机电传动控制-1
2020年中国石油大学北京网络学院 机电传动控制-第一次在线作业 参考答案
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B、电枢绕组
C、励磁绕组
D、风扇
我的答案:C 此题得分:2.5分
9.(2.5分) 复励直流电机的励磁绕组和电枢绕组是 。
A、串联
B、并联
C、单独分开连接
D、一部分串联其他的并联
我的答案:D 此题得分:2.5分
10.(2.5分) 直流电动机最常用的启动方式是_________。
A、串电阻启动
错误
我的答案:错误此题得分:2.5分
17.(2.5分) 机电传动系统中,电动机的转矩始终大于负载的转矩,就是稳定系统。
正确
错误
我的答案:错误此题得分:2.5分
18.(2.5分) 典型生产设备的机械特性中,反抗转矩方向总是与运动方向相反。
正确
错误
我的答案:正确此题得分:2.5分
19.(2.5分) 电动机运行在启动状态下,电动机转矩和转速方向是相反的。
A、减速
B、加速
C、匀速
D、停止
我的答案:C 此题得分:2.5分
5.(2.5分) 设电动机某一转动方向的转速n为正,则约定电动机转矩TM与n_________的方向为_________。
A、一致、正向
B、一致、反向
C、相反、正向
D、以上都不对
我的答案:A 此题得分:2.5分
6.(2.5分) _________的作用方向恒定,与运动方向无关。
A、Ke
B、Φ
C、Ia
D、U
我的答案:B 此题得分:2.5分
13.(2.5分) 直流电动机调速系统,若想采用恒转矩调速,则可改变_________。
A、Ke
B、Φ
C、Ia
D、U
我的答案:D 此题得分:2.5分
(完整版)机电传动控制(第5版)-1
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4
8
6V
SB1 SB3 SA2
11
SA1 0
5
79
FR1
FR2
1U 1V1W
2U 2V2W
3U 3V3W
SB2 KM1
103
KM1
3MM~
3MM~
MM
13U~
202
6
10
PE
7.5KW
90W
250W
HL EL KM1 KA2 KA1 QF
1450r/min 3000r/min 1360r/min
3 10 X 6 X 5 X
KM1
11 14 17
31 32
KM5 KM4
103
18
26
19 FR2
HL1 HL2 EL KM1 KT1 KM2 KM3 KM4
3 8 X 12 12 4 X 11 4 X 11 5 X 12
310 X 13 4 X 4 X 5 X
3
445
KM5 KT2 KT3 YA1
5 X 12 1212 12 5 X 14 12 5
PE
4KW
1.5KW
1440r/min 1400r/min
FR2
3U 3V 3W
3MM~3
4U 4V 4W
MM4
31U~
0.75KW 1390r/min
90W 2760r/min
TC 1 FU3 2
3
110V 101 FU4
SB1 FR1 4
SB5
SQ4 SB6 SB7
KT3
KT2
SB4
7 12 20
27 30
SQ5 33
24V
102
201 FU5 6V 202
机电传动控制教学课件
![机电传动控制教学课件](https://img.taocdn.com/s3/m/f8db627966ec102de2bd960590c69ec3d5bbdb82.png)
机械特性方程
机械特性的硬度
dT Δ T 100%
dn Δ n
(1)绝对硬特性 (2)硬特性>10 (3)软特性<10
二、固有机械特性
在额定条件(额定电压UN和额定磁通 N )下和电枢电路内不外
接任何电阻时的 n=f(T)
即:
n UN
Ra
T
Ke N 9.55(Ke N )2
固有特性的计算方法: (1) 估算电枢电阻Ra
4)Φ≤ΦN,n≥nN
3.5 直流他励电动机的制动特性
1.制动与启动 启动:电动机速度从静止加速到某一稳定转速的一种运动状态;
制动:电动机速度是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制 位能负载下降速度的一种运转状态。
2. 制动与自然停车 1)自然停车:电动机脱离电网,靠很小的摩擦阻转矩消耗机 械能使转速慢慢下降,直到转速为零而停车。 2)制动:电动机脱离电网,外加阻力转矩使电动机迅速停车。
2.位能转矩 , 其特点为:
✓转矩大小恒定不变; ✓方向不变
二、离心式通风型机械特性
TL Cn2
其中:C为常数。
三、直线型机械特性 TL Cn
其中:C为常数。
四、恒功率型机械特性
恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度n的大小成正比,
即
TL
C n
其中:C为常数
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;
当T的方向与n同向时,符号与n相同;T为 拖动转矩 当T的方向与n反向时,符号与n相反;T为制动转矩
2. TL的符号与性质
当TL的方向与n同向时,符号与n相反;TL为 拖动转矩
当TL的方向与n反向时,符号与n相同;TL为制动转矩
《机电传动控制》讲义1
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机电传动的发展过程
