中南大学机电传动控制课件.ppt
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机电传动控制课件
特性：精确定位、快速响应、易于控制、可靠性高
应用领域：数控机床、机器人、自动化生产线等
优缺点：优点是精确定位、快速响应；缺点是效率低、发热量大、噪声大
步进电机控制系统组成及工作原理
工作原理：通过控制驱动器的工作状态，使步进电机按照预定的步进角和速度进行运动
控制器：接收控制信号，控制驱动器的工作状态
直流电机调速原理是通过改变电机的输入电压或电流来改变电机的转速。
调速器根据控制器的指令，调节电机的输入电压或电流，实现电机的调速。
直流电机调速系统具有调速范围广、调速精度高、调速性能好等优点。
直流调速系统组成及工作原理
直流电机：提供动力，实现机械能转换
调速器：控制电机转速，实现调速功能
控制电路：接收信号，控制调速器工作
发展趋势：向着更高效率、更小体积、更低成本方向发展
控制理论及系统稳定性
控制理论：包括经典控制理论、现代控制理论等
控制系统优化：包括系统优化目标、优化方法、优化效果等
控制系统设计：包括系统建模、控制器设计、系统仿真等
系统稳定性：包括稳定性的电机调速系统主要由直流电机、调速器、控制器等组成。
步进电机：通过控制脉冲信号实现精确定位
伺服电机：通过反馈控制实现精确定位和速度控制
直线电机：通过直线运动实现精确定位和速度控制
旋转电机：通过旋转运动实现精确定位和速度控制
电力电子器件及变流技术
电力电子器件：包括二极管、晶体管、MOSFET等
变流技术：包括整流、逆变、斩波等
应用领域：包括电机控制、电源管理、新能源等领域
机电传动控制的应用
工业自动化：用于生产线、机器人等自动化设备
交通运输：用于汽车、火车、飞机等交通工具的动力控制
应用领域：数控机床、机器人、自动化生产线等
优缺点：优点是精确定位、快速响应；缺点是效率低、发热量大、噪声大
步进电机控制系统组成及工作原理
工作原理：通过控制驱动器的工作状态，使步进电机按照预定的步进角和速度进行运动
控制器：接收控制信号，控制驱动器的工作状态
直流电机调速原理是通过改变电机的输入电压或电流来改变电机的转速。
调速器根据控制器的指令，调节电机的输入电压或电流，实现电机的调速。
直流电机调速系统具有调速范围广、调速精度高、调速性能好等优点。
直流调速系统组成及工作原理
直流电机：提供动力，实现机械能转换
调速器：控制电机转速，实现调速功能
控制电路：接收信号，控制调速器工作
发展趋势：向着更高效率、更小体积、更低成本方向发展
控制理论及系统稳定性
控制理论：包括经典控制理论、现代控制理论等
控制系统优化：包括系统优化目标、优化方法、优化效果等
控制系统设计：包括系统建模、控制器设计、系统仿真等
系统稳定性：包括稳定性的电机调速系统主要由直流电机、调速器、控制器等组成。
步进电机：通过控制脉冲信号实现精确定位
伺服电机：通过反馈控制实现精确定位和速度控制
直线电机：通过直线运动实现精确定位和速度控制
旋转电机：通过旋转运动实现精确定位和速度控制
电力电子器件及变流技术
电力电子器件：包括二极管、晶体管、MOSFET等
变流技术：包括整流、逆变、斩波等
应用领域：包括电机控制、电源管理、新能源等领域
机电传动控制的应用
工业自动化：用于生产线、机器人等自动化设备
交通运输：用于汽车、火车、飞机等交通工具的动力控制
《机电传动控制》PPT课件
都要靠电动机及其控制系统来实现。
机电传动控制的任务
一、机电传动的特点
• 5、机电传动系统构成：
电动机。产生原动力 生产机械。拖动对象 传动机构。传递机械能 电气控制设备。控制电动机运转 电源。对电动机和电气控制设备供电
一、机电传动的特点
• 它们之间的关系可表示为
电源
自控设 备
电动机
传动机构
的需要。
电动机
二、机电传动系统发展概况
• 1、传动方式经历了三个阶段：
成组拖动 单机拖动 多电机拖动
二、机电传动系统发展概况
传动方式 成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴
通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点： 效率低，故障影响广。
单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如
一 机电传动系统的动力学方程
电动机 （M）
TL
生产机械
TM
MM
+TL
单轴拖动系统
一 机电传动系统的动力学方程
• 单轴(单级)机电传动系统的运动方程
• 由牛顿第二定律
TM
TL
J
d
dt
(1.1)
J m 2 mD2 / 4
G mg TM----电动机转矩
GD2 J
4g
(1.2)
TL----负载转矩 GD2---飞轮矩
2 n
60
(1.3)
TM
TL
GD2 375
dn dt
(1.4)
n-----转速
t-----时间 ω 为角速度
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
• GD2=4J
• GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
机电传动控制的任务
一、机电传动的特点
