机电传动与控制
机电传动与控制教学大纲
机电传动与控制教学大纲机电传动与控制教学大纲机电传动与控制是一门涉及机械和电子两个领域的交叉学科，它研究的是如何通过机械装置和电子控制系统来实现物体的运动和控制。
在现代工业中，机电传动与控制技术的应用非常广泛，几乎涉及到了所有的生产制造过程。
因此，对于机电传动与控制的教学大纲的制定非常重要，它直接关系到学生的学习效果和未来的职业发展。
一、课程目标机电传动与控制教学大纲的第一个部分是课程目标的设定。
这个部分主要包括了对学生所需掌握的知识和技能的要求。
在机电传动与控制领域，学生需要掌握机械传动的原理和设计方法，了解各种传动装置的特点和应用场景。
同时，他们还需要学习电子控制系统的基本原理和设计方法，能够运用传感器和执行器来实现对机械系统的控制。
二、教学内容机电传动与控制教学大纲的第二个部分是教学内容的安排。
这个部分主要包括了各个知识点的详细介绍和学习方法的指导。
在机械传动方面，教学内容可以包括齿轮传动、带传动、链传动等各种传动方式的原理和设计方法。
在电子控制系统方面，教学内容可以包括传感器的原理和应用、执行器的原理和应用、控制系统的建模和设计等内容。
同时，还可以引入一些实际案例和项目，让学生通过实践来巩固所学知识。
三、教学方法机电传动与控制教学大纲的第三个部分是教学方法的选择。
这个部分主要包括了教学活动的安排和教学资源的利用。
在机电传动与控制领域，理论与实践相结合的教学方法非常重要。
教师可以通过讲授理论知识、演示实验和实践操作等方式来帮助学生理解和掌握知识。
同时，还可以利用计算机模拟软件和实验设备等教学资源，提供更多的学习机会和实践机会。
四、教学评价机电传动与控制教学大纲的第四个部分是教学评价的方法。
这个部分主要包括了对学生学习成果的评价和反馈。
在机电传动与控制领域，评价方法可以包括考试、作业、实验报告和项目评估等多种形式。
通过评价，可以及时发现学生的学习问题和困难，帮助他们进行针对性的辅导和指导。
同时，还可以通过评价来激发学生的学习兴趣和动力，提高他们的学习效果。
《机电传动及控制教学课件》
前馈控制原理
前馈控制原理是通过检测系统输入端的变化，提前对系统进行调节，以减小输出结果的变化。
前馈控制原理能够减少系统对干扰的敏感性，提高系统的响应速度和控制精度，但需要精确的检测和 计算，实现难度较大。
04
机电传动及控制的典型应 用
闭环控制系统
闭环控制系统包含反馈环节，能够对 输出结果进行检测，并将检测结果反 馈给输入端进行处理。
闭环控制系统能够自动调节输出结果 ，使其达到预期值，具有较好的抗干 扰能力和适应性，但结构较ห้องสมุดไป่ตู้杂，调 试和维护成本较高。
反馈控制原理
反馈控制原理是通过检测系统的输出结果，并将其与预期值 进行比较，根据比较结果调整输入信号，以达到控制输出的 目的。
根据传递方式，传动机构可分为齿轮 传动、带传动、链传动等类型。
合理的传动机构能够减小机械冲击， 提高系统稳定性。
执行机构
执行机构是实现机械能转换为实际工作效果的终端部件 。
执行机构的设计应注重精度、刚度和稳定性等方面的要 求。
执行机构的类型多样，如机械手、机器人、机床等，其 结构和功能取决于具体应用需求。
工业自动化
用于生产线上各种机械设备的驱动和控制，提高生产效率和产品质量 。
机器人技术
机器人的运动控制系统是机电传动及控制的重要应用领域，涉及机器 人的关节驱动、轨迹规划和控制等。
数控机床
数控机床的伺服系统是机电传动及控制的典型应用，用于实现高精度 和高效率的加工。
新能源与节能
风力发电、太阳能逆变器等新能源领域也广泛应用机电传动及控制技 术，实现能源的高效转换和利用。
实验要求
机电传动控制 说课
机 电 传 动 控 制
教学方法
介绍开环调速系统，通过课堂提问回顾以前学过的知识 由浅入深，从简单到复杂，层层推进 突出重点，针对重点及难点详细推导原理帮助学生理解 用对比的方法来授课，加深学生对知识点的掌握
12
第二 部分
第7章 直流电动机调速系统 第二部分
重点
机 电 传 动 控 制
几种常用反馈(转速负反馈、电压负反馈与电流正反馈、电 流截止负反馈)系统的工作原理，特点与作用； 有静差调速系统的与无静差调速系统的区别 单闭环调速系统与双闭环调速系统在性能上的区别
难点
①比例积分调节器(PI调节器)的调节作用； ②双闭环调速系统的动态分析
详细图解与推导转速负反馈调速系统，推导其基本原理 通过衍生与对比的方式来介绍电压负反馈，综合反馈调速系统，突出 各自优缺点
6
无静差直流调速系统
特点
利用比例积分放大器 基本原理与有静差调速系统有所区别 可以加电流截止负反馈
机 电 传 动 控 制
教学方法
黑板上详细推导与介绍比例积分放大器的原理及特性 通过与有静差调速系统的对比来突出无静差调速系统的基 本原理与特点 带电流截止负反馈的无静差调速系统在介绍时突出电流截 止负反馈的原理和作用
机 电 传 动 控 制
目录 ·第7章
第7章
3
直流电动机调速系统
电力半导体器件 可控整流电路 逆变与脉宽调制
机 电 传 动 控 制
7-1 7-2 7-3
第一 部分
7-4
7-5 7-6 7-7 7-8
电力半导体器件和装置的保护
单闭环直流调速系统 双闭环直流调速系统 晶闸管-电动机可逆调速系统 晶体管直流脉宽调速系统
机电传动第01~03章机电传动控制概述(江苏大学)
根据运动方程式可知，运动系统有两张不同 的运动状态：
1. 稳态（TM=TL时）
Td
Jd0,即d0
dt
dt
为常数，传动系统以恒速运动
2. 动态（TM≠TL时）
TMTL时 ， TdJd d t 0,即 d d t 0， 传 动 系 统 加 速 运 动 TMTL时 ， TdJd d t 0,即 d d t 0， 传 动 系 统 减 速 运 动
TL
a点： TM -TL =0
当负载由TL突然增加到T‘L时，由 于机械惯性，速度n和电动机的输
出转矩不能突变，此时有TMT‘L<0。由拖动系统的运动方程式 可知：系统要减速，即n要下降。
当n下降到n ‘ 时，系统在新的平
衡点a ‘
稳定运行，
T
‘
-
M
T‘L=0
当负载波动消除（ T‘L回到TL ）时，同样由于机械惯性，速 度n和电动机的输出转矩不能突变，此时有T‘M- TL>0。由拖 动系统的运动方程式可知：系统要加速，即n要上升。当n上
