机电传动控制(1)
机电传动控制(第1、2章)机电传动控制的目的与任务
转距方向
二、运动方程式
d T TL J dt
……运动方程式
GD T T 375
2 Nm L Nm
N m 2
d nr / min d s t
T TL Td
……转矩平衡方程式
三、传动系统的状态
1.稳态（T TL时） : d
Td J dt
机 电 传 动 控 制
第一章
概
ห้องสมุดไป่ตู้
述
1．1 机电传动控制的目的与任务
一、机电传动系统的定义 机电传动是以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。 机电传动系统包括： 1. 拖动生产机械的电动机 2. 控制电动机的控制系统
二、机电系统的组成
驱动运动部件的原动机 （这里指的是各种电动机） 之总称
机电系统完成生 产任务的基础 控制电动机的系统 驱动生产机械的电 动机和控制电动机 的一整套电气系统
2.4 机电系统稳定运行的条件 一、机电系统稳定运行的含义 1. 系统应能以一定速度匀速运行； 2. 系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运 行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行
速度。
二、机电系统稳定运行的条件
1. 必要条件
电动机的输出转矩T和负载转矩TL大小相等，方向相反。 n=f(T)和n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。
例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。 设重物上升时速度n的符号为正，下降时n的符号为负。
2．2 多轴拖动系统的简化
一、多轴拖动系统的组成
二、负载转矩的折算 ---按功率守恒的原则 1.对旋转运动：
TL
cM
TL L
'
【机电传动控制】机电传动控制1-2
JZ
JM
J1 j2
1
JL jL2
v2 m M2
折算到电机轴上的总飞轮转矩：
GDZ 2
GM DM2
G1D12
/
j12
GL DL2
/
jL2
365
Gv2 nM2
Ek
=
1 2
m
2
机电传动控制
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
当速比较大时，中间传动机构的转动惯量或飞轮转矩
折算后在整个系统中所占比重不大，实际工程中可通过增
+ n
2. 运动方程式
根据动力学定义，旋转运动系统的动力学方程表示为：
MM
T合
J
d
dt
对单轴拖动系统，受到电机输出转矩 TM及负载转矩TL的作用：
T T J d
M
L
dt
系统转动惯量
J mr2 1 mD2 1 GD2
4
4g
+TM
++TTLL
实际中一般用飞轮矩GD2代替转动惯量J，GD2=4gJ；角速度一般用转速 表示，即ω=2πn/60。可得到运动方程式的实用形式:
解:(1)
TL
TLL c M
TL
c j
470.4 34.1N m 0.92 3 5
机电传动控制
解:(2)飞轮惯量的计算
GDZ2
(GDM2
GD12 ) (GD22
GD32 )
1 j12
(GD42
GDL2 )
1 jL2
(294
29.4)
启动时
机电传动控制-1
1 绪论1.1 机电传动控制的目的和任务机电传动也称电力拖动或电力传动，是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。
其目的是将电能转变成机械能，实现生产机械的起动/停止和速度调节，以满足生产工艺过程的要求，保证生产过程正常进行。
因此，机电传动控制包括用于拖动生产机械的电动机以及电动机控制系统两大部分。
在现代化生产中，生产机械的先进性和电气自动化程度反映了工业生产发展的水平。
现代化机械设备和生产系统已不再是传统的单纯机械系统，而是机电一体化的综合系统。
机电传动控制已成为现代化机械的重要组成部分。
机电传动控制的任务从狭义上讲，是通过控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用；而从广义上讲，则是使生产机械设备、生产线、车间乃至整个工厂实现自动化。
随着现代化生产的发展，生产机械或生产过程对机电传动控制的要求越来越高。
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；为了保证加工精度和粗糙度，重型镗床要求在极低的速度下稳定进给，因此要求系统的调速范围很宽；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1s 的时间内就能完成正反转切换，因此要求系统能够快速起动、制动和换向；对于电梯等提升机构，要求起停平稳，并能够准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机或造纸机，要求各机架或各部分之间保持一定的转速关系，以便协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设备组成的自动生产线实行统一控制和管理。
上述这些要求都要依靠机电传动控制来实现。
随着计算机技术、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术、电动机和电器制造业及自动化元件的发展，机电传动控制正在不断创新与发展，如直流或交流无级调速控制系统取代了复杂笨重的变速箱系统，简化了生产机械的结构，使生产机械向性能优良、运行可靠、体积小、重量轻、自动化方向发展。
因此，在现代化生产中，机电传动控制具有极其重要的地位。
