机电传动控制1-3

干扰过后 T＞TL →n →T →T = TL → a 点。 n →T →T = TL → a" 点。 干扰使 TL 干扰过后 T＜TL → n → T →T = TL → a 点。
第一章 概 述
1.3 机电传动及其控制系统的发展概况
★机电传动的发展：
成组拖动——一台电动机拖动一根天轴（或地轴），然后再由 天轴（或地轴）通过皮带轮和皮带分别拖动多台生产机械。
特点是生产效率低、劳动条件差、一旦电动机出现故障， 将造成成组的生产机械停车；
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。
n vj 2 Ji 2 m ( 2 ) j JM J / j m ( v j i i L l i 1 j 1 i M m
[ J ] J M J 2 / j2 J 3 / j3 m j (
2 2
n
/ L )
vj
2
2
忽略中间传动机构的转动惯量 2 [ J ] J M J L / jL
2
2.3 生产机械的机械特性
机械特性：力（力矩）与运动参数（包括位移、速度、 加速度）之间的关系。 生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性： n=f (T M)
2.3 生产机械的机械特性
几种典型机械特性： 1. 恒转矩型机械特性 特点：TL=常数。 例：机床切削、提升机、皮 带运输机等。包括反抗转 矩和位能转矩。 反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性体的 压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩。机械 加工过程中切削力产生的负载转矩就是反抗转矩。 位能转矩：由物体的的重力和弹性体的压缩、 拉 伸与扭转等作用而产生的负载转矩。
2.1 机电传动系统的运动学方程
★运动状态
讨论： 1）当 TM=TL 时，加速度为零，电机转速为零或 为常数，运动状态为静态（或稳态）； 2）当TM >TL 时，dn/dt >0，系统加速， 动态 当TM<TL 时，dn/dt <0，系统减速。
GD2 dn TM TL Td 375 dt TM TL Td
1.２ 机电传动的目的和任务 3）机电传动控制 目前由于生产技术的不断发展，生产机械的自动化 程度和生产精度不断提高，所以要求机电传动系统不 仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制。
第一章 概 述
机电传动控制：
重型镗床为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下 进给，即要求系统有很宽的调速范围；
b
a 点:
O
TL
T＜TL
T
n → T → a'点。 干扰使 TL 干扰过后 T＞TL →n →T →T = TL → a 点。
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
讨论：
n n0 a" a
b
结论：a点 是稳定的 平衡点。
T
a 点:
O
TL
T＜TL
干扰使 TL
n → T → a'点。
数控机床
第一章 概 述
1.1 机电一体化技术产品的组成要素
信息处理
传感器
执行 机构
机械 本体
第一章 概 述
1.1 机电一体化技术产品的组成要素
电动机 和控制 电动机 的一整 套电气 系统 控制电动 机的系统 驱动运动部件的原动机 （各种电动机）之总称 机电系统完成生 产任务的基础
第一章 概 述
第一章 概 述
★机电传动的目的和任务 1、任务： 将电能转换为机械能； 实现生产机械的启动、停止以及速度的 调节； 完成各种生产工艺过程的要求； 保证生产过程的正常进行。
第一章 概 述
★机电传动的目的和任务
2、目的：
从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、 生产线、车间乃至整个工厂都实现自动化。 从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产 产品数量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本 的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用等。
轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在 不到一秒的时间内完成从正转到反转的过程，即要求系统能迅 速启动、制动和反向； 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个机架或分部，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，由数台或十几台设备组成的生产自动线， 要求统一控制或管理。
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
由机电传动系统的运动方程式：
TM TL GD 2 dn 375 dt
为了使系统运行合理．电动机的机械持性与生产机 械的机械特性要互相配合。特性配合好的一个基本 要求是系统能稳定运行。
小球稳 定动画
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
一、机电传动系统的稳定运行含义： 1、系统应能以一定速度匀速运转； 2、系统受某种外部干扰时，运行速度稍有变化，应保
M
TL ——负载转矩 J ——转动惯量, J=m2
2.1 机电传动系统的运动学方程
★运动方程式：
TM
d TL J dt
2 G g
GD dn TM TL 375 dt
2
2
实际工程中：常用飞轮转矩GD2代替J，用n代替。
J m
2 n / 60