闭环控制：经典控制理 论、现代控制理论、自 适应控制、模糊控制、 智能控制
计算机控制技术和现场 总线技术
第二章：机电传动的动力学基础
学习要点：
❖ 机电传动系统的运动方程式； ❖ 多轴传动系统中转矩折算的基本原则和
方法； ❖ 了解几种典型生产机械的负载特性； ❖ 了解机电传动系统稳定运行的条件以及
TL Cn
直线型机械特性
十三、 恒功率型机械特性
如在车床加工过程中， 粗加工时，切削量大， 负载阻力大，开低速； 精加工时，切削量小， 负载阻力小，开高速。 但在不同转速下，切 削功率基本不变。即 呈现恒功率型机械特 性。
机电传动与控制
1、机电传动就是指以电动机为原动机驱动生产机械，实现生产机械的启动、停止及调速，完成各种生产工艺过程的要求，实现生产过程的自动化。
2、直流电机由定子和转子两大部分组成。
3、生产机械的机械特性指：同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系。
典型的机械特性有：恒转矩型、通风机型、直线型、恒功率型等。
4、他励直流电动机降压启动的方法有：降低电枢回路电压、逐级切除电阻。
5、他励直流电动机三种基本的电气调速方法为：电枢回路串接电阻、改变电枢电压、减弱磁通。
6、他励直流电动机制动运转状态可以分为能耗制动、反接制动、再生发电制动三种形式。
7、三相异步电动机的转子有鼠笼式和绕线式两种。
8、鼠笼式三相异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动两种。
9、三相异步电动机的调速方法有调压调速和转子电路串接电阻调速、改变极对数调速、变频调速。
10、三相异步电动机的制动方式有：能耗制动、反接制动、反馈制动三种形式。
11、步进电动机转过的角度和转速分别与输入脉冲的数量和频率成正比。
12、一台三相反应式步进电机的齿数为40，采用三相单三拍的通电方式运行时，脉冲频率f=600Hz，其步距角的大小为3O、转子转速为300 r/min。
13、直流电动机的机械特性曲线斜率越大，其机械特性越软。
14、生产机械对自动调速系统的静态技术指标有调速范围、静差率和调速的平滑性；动态技术指标有：最大超调量、过渡过程时间、振荡次数。
15、机床控制线路常用的控制电器有开关、按钮、熔断器、接触器、继电器等。
16、常用的电力电子器件有：二极管、晶闸管。
17、变频调速系统中，基频以上属于恒压弱磁调速，基频以下属于变压变频调速。
二选择题1 他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（ C）A 串电阻的人为特性；B 降压的人为特性；C 弱磁的人为特性。
2 直流电动机采用降压电源电压的方法启动，其目的是：（ B ）A 为了使启动过程平稳；B为了减小启动电流；C为了减小启动转矩。
机电传动与控制
习题及答案一、填空题1.多轴拖动系统折算为单轴系统时，转矩折算依据折算前后功率不变的原则，转动惯量和飞轮转矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则进行折算。
2.生产机械的典型机械特性可以归纳为以下几种：恒转矩型、恒功率型、离心式通风机型和直线型。
3.要有效地缩短机电传动系统过渡过程的时间，应设法减小转动惯量和提高动态转矩。
4.机电传动系统中，低速轴的转矩大，高速轴的转矩小。
5.生产机械对电动机调速系统提出的主要静态技术指标有调速范围、静差度、和平滑性。
6.直流电动机通过改变电源的正负极性来改变旋转方向，交流电动机通过改变定子三相交流电的通电相序来改变旋转方向。
7.直流电动机常用的调速方法有改变电枢电压U 、改变电枢电路外串电阻Rad 和改变电动机主磁通 。
8. 三异步电动机主要由定子和转子构成。
定子又称磁极，转子又称电枢。
9.一台三相异步电动机接入50Hz三相对称电源，额定运行时S=0.04，则此时转子感应电流的频率为 2 Hz。
10.三相交流异步电动机按照转子的结构可分为绕线式异步电动机和鼠笼式式异步电动机。
11.三相鼠笼式异步电动机的制动方法有回馈制动、反接制动和能耗制动三种。
12.单相异步电动机无自启动能力，常采用电容分相法和罩极法进行启动。
13.测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，它的输出电压与转速成正比。
14.同步电动机常采用异步启动法进行启动。
15.晶闸管的导通条件是阳极加正向电压与控制极加正向电压，晶闸管由导通转变为阻断的条件是阳极正向电压降低到一定值（或断开或反向）。
16.变频调速系统可以分为交交变频调速与交直交变频调速两大类。
二、判断题1.要加快机电传动系统的过渡过程，应设法减小飞轮惯量和加大动态转矩。
（√）2.位能性恒转矩是一种转矩方向随转速方向的改变而改变的转矩。
（X ）3.无论直流电机作电动机使用还是作发电机使用，转矩T和电动势E所起的作用是一样的。
（X ）4.位能性恒转矩是一种转矩大小和方向都不改变的转矩。
机电传动与控制整理
第一章Ｅａ=Kｅφn E a=U N-I a－Rａ Eａ——电动势 n——电枢转速I f=U N/R f Iａ=I N-I fＴM＝K mφＩa TＭ——电磁转矩 I a——电枢电流T N=9.５5P N/n N T N ——额定转矩Ｕ=Ｅa＋I a Rａ (电压平衡方程） K eφN=(U N-IＮR a)／nＮＫＭφN=９．5５K eφＮＵa＝E a＋I aＲa=I a(Ｒa+R d)ＴM-TＬ＝Jｄω／dｔ1-10 答：(ａ）稳定T M＞TＬ,输出大于负载始终趋于平衡。
（ｂ)稳定(ｃ)稳定（d）不稳定 dＴ／dｎ小于等于0 dTＭ/d n-dＴL/d n＞0，TＭ<T L 输出小于负载始终趋于不平衡。
1—17 有一台Z2-6１型并励直流电动机,其电气性能数据为：ＰＮ=１7kW，UＮ=2２0V，I N=88.９A,n N=300０r/mｉn,电枢回路总电阻（1）额定负载时，电枢电势为多少?（2）固有特性方程式;（3）设轴上负载转矩为０．9ＴＮ时，电动机在固有机械特性上的转速。