机电传动控制冯清秀版课后习题答案(1)
机电传动控制冯清秀版课后习题答案(1)机电传动控制是机械工程中非常重要的学科，它涉及到机械传动、控制理论、电子技术等方面的知识。
针对这门课，学生们需要不断地进行知识的巩固和练习，因此课后习题无疑是必不可少的。
以下是机电传动控制冯清秀版课后习题的答案，供大家参考。
1. 在一台机床上，用传动皮带传动主动轮带动从动轮，主动轮的直径为50mm，从动轮的直径为150mm，主动轮转速为2000r/min，求从动轮的转速。
答：设主动轮的转速为n1，从动轮的转速为n2，主动轮的半径为r1，从动轮的半径为r2。
根据传动比公式：n1/n2=r2/r1，代入数据可得：n2=n1r1/r2=2000×50/150=666.7r/min。
因此，从动轮的转速为666.7r/min。
2. 一台电动机通过齿轮减速器和链传动装置输出动力，电动机的转速为1500r/min，齿轮减速器的传动比为1:3，链传动装置的传动比为3:4，求输出轮的转速。
答：设输出轮的转速为n，齿轮减速器的半径为r1，链传动装置输出轮的半径为r2。
因为电动机的转速为1500r/min，齿轮减速器的传动比为1:3，所以齿轮减速器的输出轴转速为n1=1500/3=500r/min。
再根据链传动的传动比公式：n1/n2=r2/r1，代入数据可得：n=n1r1/r2×3/4=500×1×3/4=375r/min。
因此，输出轮的转速为375r/min。
3. 一台电动机通过齿轮减速器和带传动装置输出动力，电动机的转速为1000r/min，齿轮减速器的传动比为2:5，带传动装置的传动比为3:4，带轮的直径为200mm，求输出轮的线速度。
答：设带轮的线速度为v，带轮的半径为r，输出轮的半径为R。
电动机的转速为1000r/min，齿轮减速器的传动比为2:5，所以齿轮减速器的输出轴转速为n1=1000×2/5=400r/min。
《机电传动控制》实验1-直流电动机机械特性
《机电传动控制》实验1-直流电动机机械特性《机电传动控制》实验指导书实验⼀直流电动机的机械特性⼀、实验⽬的掌握⽤实验⽅法测取直流并励电动机的机械特性。
⼆、实验内容1、实验设备1)、电源控制屏、D31直流数字电压电流表（2件）、D42三相可调电阻器、D44可调电阻器，挂箱排列顺序见图1-1。
2）、DD03导轨、测速发电机及转速表DJ23校正直流测功机参数：I N=2.2A，P N=355W，n N=1500r/min，U fN=220A，R f=26Ω，R=2090ΩDJ15直流并励电动机参数：I N=1.2A，P N=185W，n N=1600r/min，U fN=220A，R f=57Ω，R=1387Ω转速表DJ23 DJ15 DJ15直流并励电动机电阻串联接法：旋钮在最⼤值时R=1800Ω电阻并联接法：旋钮在最⼤值时R=450Ω图1-1实验挂件及顺序D 42 D 31 （1） D 31 （2）D 44电源控制屏量程选择1000v量程选择200m A励磁电源电枢电源接线图2、实验步骤1）按上图接线。
图中直流电动机M⽤DJ15，其额定电压U N=220V，额定励磁电流I fN<0.16A。
校正直流测功机MG⽤DJ23，MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，⽤于测量电动机的转矩和输出功率。
R f1选⽤D44的1800Ω阻值，R f2选⽤D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值，R1⽤D44的180Ω阻值，R2⽤D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
接好线后，检查M、MG之间是否⽤联轴器直接联接好。
2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1调⾄最⼩值，电枢串联起动电阻R1调⾄最⼤值，接通控制屏下边右⽅的电枢电源开关使其启动，其旋转⽅向应符合转速表正向旋转的要求。
3）M启动正常后，将其电枢串联电阻R1调⾄零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U=U N，I=I N，n=n N，此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。
机电传动控制课后习题答案1
机电传动控制课后习题答案1第⼆章机电传动系统的动⼒学基础2.2 从运动⽅程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的⼯作状态。
T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速，T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的⼯作状态。
2.3 试列出以下⼏种情况下（见题2.3图）系统的运动⽅程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头⽅向表⽰转矩的实际作⽤⽅向）T M TT M=T L T M< T LT M-T L>0说明系统处于加速。
T M-T L<0 说明系统处于减速T M T L T M T LT M> T L T M> T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速T M T L T T LT M= T L T M= T L系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.5为什么低速轴转矩⼤，⾼速轴转矩⼩？因为P= Tω,P不变ω越⼩T越⼤，ω越⼤T 越⼩。