• 5、机电传动系统构成：
电动机。产生原动力 生产机械。拖动对象 传动机构。传递机械能 电气控制设备。控制电动机运转 电源。对电动机和电气控制设备供电
一、机电传动的特点
• 它们之间的关系可表示为
电源
自控设 备
电动机
传动机构
的需要。
电动机
二、机电传动系统发展概况
• 1、传动方式经历了三个阶段：
成组拖动 单机拖动 多电机拖动
二、机电传动系统发展概况
传动方式 成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴
通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点： 效率低，故障影响广。
单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如
一 机电传动系统的动力学方程
电动机 （M）
TL
生产机械
TM
MM
+TL
单轴拖动系统
一 机电传动系统的动力学方程
• 单轴(单级)机电传动系统的运动方程
• 由牛顿第二定律
TM
TL
J
d
dt
(1.1)
J m 2 mD2 / 4
G mg TM----电动机转矩
GD2 J
4g
(1.2)
TL----负载转矩 GD2---飞轮矩
2 n
60
(1.3)
TM
TL
GD2 375
dn dt
(1.4)
n-----转速
t-----时间 ω 为角速度
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
• GD2=4J
• GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
《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)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
机电传动控制课件__第1章
第一章 绪论
直流电机：采用直流电源，调速特性好，但换相电
刷影响其容量、使用范围和寿命。
交流电机：采用交流电源，克服了直流电机的缺点，
现代交流调速技术的发展使其成为主流。
步进电机：运动距离和输入脉冲成正比，控制方便，
但功率和精度较差。
问题：在矿井下施工，宜
采用何种电动机？
第一章 绪论
直 流 、 交 流 电 机 比 较
第一章 绪论
根据磁滞回线形状的不同，铁磁材料可分为硬
磁材料(hard magnetic material)和软磁材料(soft magnetic material)。 硬磁材料的磁滞回线胖宽，剩磁、矫顽力大，
如钨钢、钴钢、镍铝钴合金、钕铁硼等。一般用来
制造永久磁铁。
第一章 绪论
软磁材料的磁滞回线瘦窄，剩磁、矫顽力小， 如硅钢片、铸钢等。由于电机铁心采用软磁材料制 成，其磁滞回线瘦窄，在进行磁路计算时，为了简 化计算，不考虑磁滞现象，而用基本磁化曲线来表 示B与H之间的关系，故通常所讲的铁磁材料的磁化 曲线是指基本磁化曲线。
第一章 绪论 第一章 概 述 • 机电传动的定义是什么？ • 机电传动的作用是什么？ • 机电传动的发展过程及趋势是什么？ • 什么是成组拖动、单电机拖动、多电机拖动？ 优缺点是什么？ • 机电传动控制系统的发展过程与趋势是什么？
第一章 绪论
机电传动定义和目的
※定义：以
电动机为原动机（动力源）驱动生产机
械的系统的总称。 ※目的：将电能转换为机械能，实现生产机械的启 动、停止及速度调节，满足各种生产工艺过程的要 求，保证生产过程的正常进行。 广义任务：使机械设备、生产线、车间、整个工厂 实现自动化； 狭义任务：电动机驱动生产机械，实现产品数量的 增加、质量的提高、成本的降低、劳动条件的改善 及能量的合理利用。
《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
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
机电传动控制课件__第2章
第2章
机电传动系统的静态与动态特性
本章重点： 1.几种典型生产机械的负载特性 2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定 运行的条件
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义 2.2 机电传动系统的运动方程式（揭示运动规律）
2.3 典型生产机械的负载特性（了解掌握典型）
2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法
• 由于负载转矩是静态转矩，可以根据功 率守恒原则进行折算。
• 1．旋转运动
TL L TL TL c M c j
• 2．直线运动 电动机拖动生产机械移动 ，提升重物
F v TL 9.55 c n
• 生产机械拖动电动机移动，如下放重物
F v c TL 9.55 n
• A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特 性曲线有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折 算到电动机轴上的负载转矩大小相等，方向相 反，相互平衡。 • B.当转速大于平衡点对应的转速时，有： M T