解：(1)I f=U N/Rｆ=２2０Ｖ/18１.５Ω≈1.21AIa=IＮ-If=８8.9-1．2１=87.６９ＡＥa＝U N-I a.R a=２20－8７．69×０．087＝21２.９7Ｖ(２）固有特性R a=０.5(ＵN IＮ-P N×１03）/IＮ２=0．5（２２0×8８.9-１7×10３）/8８.92 ≈0.29ΩＣｅφN=（ＵN-ＩＮR a)/n N=（2２0－８8.９×0.２9)/3000≈0.065n0=U N/ＣeφN＝220/0.06５≈3385r/minT N＝9.５5P N/n N=9.５５×17×1０3／3０00=5４Ｎ.m (3）n=９.5５PＮ/T N=9.５５×１7×１0３/5４×０.9=3３40r/ｍin1—１９有一台塔里直流电动机，P N=1.７kＷ,U N=11０V,I N=2０.1A，n N＝１450/min。
机电传动与控制
交流电动机的常用电气制动方法有能耗制动和电源反接制动两种。
晶闸管的三个极分别叫阳极，阴极和控制极。
可编程序控制器一般采用对用户程序循环扫描的工作方式，工作时分读入现场数据、执行用户程序和刷新输出阶段三个阶段。
晶闸管的触发电路主要由同步电路、移相电路、脉冲形成电路和功率放大电路几部分子电路构成。
直流电动机调速系统，若想采用恒功率调速，则可改变Φ ，若想采用恒转矩调速，则可改变U 。
机电传动系统的发展经历了成组拖动、单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。
生产机械的机械特性指电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系。
直流电动机的结构包括定子和转子两部分。
直流发电机按励磁方法来分类，分为他励、并励、串励和复励四种。
直流他励电动机的制动状态分为反馈制动、反接制动和能耗制动三种形式。
三相鼠笼式异步电动机的启动方式有全压启动和降压启动。
电气控制系统中常设的保护环节是短路保护、过电流保护、长期过载保护、零电压与欠电压保护和弱励磁保护。
晶闸管的导通条件是阳极加正向电压与控制极加正向电压。
交流异步电动机常用的调速方法有调压、改变极对数、变频。
异步电动机，运行在正向电动状态，现采用电源反接制动停车，则应把电动机三相电源的相序改变，当转速接近零时，应将电源切断。
伺服电动机是将电信号转换成轴上的转角或转速信号的控制电机。
可编程控制器硬件的核心部分是中央处理单元，存储器用来存放程序和数据，它分为系统程序存储器和用户程序存储器两大部分。
生产机械的典型机械特性恒转矩、离心通风机、直线和恒功率等几种。
实现多地点控制一台电动机启动停止时，应把启动按钮并联连接，停止按钮串联连接。
电动机所产生的转矩在任何情况下，总是由轴上的负载转矩和动态转矩之和所平衡。
机电传动系统中如果T M<T L，电动机旋转方向与TM相同，转速将产生的变化是减速。
起重机吊一个重物升降时，负载的机械特性是位能型恒转矩。
励磁绕组是属于直流电动机的定子部分。
位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关。
机电传动控制习题集及解答
机电传动控制习题解答机械工程学院郝昕玉习题集及解答第1章概述1-1什么是机电传动控制机电传动与控制的发展各经历了哪些阶段答：从广义上讲，机电传动控制就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；具体地讲，就是以电动机为原动机驱动生产机械，将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止及调速，满足各种生产工艺过程的要求，实现生产过程的自动化。
因此，机电传动控制，既包含了拖动生产机械的电动机，又包含了控制电动机的一整套控制系统。
例如，一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米，重型镗床为保证加工精度和控制粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求在很宽的范围内调速；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒钟时间内就得完成从正转到反转的过程，即要求能迅速地启动、制动和反转；对于电梯和提升机则要求启动和制动平稳、并能准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机以及造纸机的各机架或分部，则要求各机架或各分部的转速保持一定的比例关系进行协调运转；为了提高效率，由数台或数十台设备组成的生产自动线，要求统一控制和管理。
诸如此类的要求.都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。
它主要经历了四个阶段：最早的机电传动控制系统出现在20世纪韧，它仅借助于简单的接触器与继电器等控制电器，实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制，它的控制速度慢，控制精度差，30年代出现了电机放大机控制，它使控制系统从断续控制发展到连续控制，连续控制系统可随时检查控制对象的工作状态，并根据输出且与给定量的偏差对控制对象进行自动调整，它的快速性及控制精度都大大超过了最初的断续控制，并简化了控制系统，减少了电路中的触点，提高了可靠性，使生产效率大力提高；40年代～50年代出现了磁放大器控制和大功率可控水银整流器控制；可时隔不久，于50年代末期出现了大功率固体可控整流元件——晶闸管，很快晶闸管控制就取代了水银整流器控制，后又出现了功率晶体管控制，由于晶体管、晶闸管具有效率高、控制特性好、反应快、寿命长、可靠性高、维护容易、体积小、重量轻等优点，它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元；随着数控技术的发展，计算机的应用特别是微型计算机的出现和应用，又使控制系统发展到一个新阶段——采样控制，它也是一种断续控制，但是和最初的断续控制不同，它的控制间隔(采样周期)比控制对象的变化周期短得多，因此，在客观上完全等效于连续控制，它把晶闸管技术与微电子技术、计算机技术紧密地结合在一起，使晶体管与晶闸管控制具有强大的生命力。
‘机电传动与控制’课件
机电传动控制
Lecture 1 继电器－接触器控制系统