2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼⾼速轴的GD2⼤得多?因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越⼩GD2越⼤，转速越⼤GD2越⼩。
2.9 ⼀般⽣产机械按其运动受阻⼒的性质来分可有哪⼏种类型的负载？可分为1恒转矩型机械特性2离⼼式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点第三章3.1为什么直流电记得转⼦要⽤表⾯有绝缘层的硅钢⽚叠压⽽成？直流电机的转⼦要⽤表⾯有绝缘层的硅钢⽚叠加⽽成是因为要防⽌电涡流对电能的损耗..3.5 ⼀台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN =180kW, UNN =1450r/min,ηN=89.5%，试求：①该发电机的额定电流；②电流保持为额定值⽽电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电流为782.6AP= IN 100/ηNP=87.4KW3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN =7.5KW, UN=220V, nN =1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。
《机电传动控制》笔记
《机电传动控制》笔记第一章：绪论1.1 简介《机电传动控制》将机械工程与电气工程相结合，通过研究电机、驱动器以及控制系统来实现对机械设备的有效操作。
本课程旨在培养学生理解并掌握机电一体化系统的设计原理和方法，为将来从事相关领域的科研或工程实践打下坚实的基础。
1.2 机电传动控制系统的基本概念•定义：机电传动控制系统是指利用电气、电子及计算机技术来控制机械设备运动的系统。
•组成要素：o执行机构（如电动机）：负责产生驱动力。
o传感器：用于监测系统的状态信息。
o控制器：根据设定的目标值与实际反馈进行比较，并据此调整执行机构的动作。
o被控对象：即需要被控制的机械设备。
•工作流程：输入信号 → 控制器处理 → 输出信号 → 执行机构响应 → 反馈至控制器形成闭环回路。
1.3 发展历程与趋势自20世纪初以来，随着电力技术的发展，人们开始尝试用电能替代传统的蒸汽动力来进行工业生产。
到了20世纪中后期，随着微处理器技术和自动控制理论的进步，机电传动控制逐渐从简单的手动调节向自动化方向转变。
近年来，智能化、网络化成为该领域的主要发展方向之一。
未来，预计还将进一步融入物联网(IoT)、大数据分析等先进技术，提高整个系统的效率与可靠性。
第二章：电力拖动基础2.1 电机类型及其工作原理•直流电机o结构：由定子（包括主磁极、换向极）、转子（电枢铁心+绕组）、换向器三部分组成。
o工作原理：当电流通过电枢绕组时，在磁场作用下会产生电磁力矩使转子旋转；改变电压大小可以调节转速。
•交流电机o异步电机（感应电机）▪特点：简单耐用、成本低。
▪分类：单相、三相。
▪工作原理：依靠定子产生的旋转磁场切割转子导条，从而在转子内部形成闭合电路产生感应电流，进而产生转矩。
o同步电机▪特点：适用于高精度场合。
▪工作方式：转子转速严格等于电网频率与极对数之比，可通过改变励磁电流来调整输出功率因数。
2.2 电动机的选择原则选择合适的电动机对于确保整个系统的性能至关重要。
《机电传动控制》教学课件—第1章 绪论
（2）单电机驱动
单电机驱动是指每一 台生产机械，都由一台电 动机单独驱动，较成组驱 动已有很大进步。
但是，当生产机械的 运动部件较多时,则需要设 置分动箱、离合器等机构， 总体结构仍嫌复杂,无法满 足生产工艺的特殊要求。
图1-3 单电机驱动（立式钻床）
机电传动控制的任务，就是将电能转变为机械能，实现 生产机械的起动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过 程的要求，确保生产过程得以高效、可靠地进行。
从广义上讲，就是使生产机械、车间、生产线、甚至整 个工厂实现自动化和智能化。
从狭义上讲，则专指控制电动机驱动生产机械，实现经 济、优质、高效的生产。
1.1.2机电传动系统的发展历程 1.机电传动机构的发展
数字控制系统 在机床行业的大量 应用，使工业生产 的灵活性、适应性 和自动化水平大为 提高。同时，也为 柔性制造系统的出 现奠定了基础。
图1-7 德国恩格哈（Engelhardt）公司的数字控制系统
（4）柔性制造系统和计算机集成制造系统
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS） 由信息控制系统、物料储运系统和数字控制加工设备组成， 能够适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
（3）多电机驱动
随着电动机品 种的丰富、价格的 降低、机械特性的 多样化，在机电传 动领域，开始逐步 普及多电机驱动方 案。
摇臂钻床
所谓多电机驱动方案，是指在大型、复杂的生产机械上， 同一台设备的每一个运动部件都由一台专门的电动机进行驱动， 且电动机的功率、机械特性以及安装位置可以进行有针对性的、 个性化的配置，以充分满足生产工艺的实际需求。
电气控制系统的发展除了与现代控制理论、计算机技术 的发展息息相关之外，功率器件的发展也功不可没。正是由 于晶闸管（Thyristor，亦称Silicon Controlled Rectifier， 略作SCR）、门极可关断晶体管（Gate-Turn-Off Thyristor， GTO）、电力晶体管（Giant Transistor，GTR）、电力