TL
• 当转速小于平衡点对应的转速时，有 ：T T M L
• 只有满足上述两个条件的平衡点，才是 拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的 特性配合，系统在受到外界干扰后，才 具有恢复到原来平衡状态的能力而进行 稳定的运行。在一般负载情况下，只要 电动机的机械特性是下降的，整个系统 就能够稳定运行。
2.5 机电传动系统的过渡过程
2.6 机电传动系统稳定运行的条件（懂得判断）
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
机电传动系统有静态（稳态）和动态（暂态）两种运 行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为 零； 动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在动态 转矩。 机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 的条件
机电传动系统的静态与动态特性
本章重点： 1.几种典型生产机械的负载特性 2.加快过渡过程的方法以及机电传动系统稳定 运行的条件
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义 2.2 机电传动系统的运动方程式（揭示运动规律）
2.3 典型生产机械的负载特性（了解掌握典型）
2.4 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算方法
• 由于负载转矩是静态转矩，可以根据功 率守恒原则进行折算。
• 1．旋转运动
TL L TL TL c M c j
• 2．直线运动 电动机拖动生产机械移动 ，提升重物
F v TL 9.55 c n
• 生产机械拖动电动机移动，如下放重物
F v c TL 9.55 n
• A.电动机的机械特性曲线与生产机械的机械特 性曲线有交点；即电动机轴上的拖动转矩和折 算到电动机轴上的负载转矩大小相等，方向相 反，相互平衡。 • B.当转速大于平衡点对应的转速时，有： M T
TL
• 当转速小于平衡点对应的转速时，有 ：T T M L
• 只有满足上述两个条件的平衡点，才是 拖动系统的稳定平衡点，即只有这样的 特性配合，系统在受到外界干扰后，才 具有恢复到原来平衡状态的能力而进行 稳定的运行。在一般负载情况下，只要 电动机的机械特性是下降的，整个系统 就能够稳定运行。
2.5 机电传动系统的过渡过程
2.6 机电传动系统稳定运行的条件（懂得判断）
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
机电传动系统有静态（稳态）和动态（暂态）两种运 行状态。 静态是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为 零； 动态是指系统的速度处于变化之中的状态，存在动态 转矩。 机电传动系统的静态特性是电动机的电磁 的条件
机电传动控制PPT课件
电机铭牌数据绘制；
3.2.3它励直流电动机的人为机械特性
人为机械特性 是指供电电压U或磁通Φ 不是额定值，电枢电路接有外加电阻 Rad时的机械特性.
1. 电枢串电阻；（图2-9） n
n0
R +
If
U
M
E
Ia
Rf
_
T
由公式可以推导出：
n= n0 - Δn
与固有特性比较可以看出:二者的n0 是一样 的,而转速降Δn却变大了,即特性变软；
2.4机电传动系统稳定运行的的条件
含义:一是系统能以一定速度稳定运行;二 是能经受干扰
上次课复习
生产机械运动方程 : TM-TL=J dω/dt （注意各转矩方向与旋转方向的关系） 各种生产机械的特性:
1、恒转矩负载特性； 2、离心式通风机负载特性； 3、直线型负载转矩 4、恒功率负载转矩特性 稳定运行的的条件（TM与TL关系）
2.改变电动机供电电压 n0＝U/KeΦ
这时n0受电压变化而改变，而Δn则因与电 压无关所以不变，特性如图
n n0
T
特点是： 1. 斜率不变，各条特性曲线互相平行； 2. 理想空载转速n0与U成正比； 3. 由于一般要求外加电压不超过额定电压，
所以改变电压时曲线是下移的。
4. 3.改变磁通 5. 由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ。
3.3.2. 所以一般的直流电动机不允许直接
启动
解决方法：在启动时设法限制电枢电流 （1）降压启动使U从小到大逐渐增加到
UN 注:对于降压启动需要电源电压可调。 （2）电枢回路串联电阻启动
3.3.3. 电枢串联电阻启动
（1）单段（串联一级电阻）
当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当 到TL时， KM合，由于n 不能突变，所以 从A到B点产生冲击T比较大，这时，有 较大的Ia和T
3.2.3它励直流电动机的人为机械特性
人为机械特性 是指供电电压U或磁通Φ 不是额定值，电枢电路接有外加电阻 Rad时的机械特性.