对于单相交流电磁机构，由于磁通是交变的，当磁通过零时吸力也为零， 吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开。磁通过零后吸力增大，当 吸力大于反力时，衔铁又吸合。由于交流电源频率的变化，每个周期两 次过零，衔铁的吸力也随之两次过零，衔铁会产生强烈的振动与噪声， 甚至使铁芯松散。因此交流接触器铁芯端面上都安装一个铜制的分磁环 （或称短路环），使铁芯通过两个在时间上不相同的磁通。
机电传动控制
Lecture 1 继电器－接触器控制系统
Lecture 2 直（交）流电机工作原理及特性
Lecture 3 机电传动速度连续控制
Lecture 4 步进电机
Lecture 5 机电传动伺服系统
机电传动控制
Lecture 1 继电器－接触器控制系统
生产机械的运动需要电动机的拖动，即电动机是拖动生产机械 的主体。但电动机的启动、调速、正反转、制动等的控制，则 需要另一套装臵，即控制系统
等）。 按动作原理分类 电磁式电器——根据电磁铁的原理工作的（接触器、继电器
等）。 非电磁式电器——依靠外力（人力或机械力）或某种非电量的
变化而动作的电器（行程开关、按钮、速度继电器、热继电器 机电传动断续控制系统中常用低压电器：执行电器、检测电器、 等）。 控制电器、保护电器。
机电传动控制
Lecture 1 继电器－接触器控制系统
映各种信号的继电器和其他完成各种不同任务的控制电器。
机电传动控制
Lecture 1 继电器－接触器控制系统
接触器控制电路的工作原理 接触器是在外界输入信号控制下自动接通或断开带有负载的主
电路（如电动机）的自动控制电器，它是利用电磁力来使开关
第一章 机电传动与控制
机电一体化系统或产品和人体功能要素
内脏
五官
头脑
动力
手足
传感器
计算机
执行 机构
骨胳
人体五大要素
A
机械 结构
机电一体化五大要素 14 05.07.2020
3.机电一体化产品的分类:
(1)以发展水平分类:
A.功能附加型初级产品 B.功能代替型中级产品 C.机电融合型高级产品
(2)以应用范围分类:
A.日常生活机电产品.亦称民用产品
2.基本结构要素
一个完善的机电一体化系统，应包括五大基本要素：
（1）。机械本体
系统所有功能元素 的机械支持结构，包括机
身框架，机械连接等。材料，工艺，性能和水平的提高。
适应产品的高效，多功能，可靠，结构上，小型，轻量
和美观等要求。
（2）。能源部分
为系统提供能量和动力，使系统正常运行。常用
主要能源：电源，气压源和液压源等
A
10 05.07.2020
（3）。测试传感部分
对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数 及状态进行检测，变成可识别的信号。传输到信息处理 单元。经过分析和处理后，产生相应的控制信息。
（4）。驱动机构执行机构
提供动力，驱动各种执行机构，来完成各种动作 和功能。 要求：高效率，快速响应特性。对外部适应性和可靠性。
根据系统功能的目标和优化组织结构的目标，合理配置 机械本体，执行机构，动力驱动装置，传感测试元件，微电 子信息传输和处理单元等硬件元素。并在
8
A
05.07.2020
软件程控和微电子电路的逻辑，有目的信息流向导引下， 相互协调，有机融合和集成。形成物质，能量和信息 的有序规则运动。在高功能，高质量，高可靠性，低 能耗的意义上，实现特定功能价值的系统工程技术。
机电传动与控制(华中科技大学第四版)
1．发电机原理 ： 将机械能转换为电能 。 直流发电机工作原理 ． 发电机原理：将机械能转换为电能。 如图所示： 图如图所示：c3-1.swf 作为发电机运行时： 作为发电机运行时：导体在磁场内 作切割磁力线运动， 作切割磁力线运动，导体中便感应出电 动势。 动势。
E = Keφ n
(3.1)
2．电动机原理：将电能转换为机械能。直流电动机工作原理图 ．电动机原理：将电能转换为机械能。 如图所示： 如图所示： C3-2.swf 作为电动机运行时： 作为电动机运行时：带电导体在磁 场中要受到电磁力（ 的作用。 场中要受到电磁力（矩）的作用。
T = Ktφ Ia
(3.2)
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。 直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的。 发电机的电磁转矩是阻转矩， 发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或原动机的 是阻转矩 驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩T1必须 驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时，原动机的转矩 与发电机的电磁转矩T 及空载损耗转矩T 相平衡。 与发电机的电磁转矩 M及空载损耗转矩 0相平衡。 电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此，电动机 电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 是驱动转矩 的电磁转矩T 必须与机械负载转矩T 及空载损耗转矩T 相平衡。 的电磁转矩 M必须与机械负载转矩 L及空载损耗转矩 0相平衡。
四、直流电动机的分类 直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为四类： 直流电动机按定子励磁绕组的励磁方式不同可分为四类： 1．他励电动机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的 ．他励电动机：励磁绕组由外加电源单独供电， 大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。如图（ ）所示。 大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。如图（a）所示。t35-1.swf
机电传动与控制课程标准