机电传动控制课件
第一节 机电传动控制系统的组成和分类
一、自动控制系统分类： （4）按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为
有静差调节系统和无静差调节系统。
（5）按给定量变化的规律，可分为 定值调节系统、程序控制系统和随动系统。
（6）按调节动作与时间的关系，可分为 断续控制系统和连续控制系统；
（7）按系统中所包含的元件特性，可分为 线性控制系统和非线性控制系统。
3) 振荡次数 N
第三节 晶闸管电动机直流传动控制系统
分类：G—M，SCR--M
单闭环直流调速系统 直流传动控制 双闭环直流调速系统
可逆调速系统
有静差调速 无静差调速
一、单闭环直流调速系统
1. 有静差调速系统（转速负反馈）
U U g U f U K K PU
Ud K SU K
U f n U dK SK P(U gn )
一、单闭环直流调速系统 2.有静差调速系统（电压负反馈）
U f U
负载 n Id U f (aU ) U U K
n
U
Ud
一、单闭环直流调速系统
有静差调速系统（电压负反馈）特点：
（1）采用电位计取电压量，线路简单； （2）稳速效果不好，主要用作防止过压，改善动态
特性、加快过渡过程； （3）对由于电枢电阻而引起的降压不能补偿（反馈
环外），U=E+IaR 。
有静差调节系统采用比例放大器，所以 系统总存在静差。若采用PI放大器则可实 现无静差系统。
一、单闭环直流调速系统 3、无静差调速系统（转速负反馈）
一、单闭环直流调速系统
1）无差元件PI调节器：
I1 I O U i / RO
P：响应快，反应快速性；
U O U O
教案机电传动控制
教案机电传动控制第一章：机电传动控制概述1.1 机电传动控制的概念1.2 机电传动控制系统的组成1.3 机电传动控制的特点与应用第二章：机电传动控制的基本原理2.1 机电传动控制的基本原理介绍2.2 机电传动控制系统的建模方法2.3 机电传动控制系统的稳定性分析第三章：机电传动控制器的设计3.1 机电传动控制器的设计方法3.2 PID控制器的设计与应用3.3 模糊控制器的设计与应用第四章：机电传动控制系统的仿真与实验4.1 机电传动控制系统的仿真方法4.2 机电传动控制系统的实验方法4.3 机电传动控制系统仿真与实验的结果分析第五章：机电传动控制系统的优化与故障诊断5.1 机电传动控制系统的优化方法5.2 机电传动控制系统的故障诊断方法5.3 机电传动控制系统的优化与故障诊断的应用实例第六章：电动机控制系统6.1 电动机的基本原理与特性6.2 直流电动机控制系统6.3 交流电动机控制系统第七章：步进电机控制系统7.1 步进电机的工作原理与特性7.2 步进电机控制系统的设计方法7.3 步进电机在实际应用中的案例分析第八章：伺服电机控制系统8.1 伺服电机的工作原理与特性8.2 伺服电机控制系统的设计方法8.3 伺服电机在实际应用中的案例分析第九章：机电传动控制系统的保护与安全9.1 机电传动控制系统的保护措施9.2 机电传动控制系统的安全操作规程9.3 机电传动控制系统保护与安全的实际应用案例第十章：现代机电传动控制技术的发展趋势10.1 智能控制技术在机电传动控制中的应用10.2 网络化控制技术在机电传动控制中的应用10.3 绿色控制技术在机电传动控制中的应用第十一章：传感器在机电传动控制中的应用11.1 传感器的基本原理与类型11.2 常用传感器的特性与应用11.3 传感器在机电传动控制系统中的集成与优化第十二章：机电传动控制系统的节能与环保12.1 节能控制技术在机电传动控制中的应用12.2 环保控制技术在机电传动控制中的应用12.3 节能与环保在机电传动控制系统中的重要性第十三章：机电传动控制系统的可靠性与维护13.1 机电传动控制系统的可靠性分析13.2 机电传动控制系统的维护方法与策略13.3 提高机电传动控制系统可靠性与维护的实际案例第十四章：机电传动控制系统的实际应用案例分析14.1 机床控制系统中的应用案例14.2 自动化生产线中的应用案例14.3 控制系统中的应用案例第十五章：综合训练与实践15.1 机电传动控制系统的设计与实现15.2 机电传动控制系统的仿真与实验15.3 机电传动控制系统的实际操作与调试重点和难点解析本文主要介绍了机电传动控制的相关知识，包括概述、基本原理、控制器设计、系统仿真与实验、优化与故障诊断、电动机控制系统、步进电机控制系统、伺服电机控制系统、保护与安全、现代机电传动控制技术的发展趋势、传感器在机电传动控制中的应用、节能与环保、可靠性与维护、实际应用案例分析以及综合训练与实践。
《机电传动控制》复习题及考试题（1）
《机电传动控制》复习题及考试题（1）《机电传动控制》复习题1.机电传动控制的⽬的是：把电能转变为机械能、实现⽣产机械的启动、停⽌与调速、满⾜⽣产⼯艺的要求、保证⽣产过程的正常进⾏。
2.机电传动控制系统的四个发展阶段是：接触器-继电器控制、具有反馈环节的控制、⼤功率可控电⼒半导体器件控制、⼯业机器⼈控制。
3.写出直流电动机的5个主要组成部分：换向器，电刷装置、机座，主磁极，换向极，端盖。
4.写出交流电动机的5个主要组成部分：弹簧⽚，轴承，定⼦绕组，机座，转⼦铁芯，端盖。
5.开环控制是指输出端与输⼊端没有任何电路联系、输出端⽆信号反馈回输⼊端的控制。
6.闭环控制是指输出端与输⼊端具有电路联系、输出端有信号反馈回输⼊端的控制。
7.机电传动系统运动⽅程式中的概念：电动机所产⽣的转矩总是由轴上的负载转矩和动态转矩之和所平衡A.拖动转矩：是由电动机产⽣⽤来克服负载转矩，以带动⽣产机械运动的 Tm 、静态转矩：是由⽣产机械产⽣的负载转矩TL 、动态转矩：动态转矩是拖动转矩减去静态转矩Tm-TL 。