成组拖动:一台电机通过天轴拖动多台生产机械。
二战中的德国 “鼠”式坦克(MAUS)
单电机拖动 :一台电机拖动一台生产机械。
一台电气拖动一台机床,较之成组拖动简化了传动机构,缩 短了传动线,提高了传动效率。
例:传统中小型机床
多电机拖动 :
一台生产机械的每一个运动部件分别由一台电机 拖动。采用了多电机拖动以后,不但简化了机械结 构,提高了传动效率,而且易于实现各运动部件的 自动化。
25
1937 年,美国建成第一条 287 kV 超高压输电 线路。
1957 年,美国建成第一台超临界火力发电机组, 125 MW。
1970 年,法国制成第一台燃气-蒸汽联合循环 发电机组。
1979 年,美国建成第一座海水温差发电站。 1990 年,美国建成第一条 750 kV 超高压直流 输电线路,2400 km,6000 MW。 1990 年,前苏联建成第一条 1150 kV 特高压直 流输电线路, 1936 km,5000 MW 。 1991 年,巴西建成世界最大水电站尹泰普水电 站,12600 MW。 26
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
课程内容定位 ——本课程为机械类专业的电气类课程
(1)设备组成:机械部分、电气部分。 (2)电气部分:强电部分、弱电部分。 (3)强电部分:设备驱动和控制。
——本课程重点研究设备驱动与控制
本课程的主要内容
电机与拖动基础知识; 机电传动控制技术
较短
要求较 较
高
小
没有
远距离 良好
短
要求更 高
小
机械传动 小~大 一般
一般一般没有来自短距离较困 难一般
机电传动控制课件-第1章 绪论
![机电传动控制课件-第1章 绪论](https://img.taocdn.com/s3/m/100883e5bceb19e8b9f6ba47.png)
Td 动态转矩
Td
TM
TL
GD 2 375
dn dt
转矩平衡方程式: TM TL Td
TM TL Td
系统处于稳态时,电动机输出转矩的大小,仅由电 动机所拖动的负载转矩决定。
2.转矩方向的确定
因为电动机和生产机械以共同的转速旋转,所以,一般
以 n(或 )的转动方向为参考 来确定转矩的正负。
为正。此时,系统的运动方程式为:
为负,TL
2 dn TM TL J 60 dt
当重物下降时,TM 为正,TL 也为正。TM 、TL 、n
的方向如图所示。
2 dn TM TL J 60 dt
TL
TM
J
2 60
dn dt
3.多轴拖动系统的等效折算
TM
TL
GD 2 375
dn dt
负载转矩的折算
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。
2.电气控制系统的发展 (1)继电器—接触器控制系统
“硬逻辑”
难以实现控制 关系的“随机 应变”
在相对简 单的控制系统 中,仍占据主 导地位
(2)可编程序控制器(PLC)控制系统
微电子和计算机技 术 “软逻辑”
(1)TM的符号与性质
当 TM的实际作用方向与 n 的方向相同时(符号相同), 取与 n 相同的符号,TM 为驱动转矩;
当 TM的实际作用方向与 n 的方向相反时,取与 n 相
反的符号,TM 为制动转矩。
驱动转矩促进运动; 制动转矩阻碍运动。
(2) TL 的符号与性质
GD 2 dn
TM TL 375 dt
n
《机电传动控制》课件
![《机电传动控制》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/a784c9a7f9c75fbfc77da26925c52cc58bd690b3.png)
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_(01)
![机电传动控制_(01)](https://img.taocdn.com/s3/m/907f17b51a37f111f1855b1a.png)
2 d n 60 d t
TM TL J
2 dn 2 d n T T J 即: L M 60 dt 60 d t
因此重物下降时,TM为制动转矩,TL为拖动转矩。
2. 2 多轴拖动系统的简化 一、多轴拖动系统的组成 电动机通过减速机构(如减速齿轮箱、蜗轮蜗杆等)与生产机械相 连,如图所示:
举例: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。 当重物上升时: TM 为正, TL为正。 TM 、 TL 、 n 的方向如图( a )所 示。运动方程式为:
TM TL J
因此重物上升时,TM为拖动转矩,TL为制动转矩。 当重物下降时: TM 为正, TL为正。 TM 、TL、 n的方向如图(b)所示。运动方程式为:
TM d n 60 d t
……运动方程式
T M T L T d ……转矩平衡方程式
TM ─ 电动机的输出转矩(N.m); TL─ 负载转矩( N.m); J ─ 转动惯量(kg.m2); n ─ 速度( r/min);
─ 角速度( rad/s);
t ─ 时间( s ); 动态转矩( N.m)。