《机电传动与控制》课程标准一、课程概述（一）课程的性质与定位《机电传动与控制》课程是数控设备应用与维护专业的核心课程之一，全面系统地介绍了数控机床常用电机的类型和电机的传动与控制原理以及方法，通过本课程的学习，使学生理解并掌握数控机床电机传动和控制原理，初步具备数控机床伺服系统故障的分析和诊断能力，数控机床主轴和进给传动系统故障的分析和诊断能力，为数控机床故障诊断与维修奠定必需的理论基础。
（二）与相关课程的关系1.先修课程学习本课程前应具备一定的《电工电子技术基础》等基本知识，做过电工基本操作等实训。
它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科，为后续课程准备必要的基础知识，又可以作为一门独立的基础应用课，直接为工农业生产服务。
电机与拖动课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为后续电力拖动自动控制系统等专业课打下坚实基础，为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。
2.后续课程学习《机电传动与控制》是为了掌握各种电机的工作原理及应用方法，为以后数控设备的应用与维护打下基础。
后续课程可安排《数控机床电气与PLC》、《变频器原理与应用》、《数控机床故障诊断与维修》等课程。
（三）课程改革的理念由于现在社会自动化的程度越来越高，各类电机的应用日益广泛，该课程可实现一体化教学，加强实训。
同时在上《检测技术》、《数控机床电气与PLC》、《变频器原理及应用》、《数控机床故障诊断与维修》等相关课程时，把有关电机控制的实训项目加进去。
同时到工厂车间和参观和实习，了解各类电机的控制及应用。
（四）课程设计的思路课程设计的总体思路是使学生掌握了解各类电机的工作原理及应用。
先使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，然后结合相应的实训，更加深入的掌握各种电机的启动、制动、正反转以及调速的特点。
二、课程目标（一）知识目标（1）掌握各类电机的工作原理；（2）掌握各类电机的启动、制动、正反转控制的方法；（3）理解各类电机的调速方法及特点；（4）了解各类电机的应用特点。
机电传动与控制
1机电传动控制的目的：将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程正常进行。
2机电系统的一般组成：电气控制系统、电力拖动或电机传动、机械运动部件3机电传动与控制的发展情况：单就机电传动而言经历了：成组拖动、单电动机拖动、多电动机拖动控制系统经历了：接触器与继电器等控制电器、电动机放大控制、晶闸管、数控技术和计算机应用4稳态时电动机产生扭矩的大小仅由电动机所带的负载决定。
5负载分类：1恒转矩型负载特性：负载转矩为常量（反抗性恒转矩负载：方向恒与运动方向相反；位能性恒转矩负载）2离心式通风机性负载特性3直线型负载特性4恒功率型负载特性：负载转矩T L与转速n成反比6机电传动系统稳定条件:1系统能以一定速度均匀运转2系统受到外部干扰作用而使运动速度稍有变化时，应保证系统在干扰消除后能恢复到原来的运行速度7 三相异步电动机启动特性：1有足够大的启动转矩；2在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好3要求启动时平滑加速，以减小对生产机械的冲击4启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便5启动过程中的功率损耗越小越好8直流电动机为什么不能直接启动：启动电流过大可能烧坏整流子，引起绕组的损坏，产生与启动电流成正比的启动转矩，使机械传动部件损坏。
过大的启动电流将是保护装置动作，从而切断电源，使得生产机械停止工作，或者引起电网压降，影响其他负载的正常运行9限制直流电动机的启动电流：1降压启动2在电枢回路内串接外加电阻启动10他励直流电动机的调速：1改变电枢电路串接电阻（减小电流启动，机械特性较软，电阻越大特性越软，稳定性越低，空载或轻载时，调速范围不大，实现无级调速困难，在电阻上耗费大量电量）2改变电动机电枢供电电压（输出转矩不变，恒转矩调速，当电压连续变化时转速可以平滑无级调速，机械特性硬度不变，调速范围大）3改变电动机主磁通（恒功率调速，可以平滑无级调速，调速特性较软，调速范围不大）11电动状态是电动机最基本的工作状态，其特点是电动机的输出转矩T的方向与转速n的方向相同电动机制动状态：电动机的输出转矩T与转速n方向相反12电动机制动状态形式：反馈制动、反接制动、能耗制动（要求不高的场合）13步进电动机的主要特性：1矩角特性2启动惯频特性3运行频率特性4矩频特性5精度14电器按用途分类：1控制电器（控制电动机的启动、反转、调速、制动等动作）2保护电器（保护电动机，使其安全运行，或者人保护生产机械使其不被损坏）3执行电器（操纵、带动生产机械，支撑与保持机械装置在固定位置上）4配电器（用于电能的输送与分配）15调速系统主要有直流调速系统和交流调速系统16一台他励直流电动机的负载转矩为常数，当电枢电压附加电阻变化时能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？T=K tψIa U=E+I a R a当电枢电压或电枢附加电阻改变时，电枢电流大小不变。
机电传动与控制(华中科技大学第四版)
特点：机械特性软；稳定度低； 特点：机械特性软；稳定度低； 在空载或轻载时，调速范围小； 在空载或轻载时，调速范围小； 实现无极调速困难；在调速电阻 实现无极调速困难； 上消耗大量电能。 上消耗大量电能。 应用：起重机、卷扬机等低速运 应用：起重机、 转时间短的传动系统中使用。 转时间短的传动系统中使用。
3.6 直流他励电动机的制动特性
反接制动 电枢电压或电枢电势中的任一个在外 部条件下改变了方向，电机处于反接制动状态。 部条件下改变了方向，电机处于反接制动状态。 反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动 反接制动分为电源反接制动和 分为电源反接制动 电源反接制动:改变电枢电压的方向所产生的反接 电源反接制动: 制动 倒拉反接制动：改变电枢电动势的方向所产生的反 倒拉反接制动： 接制动
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3.5 直流他励电动机的调速特性 2. 改变 U时的调速特性