8. 从运动⽅程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的⼯作状态。
P.6匀速减速减速加速减速匀速9. 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算依据折算前后什么的原则（静态时功率守恒）？转动惯量折算为依据折算前后什么不变的原则（动量守恒）？负载转矩的折算：对于旋转运动（功率守恒）：jT T C L L L ηω'=；对于直线运动：M c L n v F T '55.9η=；转动惯量的折算（动量守恒）：2211L L M Z j J j J J J ++=；飞轮转矩的折算（动量守恒）：22212122LM j CD j CD CD CD M Z ++= ；直线运动：22211mM Z v m j J J J ω++= ；22212122365M M n Gv j CD CD CD Z ++= P.9.总结：往⾼速轴折算变⼩、往低速轴折算变⼤。
教案机电传动控制
教案机电传动控制第一章：机电传动控制概述1.1 机电传动控制的概念介绍机电传动控制的定义和特点解释机电传动控制在现代工业中的应用1.2 机电传动控制系统的组成讨论机电传动控制系统的常见组成部分说明各组成部分的功能和相互关系1.3 机电传动控制系统的分类列举机电传动控制系统的不同类型分析各类系统的应用场景和优缺点第二章：机电传动控制的基本原理2.1 机电传动控制的基本原理介绍机电传动控制的基本原理和核心技术解释机电传动控制信号的传递和处理过程2.2 机电传动控制系统的建模说明机电传动控制系统的建模方法探讨建模过程中所需考虑的因素和注意事项2.3 机电传动控制系统的稳定性分析分析机电传动控制系统的稳定性条件介绍稳定性分析的方法和工具第三章：机电传动控制系统的传感器与执行器3.1 传感器在机电传动控制系统中的应用讨论传感器的作用和分类解释传感器在机电传动控制系统中的重要性和选择原则3.2 常见传感器的原理与使用介绍几种常见的传感器类型及其原理说明传感器的使用方法和注意事项3.3 执行器在机电传动控制系统中的应用讨论执行器的作用和分类解释执行器在机电传动控制系统中的重要性和选择原则第四章：机电传动控制系统的常用控制算法4.1 概述常用控制算法介绍机电传动控制系统中常用的控制算法解释各种控制算法的特点和适用范围4.2 比例-积分-微分控制算法详细讲解比例-积分-微分控制算法的工作原理分析比例-积分-微分控制算法的优点和局限性4.3 模糊控制算法介绍模糊控制算法的基本概念和原理讨论模糊控制算法在机电传动控制系统中的应用和优势第五章：机电传动控制系统的调试与维护5.1 机电传动控制系统的调试说明机电传动控制系统调试的目的和重要性介绍调试过程中所需进行的步骤和方法5.2 机电传动控制系统的维护讨论机电传动控制系统维护的内容和方法强调维护对系统稳定运行的重要性第六章：机电传动控制系统的故障诊断与容错控制6.1 机电传动控制系统的故障诊断介绍机电传动控制系统故障诊断的定义和目的讨论故障诊断的方法和技术6.2 常见故障诊断算法讲解几种常见的故障诊断算法及其原理分析各种故障诊断算法的优缺点和适用场景6.3 容错控制技术在机电传动控制系统中的应用解释容错控制的概念和重要性介绍容错控制技术在机电传动控制系统中的应用和方法第七章：机电传动控制系统的节能与环保7.1 节能控制技术在机电传动控制系统中的应用讨论节能控制技术的重要性介绍节能控制技术在机电传动控制系统中的应用和方法7.2 环保控制技术在机电传动控制系统中的应用解释环保控制技术的概念和重要性讲述环保控制技术在机电传动控制系统中的应用和实例7.3 节能与环保在机电传动控制系统中的综合考虑强调节能与环保在机电传动控制系统中的重要性讨论在机电传动控制系统中实现节能与环保的综合考虑的方法和策略第八章：现代机电传动控制技术的发展趋势8.1 概述现代机电传动控制技术的发展趋势介绍现代机电传动控制技术的发展趋势分析现代机电传动控制技术发展的驱动因素8.2 智能控制技术在机电传动控制系统中的应用讲解智能控制技术的概念和原理讨论智能控制技术在机电传动控制系统中的应用和前景8.3 网络化控制技术在机电传动控制系统中的应用解释网络化控制的概念和原理讲述网络化控制技术在机电传动控制系统中的应用和前景第九章：案例分析与实践9.1 机电传动控制系统的实际案例分析分析具体的机电传动控制系统案例总结案例中的成功经验和存在的问题9.2 机电传动控制系统的实验与实践介绍机电传动控制系统的实验目的和内容讲述实验方法和步骤以及实验中所需注意事项9.3 综合练习与讨论提供综合练习题目供学生练习组织学生进行讨论，加深对机电传动控制的理解第十章：总结与展望10.1 总结回顾整个教案的主要内容和知识点强调机电传动控制的重要性和应用前景10.2 展望探讨机电传动控制技术的未来发展趋势激发学生对机电传动控制研究的兴趣和热情重点和难点解析一、机电传动控制的概念与特点：理解机电传动控制的基本定义及其在现代工业中的应用场景，区分其与其他控制系统的不同之处。
机电传动控制_第一章
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。
CIMS包括制造工厂的生产、经 营的全部活动，具有经营管理、工程 设计和加工制造等主要功能。
美国在1977年最早开始研究。
为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产自动线，要求 统一控制或管理。
诸如此类的要求，都要靠电动机及其控制系统来实现。
1.2 机电传动控制的发展
机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机 电传动控制的发展可从机电传动和控制系统两方面来讨论。
