()90sin(2cos)sin(tEtfNtNdttdNdtdNemmmm??????????式中， Em=2πfNΦm是主磁通电动势的最大值，其有效值为是主磁通电动势的最大值，其有效值为mmmfNfNEE44. 4222用相量表示则为mfNjE?44. 4又由式可知，有效值又由式可知，有效值U≈E=4.44fNΦm E-U式中， U的单位为伏（V）， f的单位为赫兹（的单位为赫兹（Hz），Φm的单位为韦伯（Wb）。
?上式表明，在忽略线圈电阻及漏磁通的条件下，当线圈匝数上式表明，在忽略线圈电阻及漏磁通的条件下，当线圈匝数N、电源频率f及电源电压U一定时，主磁通的最大值一定时，主磁通的最大值Φm基本保持不变。
《机电传动控制》讲义(8)解析共90页
这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根