U Ra n= − T = n0 − ∆n 2 KeφN KeKtφN 特点： 特点： 1) 当电压连续变化时，转速可以平滑 当电压连续变化时， 无级调节； 无级调节； 2) 机械特性硬度不变，调速的稳定度 机械特性硬度不变， 较高，调速范围较宽； 较高，调速范围较宽；
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机电传动与控制
§ 3.5直流他励电动机的调速特性 3.5直流他励电动机的调 速度调节：在一定的负载条件 速度调节： 下，人为地改变电动机的电路 参数，以改变电动机的稳定转 参数， 速的过程。 速的过程。 速度变化：由于负载的变化而 速度变化： 引起的电动机的速度的改变。 引起的电动机的速度的改变。
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3.6 直流他励电动机的制动特性 1）电源反接制动
正常工作 时： U = E + I（ a + Rad） a R
机电传动与控制
机电传动与控制.第2版
机电传动与控制，意在探索技术的新可能，为未来的发展打下坚实的基础。
本书旨在帮助读者深入了解机电传动与控制的基本原理，提高应用知识和技能，为进一步的学习打下基础。
机电传动与控制(第2版)是一本有关最新机电传动技术和控制系统的学习指南。
本书旨在提供一个系统性的全面解释，了解机电传动技术和控制系统，帮助学生加强和更新其机电传动技术与控制方面的知识。
本书涵盖了以下核心内容：
一、机电传动技术：
1、液压和气动传动原理
2、电动机的基本原理
3、减速机的基本原理
4、磨损机械部件的基本原理
5、V型带传动和皮带传动
6、齿轮传动的基本原理
7、摩擦联轴器的基本原理
二、机电控制系统：
1、模拟控制系统的基本原理
2、数字控制系统的基本原理
3、现代控制系统的优点
4、状态反馈与点到点控制
5、控制器的基本原理
6、软件开发流程
7、自动化编程技术
此外，本书还对最新的技术进行了介绍，比如智能电机控制、数字信号处理、以及网络技术等，有助于学生了解最新的技术成果，为其未来的发展打下基础。
机电传动与控制这本书中的内容都是由专业的教授和相关行业的专家出版的，其分析的深入而准确，语言浅显易懂，使学生更容易理解，
笔者相信机电传动与控制(第2版)这本书可以成为学习机电传动技术和控制系统的绝佳的引导手册。
机电传动与控制
机电传动与控制.第2版
机电传动与控制 - 迈向高效智能控制的新境界
机电传动与控制（第2版）是一本全面分析机电传动和控制的重要专业参考书。
本书深入浅出，详细介绍了机电传动与控制的基本原理、设计方法和研究进展，阐明了机电传动与控制系统的关键技术，并给
出设计与应用实例。
本书主要内容包括：
1. 电动机与控制器：介绍机电传动系统中要采用的电动机和控制器，
包括交流电机、直流电机、步进电机、同步电机和伺服电机等，以及
用于控制的放大器、传动系统的延时级等装置。
2. 传动控制：介绍传动控制的基本原理、方法和类型，以及如何控制
传动系统的运动，包括传动系统仿真、建模和设计。
3. 模块化控制：介绍机电传动系统模块化控制的基本原理和技术，提
出基于模块的控制系统的设计思想。
4. 数字控制：讲解数字控制的原理、技术和技术发展方向，以及常用
的数字控制系统的设计。
5. 智能控制：介绍机电传动系统的智能控制的基本原理和技术，以及关联的智能上层控制，以及各种混合控制。
6. 传动系统研究进展：总结机电传动系统研究的基本理论及其应用，讨论最新的机电传动系统设计方法以及技术发展动态。
本书可作为工程师学习机电传动与控制的专业参考书，也可供高等院校的机械类、电气类专业用来作为新兴学科的教学课本。
希望这本机电传动与控制（第2版）有助于我们深入探索机电传动系统研究，走上现代化，实现机电系统更快更高效地实现改进。
机电传动与控制
机电传动与控制三、填空题1、发电机是将 CREO_LESS_RESTRICTIVE_NAMES 转化成电能的机械设备。
2、确定了各电器设备在机械设备和电器控制柜中的实际安装位置。
3、反映了电⽓设备之间实际接线情况。
4、是利⽤表⾯摩擦或电磁感应来传递两个转动体间转矩的执⾏电器。
5、在三相异步电动机中其磁场是由定⼦绕组内三相电流所产⽣的合成磁场，且磁场是以电动机转轴为中⼼在空间旋转，称为磁场。
6、⼀般将电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系称为⽣产机械的。
7、⽣产机械⼀般都是由机械部分与组成。
8、原理图反映了电⽓控制线路的⼯作原理和各元器件的作⽤及相互关系。
9、电⽓控制原理图中各电器的触点应按照没有或施加外⼒状态绘出。
10、⼜称保险丝，在低压配电电路中主要作为短路或严重过载保护。
1-10题答案：1. 熔断器2. 通电3. 电⽓4. 电⽓部分5. 机械特性6. 旋转7. 电磁离合器8. 电设备接线图9.电⽓设备安装图 10. 机械11、交流电动机分为和同步电动机。
12、⿏笼式异步电动机的启动⽅式有和降压启动。
13、继电器是根据电压信号动作的。
14、机电传动系统的是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为零。
15、实质上是改变异步电动机定⼦绕组中的三相电源相序，产⽣与转⼦转动⽅向相反的转矩，来进⾏制动。
16、伺服电动机分为直流伺服电动机和。
17、制动是在三相异步电动机切除三相电源的同时，把定⼦绕组接通直流电源，在转速为零时再切除直流电源。
18、接触器也有两种状态，即和常闭状态。
19、三相异步电动机定⼦绕组有和三⾓形两种接法。
20、电动机若长期过载运⾏，电动机绕组温升超过其允许值，电动机的绝缘材料会变脆，进⽽导致电动机损坏。
常⽤的过载保护元件是继电器。
11-20题答案：11. 异步电动机 12. 直接启动 13. 电压 14. 静态 15. 反接制动16. 交流伺服电动机 17. 能耗 18. 常开状态 19. 星形 20. 热21、⼑开关按级数分为级、双极和三级⼏种。
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机械传动控制考试题型客观题（填空 10*3 、选择10*2’）主观题（简答 3*5 、控制电路分析 3*5 、电路设计2*10）一、概念填空、选择判断、简答1生产机械的负载特性大致可分为哪几种类型？掌握其特性曲线的特点。