一、机电传动的发Biblioteka 成组拖动——一台电动机拖动一根天轴（或地轴），然后再
2．电机放大机控制(30年代）：
3．大功率固体可控整流元件——晶闸管： 4．数字控制（CNC） ：自动化程度、通用性和加工效率。
课程的性质 本课程是工业电气自动化、机-电一体化等专业的一门专业基 础课。它是将电机学、机电传动、控制电机等课程有机结合而成的 一门课。加强系统性、实用性、学以致用，理论联系实际。
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。
为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集 成制造系统（CIMS）是人们现在的任务。
Giddings&Lewis FMC
机电传动控制课件第1章
计算机控制：
微处理器取代模拟电路作为电动机控制 器，可使电路更简单、实现较复杂的控制 、无零点飘移、控制精度高、可提供人机 交互界面、能多机联网工作等
数字伺服控制：
伺服系统：
是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟 随输入目标值（或给定值）任意变化的自动控制系统。
当今世界伺服驱动的主流及发展方向是交流伺服系统，采 用嵌入式控制器的电动机数字交流伺服系统的出现，使机电 传动控制技术进入了信息化时代
第1章 概述
传动 ——运动的传递
（1）机械传动 （2〕流体传动
第1章 概述
1.1 基本概念：（什么是机电传动？）
生产机械组成： 工作机构、传动机构、 原动机、控制系统。
机电传动：原动机为电 动机时，由电动机通过 传动机构带动工作机构 进行工作。
机电传动系统
“机电传动”部分
包括电动机、电动机和运动部件相互联系的传 动机构及电气控制电路
课程的性质与任务
• 机电一体化技术的主要课程，是以驱动 系统为主导，以控制为主线，将元、器 件与控制系统有机结合的综合性课程。
• 通过本门课程的学习，希望同学们掌握 机电传动系统中主要运用到得元、器件 原理，了解机电传动系统的设计，尤其 是其控制电路设计的主要思路。
（1）成组拖动（初期）：一台电动机拖动一根 天轴，由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产 机械，一旦电动机出了故障，成组生产机械停车。
（2）单电机拖动：一台电动机拖动一 台生产机械，但当一台生产机械的运动 部件较多时，机械传动机构仍十分复杂。
20世纪40-50年代：老式切削机床 现今：一些中小型通用机床，运动部件较少
“机电传动控制”部分
电梯
机电传动系统的任务
精品文档-机电传动控制(马如宏)-第1章
第１章 概 论
现代化生产要求有高的生产自动化程度，高的加工效率， 大的工艺范围，能加速产品更新换代和开发数字化、自动化、 智能化的机电一体化的产品，这无疑对机电传动控制系统提出 了越来越高的要求。如今特别突出的是电子、航空、航天及汽 车工业等高新技术工业的发展，都依赖于机械工业制造技术的 进步，以及工艺设备由“重大长厚”型转向“轻小短薄”型的 发展。新技术的每一次出现，都是与新型的加工方法、加工手 段和测量控制技术的出现密切相关的。目前，我国的制造技术 领域正大力引进国外先进技术，吸收新技术成果， 向着单机 自动化、局部生产过程自动化、生产线自动化和全厂综合自动 化的方向大步前进。
第１章 概 论
1.1 机电传动控制的止的和任务 1.2 机电传动控制系统的发展 1.3 机电传动控制系统的基本要素和功能 1.4 控制系统的基本概念 1.5 机电传动控制系统设计方法 习题与思考题
第１章 概 论
1.1 机电传动控制的目的和任务
“机电传动控制”课程作为机械设计制造及其自动化专业 的一门专业基础课，是机电一体化人才所需电知识结构的驱体。 “机电传动控制”是一门实践性很强的专业课，主要研究、解 决与生产机械的电气传动控制有关的问题，阐述机电传动控制 原理，介绍常用控制电路以及控制电路设计等技术。机电传动 控制系统在生产过程、科学研究及其他领域的应用十分广泛， 是各类生产机械的重要组成部分。
自20世纪70年代以来，单片机发展很快。由于单片机的结 构和指令系统都是针对工业控制的要求而设计的，其成本低、 集成度高，可灵活地组成各种智能控制装置，解决从简单到复 杂的各种任务，实现较佳的性能价格比，而且从单片机芯片的 设计制造开始，就考虑了工业控制环境的适应性，因而它的抗 干扰能力较强，特别适合于在机电一体化产品中应用，在机电
机电传动控制(1)
了解机电传动系统稳定运行的条件以及学 会分析实际系统的稳定性；
一、单轴拖动系统运动方程式
电动机的输出 转矩（N.m）
TM TL
d 2 dn J J dt 60 dt
转矩平衡 方程式
转动惯量 （kg.m2）
角速度 （rad/s）
速度 （r/min）
T M TL Td
负载转矩 （N.m） 动态转矩 （N.m）
M 电动机轴与中间传动轴之间的速度比； 1 jL M 电动机轴与生产机械运动轴之间的速度比； L M 、1、L 分别为电动机轴、中间传动轴、生产机械运动轴的旋转角速度 m运动部件的质量，运动部件速度 2 GD dn M Z （多轴拖动系统的运动方程式） TM TL 375 dt 2 （GDZ 折算到电动机轴上的总飞轮惯量）
L
n增大，TM 减小，直到TM＝TL，又回到点a。 T 突然减小，n上升，干扰消除后，T // T ，n下降，回到点a
L M L
九 机电传动系统稳定运行的条件 • 电动机的输出转矩TM和负载转 矩TL大小相等，方向相反，相 互平衡。异步电动机的机械特 性曲线1与生产机械的负载特 性 曲线有交点a，2b。 GD dn TM TL 375 dt