1. 电枢串电阻；（图2-9） n
n0
R +
If
U
M
E
Ia
Rf
_
T
由公式可以推导出：
n= n0 - Δn
与固有特性比较可以看出:二者的n0 是一样 的,而转速降Δn却变大了,即特性变软；
2.4机电传动系统稳定运行的的条件
含义:一是系统能以一定速度稳定运行;二 是能经受干扰
上次课复习
生产机械运动方程 : TM-TL=J dω/dt （注意各转矩方向与旋转方向的关系） 各种生产机械的特性:
1、恒转矩负载特性； 2、离心式通风机负载特性； 3、直线型负载转矩 4、恒功率负载转矩特性 稳定运行的的条件（TM与TL关系）
2.改变电动机供电电压 n0＝U/KeΦ
这时n0受电压变化而改变，而Δn则因与电 压无关所以不变，特性如图
n n0
T
特点是： 1. 斜率不变，各条特性曲线互相平行； 2. 理想空载转速n0与U成正比； 3. 由于一般要求外加电压不超过额定电压，
所以改变电压时曲线是下移的。
4. 3.改变磁通 5. 由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ。
3.3.2. 所以一般的直流电动机不允许直接
启动
解决方法：在启动时设法限制电枢电流 （1）降压启动使U从小到大逐渐增加到
UN 注:对于降压启动需要电源电压可调。 （2）电枢回路串联电阻启动
3.3.3. 电枢串联电阻启动
（1）单段（串联一级电阻）
当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当 到TL时， KM合，由于n 不能突变，所以 从A到B点产生冲击T比较大，这时，有 较大的Ia和T
《机电传动控制》教学课件—第1章 绪论
把上述各种参量的关系用方程式表示出来，则有：
TM
TL
J
dω dt
（式1-1）
TM ——电动机的输出转矩（亦称驱动转矩，N·m）；
TL ——生产机械的负载转矩（N·m）；
J ——机电传动系统的转动惯量（kg·m2）；
——机电传动系统的角速度（rad/s）；
t ——时间（s）
TM
TL
J
dω dt
成组驱动属于电动机稀缺、昂贵时期的无奈之举，现今 已经被淘汰。
（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）
程的方法
1.1 机电传动系统
1.1.1机电传动系统与机电传动控制 1. 机电传动系统的组成
机电传动系统一般由电力供应系统、电气控制系统、机 电传动机构及生产机械组成（图1-1）。
图1-1 机电传动系统的组成
2. 机电传动控制
电气控制系统和机电传动机构是机电传动系统的重要组 成部分，也是机电传动控制学科的主要研究内容。
因此，在生产工艺要求复杂多变的场合，可编程序控制 器可以大显身手，并已经成为机电传动控制系统的主流控制 器件。
图1-6 可编程序控制器控制系统
（3）数字控制系统
自1952年美国出现第一台数控铣床，1958年出现加工 中心之后，计算机数字控制（Computerized Numerical Control ，CNC）技术开始逐渐普及。
柔性制造系统FMS与计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）相融合，又促使工业生产向计算机 集成制造系统（Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）迈进。
机电传动与控制PPT课件
2021/5/20
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日本造英文字。 1984年，美国机械工程协会ASME给出现代机械系统定义：由计算机信息网络协
调与控制的，用于完成包括机械力，运动和能量流等动力学任务的机械和机电部件相互 联的系统。
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
人体五大要素
结构
机电一体化五大功能
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机电一体化系统或产品和人体功能要素
内脏
动力
五官
头脑
手足
传感器
计算机
执行 机构
骨胳
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人体五大要素
机械 结构
机电一体化五大要素
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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
如：电气接口，机械接口，人机接口
4。自动控制技术
具体控制装置和控制系统的设计。 如：位置控制，速度控制。自适应控制。自诊断校正等
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5。传感与检测技术
传感与检测是实现自动控制和自动调节的关键环节。 如：物理量，化学量和生物量等变成可视别的电信号
6。伺服驱动技术
直接指行操作的技术，实现电信号到机械动作的转换装置和部件。 如：电液马达，油缸，气缸，步进电动机，直流伺服电动机和交流伺 服电动机等等
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Td 0 Td 正值 Td 负值
恒速 加速 减速
4
2.1 机电传动系统的运动方程式
TM与n同向为正 TL与n相反为正
拖动矩 （TM、n同向）
制动矩 （TM、n反
向）
启动时
TM
TL
GD2 375
dn dt
制动时
TM
TL
GD2 375
dn dt
TM与n符号相同，则TM作用方向与n相同，TM为拖动转矩；
2.2.1 负载转矩的折算
负载功率: Fv
TLM
Fv
c
2 n
60
TL
Fv
cM
TL
9.55Fv （2.8）
c nM
多轴直线运动系统
TL
9.55 Fv nM
c
(2.9) （下放重物）