（1）恒转矩型负载特性：特点是负载转矩为常量，依照负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗性恒转矩负载（方向恒与运动方向相反）和位能性恒转矩负载（方向恒定，与运动方向无关）。
属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切削机床等。
（2）离心式通风机型负载特性：这一类型的负载时按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等的负载转矩TL 与n的二次方成正比TL=Cn2，C为常数。
如图2.5所示（3）直线型负载特性：直线型负载的负载转矩TL随n的增加而成正比地增大，即TL=C*n，C为常数。
如图2.6所示。
（4）恒功率型负载特性：恒功率型负载的负载转矩TL 与转速n成反比，即TL=K/n，或K=TLn∝P（P为常量）。
例如车床加工、在粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；在精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。
当选择这样的加工方式时，不同的转速下，切削功率其余不变。
2直流他励电动机直接启动特点是？直流发电机通常按励磁方法分类。
（1） （2）直流发电机通常按励磁方法来分类，分为他励、并励、串励和复励发电机。
①他励直流发电机：励磁回路的电流由外电源供给，与电枢回路没有电的联系。
②并励直流发电机：励磁回路与电枢回路是并联的，励磁回路两端的电压相等。
③串励直流发电机：励磁电流与电枢回路是串联的，励磁回路与电枢回路的电流相等。
④复励直流发电机：主极有两个励磁绕组，其一与电枢绕组并联，另一个和电枢绕组串联。
3 异步交流电动机直接启动特点是？交流发电机分类、转速、转动方向等问题（1）a 、定子电流大，I st =（5~7）I n 。
异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应到很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的定子电流。
b、启动转矩较小，Tst =（0.8~1.5）TN。
启动时s=1，转子功率因素cosφ2很低，因而启动转矩Tst =KtΦI2stcosφ2st却不大。
（2）交流发电机从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机。
转速问题n＝60f/pS＝n0－n/n异步电动机在额定负载时，n接近于n，转差率S很小，一般为0.015~0.060 4一般直流电动机采用什么方式启动？启动要注意的点直流电动机不允许直接启动，即在启动时必须设法限制电枢电流。
限制直流电动机的启动电流，一般有以下两种方法：（1）降压启动，在启动瞬间，降低供电电压。
随着转速n的升高，反电动势E 增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的转速。
（2）在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电流将受到外加启动电阻Rst的限制。
随着电动机转速n的升高，反电动势E增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。
5一般交流电动机会采用什么方式启动？启动要注意的点<1>笼型异步电动机交流电动机的启动电流大（一般约为额定电流的5~7倍），启动转矩小。
大的启动电流（由于启动时间短）对电机本身来说，尚不至于引起电机温度的显著提髙（频繁启动除外），但却会引起电网电压的显著降低，因而影响接在同一母线上的其他用电设备的正常运行。
所以对交流电动机的启动，必须根据电容的容量、电动机的启动电流的大小及负载大小等情况做综合考虑后选择合适的启动方法。
交流电动机的常用启动方式：直接启动，星形-三角形启动，自耦变压器降压启动，软启动，变频器启动。
1.1、全压直接启动。
全压启动是最常用的启动方式，也称为直接启动。
它是将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下启动，具有启动转矩大、启动时间短的特点，也是最简单、最经济和最可靠的启动方式.1.2、星三角Y-△启动。
对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在启动时将定子绕组接成星形，待启动完毕后再接成三角形，就可以降低启动电流，减轻它对电网的冲击。
这样的启动方式称为星三角减压启动，或简称为星三角启动（Y—△启动）。
适用于无载或者轻载启动的场合。
并且与其它减压启动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。
除此之外，星三角启动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。
此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提髙，并使之节约了电力消耗。
1.3、自耦变压器降压启动。
自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。
待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。
采用自耦变压器降启动时，与直接启动相比较，启动电压降低得很多（为额定电压1/4~1/7),而启动转矩降低得更多；且自耦变压器不允许频繁启动，因而限制了它的广泛使用。
1.4、软启动。
软启动器是一种集电机软起、软启动停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装罝。
利用软启动器串接于电源与被控电机之间来启动电机时，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结朿，赋予电机全电压，即为软启动。