2.3 试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运 行状态是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际 作用方向）
答：a匀速，b减速，c减速，d加速，e减速，f匀速
2.7 如图所示，电动机轴上的转动惯量JM＝2.5kg.m2，转速nM＝ 900r/mim；中间传动轴的转动惯量J1＝2kg.m2，转速n1＝ 300r/mim；生产机械轴的惯量JL＝16kg.m2，转速nL＝60r/mim。 试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。
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机电传动控制基础复习题1. 机电传动系统的主要组成部分。
机电传动系统由电动机、电气控制电路以及电动机 2.电动机自动控制方式大致可分为哪三种？断续控制、连续控制和数字控制三种。
3. 三相异步电动机的定子绕组的连接方式有哪两种？星形联接和三角形连接。
4. 三相异步电动机的转速的计算公式？和运动部件相互联系的传动机构三大部分构成。
())s (pf s n n -=-=160110 5. 三相异步电动机的起动电流I st 为额定电流I N 的4~7倍。
6. 请画出三相异步电动机的机械特性曲线，并在图中指出反映电动机工作的特殊运行点。
见教材第7页，图1.9 三相异步电动机的固有特性。
7. 三相异步电动机起动方法有哪几种？直接起动、降压起动以及绕线型电动机转子串电阻起动。
8. 三相异步电动机的制动方法有哪几种？能耗制动，反接制动和回馈制动。
9. 常用的低压电器由哪几种？答：1) 执行电器，如电磁铁、接触器。
2)检测电器，如按钮开关、行程开关、电流及电压继电器、速度继电器等；3) 控制电器，如中间继电器、时间继电器；4) 保护电器，如热继电器、熔断器、低压断路器(自动空气开关)。
10. 电气设备图纸有哪三类？电气控制原理图、电气设备位置图和电气设备接线图。
11．电气原理图的绘制原则？12．常见基本控制电路的工作原理和工作过程？（正反转控制电路/起动控制电路/制动控制电路）——本题以正反转为例说明答：正反转控制原理：使用两个接触器使通入电动机的三相电源中的任意两相交换。
动作过程：正转-停止-反转按下正转按钮SB2，接触器KM1的线圈得电自锁，电动机正转。
按下停止按钮SB1，接触器KM1的线圈失电，电动机停转。
按下反转按钮SB3，接触器KM2的线圈得电自锁，电动机反转。
13. 异步电动机反接制动的原理？改变异步电动机定子中三相电源的相序，使定子产生反向旋转磁场作用于转子，从而产生强力制动力矩。
14. 异步电动机能耗制动的方法及原理？能耗制动方法:切断电机主电源后，立即在电动机定子绕组中通入恒定直流。
能耗制动原理:恒定直流产生恒定磁场，转子切割恒定磁场产生感应电流再与恒定磁场作用产生制动转矩，迅速消耗电动机的转动动能，实现制动。
15. 双速电动机调速原理？改变极对数p。
16.指出下图中的点动和长动按钮？17. 互锁的概念及实现方法？互锁实际上是一种联锁关系，但它强调触点之间的互锁关系(即：要求两个动作互相排斥时使用) 。
最典型的互锁是电动机正、反转之间的互锁。
实现方法是：将己方的常闭触点串入对方的线圈之前。
18．常见的电气保护环节有哪些？热继电器起什么保护作用？答：常见的电气保护环节有：短路保护、过载保护、零压与欠压保护、过流保护。
热继电器起过载保护的作用。
19. 变速时的瞬时电动控制的作用是什么？保证变速后，齿轮的良好接触。
27. 无级调速静态技术指标主要有哪两项？答：主要有静差率和调速范围两项28. 静差度的定义？电动机在某一机械特性曲线所示状态下运行时，额定负载下所产生的转速降落△n N与理想空载转速n0。
之比，称为静差率，用s表示，即s=△n N/n0。
30. 他励直流电动机的调速方法？答：1）改变电枢电压调速(调压调速)－额定转速n N以下的调速；2）改变主磁通调速(调磁调速) －额定转速n N以上的调速。
31. 说明晶闸管整流和二极管整流的区别？晶闸管整流可以调整输出直流电压大小，二级管整流不能调整。
32. 说明下图所示的转速负反馈调速系统的工作原理？(还应了解具有电流截至负反馈的调速系统的工作原理)答：转速负反馈调速系统保持电动机转速基本恒定的调整过程：负载(M L)↑→n↓→U F↓→△U↑→U K↑→α↓ →E dα↑→n↑同理：负载(M L) ↓→n↑→u F↑→△U↓→U K↓→α↑ →E dα↓→n↓33. 变频调速的主要优点？3) 动、静态特性都能做到与直流调速系统不相上下。
4) 变频调速装置价格高于直流调速装置，但直流电动机的换向器和电刷的故障率较高。
34．变频调速的基本控制方式？答：1) 基频(额定频率f N)以下调速－恒转矩调速；2)基频(额定频率f N)以上调速－恒功率调速。
35．变频器的作用及种类？答：变频器作用：将恒压恒频的交流电源，变成频率、电压可调的交流电。
变频器分类：交－直－交变频器(间接变频器)和交－交变频器(直接变频器)。
36、答：正常工作时，电动机定子电流I较小，电阻R上的压降为U R=IR，U R小于比较电压U B，二极管VD截止，电流反馈信号不起作用，此时为速度负反馈系统；电动机的闭环调速系统在起动和堵转时电流I过大，使I大于截至电流I j，即使U R>U B，二极管导通，电流反馈信号加到了放大器输入端，此时，电流截至负反馈环节起作用，且反馈到放大器输入端的电压极性与给定电压输入到放大器输入点的电压极性相反，所以随着电流负反馈作用的增强，放大器输入电压迅速减小，整流器输出电压也迅速减小，电动机转速迅速下降，直到电动机堵37、答：反接制动控制原理：改变异步电动机定子中三相电源的相序，使定子产生反向旋转磁场作用于转子，从而产生强力制动力矩。