D2 4
GD 4 gJ
等效负载转矩 TL
C M
' TL L

C j
' TL
，其中j M / L
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
1.负载转矩的折算
折算原则： 功率守恒
a) 对于旋转运动：
' ' 前： P T 制动状态： L LL 后：P M TLM PM C PL' ,TL M CTL' L CTL' L CTL' 等效负载转矩TL , 其中j M / L M j Notice : C为整个传动机构的总效率，C＝1 23 .
证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。
二、机电传动系统的稳定运行条件
必要条件：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械 2
GD dn T T M L 特性曲线有交点,即TM＝TL。 375 dt
充分条件：扰动消除后仍能回到原来的平衡点。
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
讨论：
n n0 a a'
—— 它是你建筑机电专业大厦的基石
济南大学 机电传动控制课题组制作
第一章 概 述
1.1 机电一体化技术产品的组成要素
洗衣机
第一台火星探测器Sojourner
第一章 概 述
1.1 机电一体化技术产品的组成要素
六轴工业机械手
第一章 概 述
1.1 机电一体化技术产品的组成要素
• 数控机床 • 本机床属三座标数控铣床，能完成铣、 镗、钻等切削运动，可在没有模具的 情况下完成凸轮、样板、模具等形状 复杂零件的加工。 • 结构特点 • 1、主轴采用无级调速。 • 2、进给系统由交流伺服电机驱动。 • 3、滑动面优质贴塑与淬硬磨削导轨 配合，具有良好耐磨性及伺服性。 • 4、配有主轴快换螺母换刀装置。 • 5、根据需要可加配第四轴。
第一章 概 述
1.４ 课程的性质的和任务
性质：是机械工程及自动化专业基础课程。 任务：以伺服驱动系统为主导，以控制为线 索，系统介绍电动机基本原理、运行 特性、控制方法、控制手段等知识。
第一章 概 述
1.5 课程的内容安排
重 点 内 容
第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第九章 第十章
机电传动系统的动力学基础 直流电机的工作原理及特性 交流电机的工作原理及特性 控制电动机 继电器-接触器控制 直流调速系统 交流自动调速系统
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
b) 对于直线运动：
折算原则： 功率守恒
前; P F v ， 后: PM TL M
' L
电动：C F / TL M， M 2 nM / 60 TL 9.55F / C nM
制动：TL 9.55C F / nM
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
GD dn TM TL 375 dt
2
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
1.负载于旋转运动： 电动状态： 前：PL' TL' L 后：P M TLM
C 为传动效率， C P / PM， C＝T L / TL M
' L ' L
第一章 概 述
1.3 机电传动及其控制系统的发展概况 ★控制系统的发展： • 接触器—继电器控制: 控制速度慢，控制精度差。 • 电机放大机控制: 实现连续控制。 • 晶闸管、晶体管控制： 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。 • 计算机控制：把晶闸管技术与微电子技术，计算机 技术结合在一起，使晶体管和晶闸管控制具有 强大的生命力。
1.２ 机电传动的目的和任务
★传动：运动的传递（能量） 1).传动的分类 机械传动：齿轮、杠杆、皮带 流体传动：液压与气动，液力传动 机电传动：电动机
注：有时，在一个生产机械中由几种传动形式联合工作。
2）机电传动(又称电力传动或电力拖动)：就是指以 电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。
第一章 概 述
2. 转动惯量的折算 折算原则：动能守恒
设传动系统有 m个转动件和 n个平动件组成，转 动件的转动惯量和角速度分别为 Ji和ωi；平动件的质 量和速度分别为mj和vj；系统总的动能为：