c
1 2
c
c c
9
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
2.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算
第二章 机电传动系统的动力学基础
2.1 机电传动系统的运动方程式 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 2.3 生产机械的机械特性 2.4 机电传动系统稳定运行的条件
1
2.1 机电传动系统的运动方程式
电动机 （M）
TL
生产机械
TM 图2.1 单轴拖动系统
TM TL TM TL
n TL Cn
n TL K / n
0 T0
T
离心式通风机 型机械特性
0
T
直线型机械特性
0
T
恒功率型机械特性
nc nc
d 0
dt
d 0
dt
+TL
静态（稳态）
动态（加速或 减速）
2
2.1 机电传动系统的运动方程式
单轴机电传动系统的运动方程式
TM
TL
J
d
dt
2.1
J m 2 mD2 / 4 G mg
J GD 2 4g
(2.2)
2 n (2.3)
60
49)
1 32
(196
450.8)
1
3 52
340N m2
近似计算
GDz2
GDM2
GDL2
J
2 L
[1.15
294
450.8 (3 5)2
]
340.1N
m2
14
2.3 生产机械的机械特性
生产机械的特性 n f (TL ) 2.3.1 恒转矩型机械特性 TL C
n
-TL
TL T
n
TL
T
（a）反抗转矩
（ 摩擦转矩）
（T与n的方向恒为相反）
1
（b）位能转矩 （因重力产生的转矩） （T的方向恒定与无关）
15
2.3 生产机械的特性
2.3.2 离心式通风机型机械特性 2.3.3 直线型机械特性 2.3.4 恒功率型机械特性
n TL T0 Cn2
TM与n符号相反，则TM作用方向与n相反，TM为制动转矩；
TL与n符号相同，则TL作用方向与n相反，TL为制动转矩；
TL与n符号相反，则TL作用方向与n相同，TL为拖动转矩。
5
2.1 机电传动系统的运动方程式
例2-1 1.列出系统的运动方程式； 2.说明系统运行的状态。
拖动 转矩
制动矩
制动矩
拖动 转矩
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
6
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。
7
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
M、1、L－－－ 中间轴、电机轴上的齿数。
Z1、Z
－－－－－
M
10
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
2.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算
依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总飞轮矩为
GDZ2
GDБайду номын сангаас2
GD12 j12
GDL2 jL2
(2.11)
（旋转型）
式中，GDM2 、GD12、GDL2－－－ 电机轴、中间轴、生产机 械轴上的飞轮转矩。
解（1）
TL
TLL c M
TL 470.4 34.1N m
c j 0.92 3 5
13
解（2）飞轮矩的折算
GDZ2
(GDM2
GD12 ) (GD22
GD32 )
1 j12
(GD42
GDL2 )
1 jL2
(294
29.4)
(78.4
TM
TL
GD 2 375
dn dt
2.4
TM----电动机转矩 TL----负载转矩 GD2---飞轮矩 n-----转速 t-----时间
3
2.1 机电传动系统的运动方程式
动态转矩
Td
GD2 375
dn dt
(2.5)
TM TL Td
(2.6)
TM TL TM TL TM TL
GDL2 jL2
Gv2 365 nM2
多轴系统的运动方程式
TM
TL
GDZ2 375
dnM dt
(2.14) (2.15)
(2.16)
12
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
例2-2 Z2/Z1=3，Z4/Z3=5， c 0.92
GD12 29.4N m2 GD22 78.4 GD32 49 GD42 196N m2 GDM2 294 GDL2 450.8 TL 470.4N m
经验公式
JZ
JM
JL jL2
GDZ2
GDM2
GDL2 jL2
1.1～1.25
(2.12) (2.13)
11
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
直线运动系统
折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
m
v2
2 M
GDZ2
GDM2
GD12 j12
2.2.1 负载转矩的折算
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:
TLM
传动效率：
c
TLL TLM
TL TL j
TL
TL
jc
2.7
多轴旋转拖动系统
速比
j M / L
传动效率
c
8
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总转动惯量为
JZ
JM
J1 j2
1
JL jL2
(2.10)
（旋转型）
式中：J
M、J1、J
－－－
L
电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量；
j1
M 1
Z1 －－ ZM
电动机轴与中间传动轴之间的速比；
jL
M L
－－－－
电机轴与负载轴之间的速度比； 电机轴、中间轴、负载轴上的角速度