工作过程：合上电源开关QS，按下起动SB2，接触器KM1线圈获电吸合，KM1主触点吸合电动机起动运转，当电动机转速升高到一定数值时，速度继电器KS的动合触点闭合，为反接制动做准备。
停车时，按停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电释放，而接触器KM2线圈获电吸合，KM2主触点闭合，串入电阻R进行反接制动，电动机定子绕组产生一个反向电磁转矩(即制动转矩)，迫使电动机转速迅速下降，当转速降至100r/min一下时，速度继电器KS的动合触点断开，接触器KM2线圈断电释放，电动机断电，制动结束。
38、PLC的基本结构和工作方式。
39、PLC的PLC编程的基本指令的含义以及助记符的表示。
40、多点控制线路。
其中，启动按钮为SB3或SB4;停止按钮为SB1或SB2。
41、如下图所示的控制线路。
问：(1) 控制线路的作用？(2分)(2) 先按起动按钮SB2，再按停止按钮SB1时，写出控制线路的工作过程？5分)(3) 此控制线路能否实现手动调整？为什么？(3分)答：(1) 反接制动控制线路(2) 控制线路的工作过程如下：()⎩⎨⎧+→→BV 2KM 1KM 1KM 2SB 速度继电器－常闭触点断开，电动机正转运行＋按下()⎩⎨⎧→-≈→→)(2,02KM 11KM 11SB 制动结束－速度制动开始＋常开触点闭合，－常闭触点断开，按下KM BV n SB SB (3) 能实现手动调整。
因为当主轴转动时，BV 闭合，并不能接通KM2的线圈，实现制动。
42、设计控制3台异步电动机M1、M2、M3的主回路及控制回路满足如下要求：M1启动运行10秒后M2启动运行，在M2启动运行20秒后M3启动运行，在M3启动运行30秒后使M1停止运行并继续保持M2和M3运行直到发出总停指令。
画出设计图（包含主回路和控制回路），并对电路作简要说明。
KM2KT2答：SB1为总停止按扭；按下SB2，KM1锝电并自锁同时KT1得电开始延时，延时10秒后，KT1的延时闭和的动和触点闭和使KM2得电并自锁，同时使KT2得电开始延时，延时20秒后，KT2的延时闭和的动和触点闭和使KM3得电，同时KT3得电开始延时，延时30秒后，KT3的延时断开触点断开使KM1失电。
43、如下图所示的控制线路，实现动作过程：动力头1从b→a停下，然后动力头2从c→d停下，接着两个动力头同时回退，分别退回到b点与c点停住。
问：(1) 为什么ST2的常开触点不自锁，ST4要用两个常开触头自锁？)(2) 要求动力头2到达d点后延迟一段时间后两个动力头再各自后退，应怎样办？答：(1) ST2被动力头1压下时，接通KM2＋，动力头2的电机正转，动力头2从c→d，在此过程中动力头1不动，ST2的状态不被改变，所以ST2不用自锁(2分)。
当动力头2运动到d时，压下ST4，接通KM3、KM4，动力头1、2同时回退，分别退回b点与c点停住。
此时动力头2要运动，ST4的状态会被改变，所以必须要自锁，同时为保证动力头1、2均退回原点，必须用两个常开触点(KM3、KM4)自锁（）。
(2) 使用一个时间继电器(，ST4接通KT延时)，KT的延时闭合触点取代开始ST4的常开触点)。
44、设计继电器接触器控制系统并转换PLC控制系统。
设计两台电动机顺序起动联锁控制线路,要求M1电动机起动1s之后M2起动；要求主回路有短路保护和过载保护和总开关；控制回路有过载保护，有起动按钮和停止按钮；M2起动后时间继电器不得电。
⑴试画出继电接触控制线路的主回路和控制回路，并对电路进行简要说明；⑵再将该继电器接触器控制系统转化为三菱FX系列的PLC控制系统，要求画出PLC接线图，梯形图并写出指令表。
答：继电接触控制线路图如图所示。
按下SB2,KM1得电并自锁同时KT时间继电器线圈得电开始计时，M1电动机起动，计时时间到，KT延时闭合的动合触电闭合使KM2线圈得电并自锁，M2电动机起动。
PLC的接线图如下： PLC的梯形图如下：指令表：45、调速和稳速有何区别？答：调速——在电力拖动系统中，人为地改变电动机的转速。
稳速——使电动机转速不随外界扰动而变化，始终精确地保持在给定值上。
46、SCR半控整流桥主回路。
.47、可编程序控制器是通过一种周期工作方式来完成控制的，请问：每个周期包括哪三个阶段？答：输入采样，程序执行，输出刷新。
48、双速电动机的变速控制线路如下，试分析它的工作过程，将该继电器接触器控制系统转化为三菱F1系列的PLC控制系统，要求画出PLC接线图，梯形图并写出指令表。
答：PLC的接线图如下：PLC的梯形图如下：49、转换PLC控制系统。
将行程开关控制的正反转循环电路转换成PLC梯形图，写出程序指令，并说明哪些元件接在输入端X上，哪些元件接在输出端Y上。
答：如下：如下：PLC的接线图 PLC的梯形图按下低速按钮SB2 ,KM2线圈得电并自锁，联锁接点断开，接触器KM1得电，电动机定子绕组作三角形联结，电动机低速运行。
当要转为高速运行时，则按下高速起动按钮SB3，SB3常闭接点断开使KMl失电释放，与此同时，SB3常开接点闭合，KM2获电吸合，KM3也得电吸合，于是电动机定子绕组联结成双星形，此时电动机高速运行。
KM2合上后KM3才得电合，这是为了避免KM3合上时电流很大。
按下停机按钮SBl时，常闭接点断开，使KM1或KM2和KM3线圈断电，电动机停止。
50、在可编程序控制器中。
常用的程序表达方式主要采用“继电器梯形图“。
下图所示为一梯形图（局部）。
请据图写出其对应的指令程序。