软启动时电压由零慢慢提升到额定电压，这样在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。
可根据需要调节启动电流的大小。
电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。
待电机达到额定转速时，启动过程结朿，软启动器自动用旁路接触取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提髙其工作效率，又使电网避免了谐波污染。
1.5、变频启动。
变频器亦叫电动机变频调速器.是一种静止的频率变换器.它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电变成可调频率的交流电.供普通的交流异步电动机作电源用，其最主要的特点是具有髙效率的驱动性能和良好的控制特性，应用变频器也可以节约大量电能。
<2>绕线异步电动机的启动方法、a、逐级切除启动电阻法b、频敏变阻器启动法6一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的百分之几？一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的±10％7常用的三相异步电动机的调速方法、制动方式有哪些方式，各有何特点。
固有机械特性？人为？所以，调速有三种方法制动方式有：（1）反馈制动；由于某种原因异步电动机的运行速度高于它的同步速度，即n>n，S=(n0-n)/n0<0，异步电动机就进入发电状态。
反馈制动时，电机从轴上吸取功率后，一部分转换为转子铜耗，大部分则通过空气隙进入定子，并在供给定子铜耗和铁耗后，反馈给电网。
反馈制动的机械特性是电动状态机械特性是第一象限向第二象限的延伸或第三象限向第四象限的延伸，如图所示。
(1)负载转矩为位能性转矩的起重机械在下放重物时的反馈制动运行状态。
（2）电动机在变极调速或变频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转速n突然降低时的反馈制动运行状态。
（2）反接制动电源反接：改变电枢电压U的方向所产生的反接制动成为电源反接制动。
串接电阻的原因：防止过大的电流，另一方面，使制动转矩增大。
如果正常运行时异步电动机三相电源的相序突然改变，即电源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动机状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2，如图所示笼式电动机应在定子电路中串接电阻；线绕式电动机则应在转子电路中串接电阻，这时的人为机械特性如图 4.38的曲线3所示，制动时工作点由a点转换到d点，然后沿特性3减速，至n = 0（e点），切断电源。
倒拉反接制动:改变电枢电动势E的方向而产生的反接制动成为倒拉反接制动。
场能：倒拉反接制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩的时候。
制动缺点：电阻上消耗的能量大、准确停车困难、若要下降重物，如果电阻值选得不当，将仍保持以前的上升趋势。
（3）能耗制动；是在电动机定子绕组断电后，将直流电通入电动机定子绕组，使之产生静止的磁场，用来克服运行转动惯性，达到停止的目的。
能耗制动可与时间继电器配合，在电动机速度为零时，及时切断能耗制动电源。
异步电动机能耗制动的原理线路图一般如图所示。
8PLC的分类、特点、组成。
(一)PLC的分类按输入输出I/O点数分小型PLC：入出总点数 256中型PLC：入出总点数256~2048大型PLC：入出总点数>2048按结构类型分：整体式和模块式（积木式）按功能分：低档机、中档机和高档机（二）PLC的特点1.可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境2.编程简单易学3.应用灵活方便4.通用性强5.具有完善的监视和诊断功能6.体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高（三）PLC的组成、（1）中央控制单元（cpu）（2）存储器（系统程序存储器、用户程序存储器、变量（数据）存储器）（3）输入/输出（I/O）电路（输入电路、输出电路）（4）电源部件（5）编程器9接触器的功能特点、用途；选择时主要依据哪些参数？（1）接触器用来接通或切断带有负载的主电路或大容量控制电路的自动切换电器。
在电力机车上用于频繁地接通或切断正常工作情况的主电路和辅助电路。
它的特点是:（a）动作次数频繁，每小时开闭次数可达150～1500次；（b）能通、断较大电流。
一般情况只开断正常额定电流，而不能开断短路或故障电流；（c）．可以实现一定距离的控制。
（2）额定电压、额定电流、常开主辅触头个数、额定操作频率等(a)额定电压.接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压如某负载是380V的三相感应电动机，则应选380V的交流接触器。
（b）额定电流.接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流;辅助触头额定工作电流是考虑到额定工作电压、额定操作频率、使用类别以及电寿命而规定的辅助触头的电流值，一般不大于5A。
(c)额定操作频率.额定操作频率指每小时接通次数。
交流接触器最高为600次/h；直流接触器可高达1200次/h。
10时间继电器的作用、热继电器的作用、断路器的作用。
（1）时间继电器的作用：时间继电器在电路中起到延时闭合或断开的作用（2）热继电器的作用：利用电流的热效应动作，当电动机的工作电流过大，或电动机长时间过载工作而出现超过额定的温升时，自动切断电动机电源，达到保护电动机的作用。
（3）断路器的作用：短路保护，长期过载保护，电流过大时，过电流脱扣器被吸合顶开锁钩断开主触点；失压保护，当电路失压或电压过低时，失压脱扣器脱扣，顶开锁钩，主触点断开。
11中间继电器与接触器的差异是？中间继电器工作原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。