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、 放大器件的不断更新,机电传动控制系统的发展日新月异,它主要 经历了四个阶段: 1.继电器—接触器控制:出现在20世纪初,它仅借助于简单 的接触器与继电器,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; 2.电机放大机控制: 3.磁放大器控制和大功率可控制水银整流器控制: 4.数字控制(NC) :自动化程度、通用性和加工效率。
PM M Teq
PL L TL
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](https://img.taocdn.com/s3/m/102a2915e97101f69e3143323968011ca300f7d3.png)
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](https://img.taocdn.com/s3/m/31a32600dcccda38376baf1ffc4ffe473368fdb1.png)
《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(1)
![机电传动控制(1)](https://img.taocdn.com/s3/m/fef8f80b647d27284b735191.png)
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。
机电传动控制课件
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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](https://img.taocdn.com/s3/m/9c2fcf9fab00b52acfc789eb172ded630a1c9868.png)
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-1直流电机②
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第一 部分
第二 部分
第1章 直流电机 ·第二部分
选择 ① 在了解直流电动机的基本结构的基础上, 电动机 理解 着重掌握直流电机的基本工作原理,特别应掌 基础 握转矩方程式、电势方程式和电压平衡方程式; 学习 ② 掌握直流电动机的机械特性,特别是人为机械特性; 重点 ③ 掌握直流电动机启动、调速和制动 的各种方法,以及各种方法的优缺点和应用场所; ④ 学会用机械特性的四个象限分析直流 拓展 电动机运行状态; 应用 ⑤ 学会根据他励直流电动机的铭牌技术 数据,确定电动机启动等运行特性。
表示:曲线的平直程度 静差度 (见第4章) 电动机运行时转速的 稳定程度的技术指标
第1章 直流电机 1-3 直流电动机的机械特性
二、直流他励电动机的固有机械特性
机械特性表达式
机 电 传 动 控 制
电枢电路电阻 R=Ra ,(附加Rad=0) 电枢电压 U=UN, 磁通 Φ=ΦN 时的机械特性称为固有机械特性
部分
机 电 传 动 控 制
直 流 电 机
转 子
旋转 部分
电枢铁心:主磁路的一部分,放置电枢绕组 电枢绕组:由导线绕制而成,是电路的一部分 换向器:与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承 风扇
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第1章 直流电机 1-1 直流电机的基本结构与工作原理
一、直流电机的基本结构 主磁极 电刷装置 机座 换向器
机 电 传 动 控 制
电磁转矩T 为拖动转矩,方向与n 相同 (定子) 励磁 电动势E为反电势,它与外加电压 回路 产生的电流Ia方向相反。 U=E+IaRa
(3)电压平衡方程式
外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。
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第1章 直流电机 1-1 直流电机的基本结构与工作原理
《机电传动控制》教学课件—第1章 绪论
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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。
《机电传动控制》讲义1
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力
慢
环境要求
气压传动 小~中 较快 适应性好
液压传动
中~ 极 大
较慢
电 电 气 小~大
传
动
电 子
最小
快 最快
不怕振动 要求高
要求特高
构造 简单 复杂 稍复杂 最复杂
负载变化 影响
操作距离
无级 调 速
工作寿 命
较大
中距离 较好
长
维护 一般
体 积
中 等
有一些
短距离
良好
一般
要求高
较 大
几乎没有 远距离
良好
应排除冷凝水
小
一般
一般
好
好
较好
好
小
中
对空气污染小,要 要防漏油和噪声 防止噪声
长
较长
便宜
较贵
要特殊保护措施 差 可能引起误操作 差 大 污染小,要防噪声
电器控制低于气动,电 子控制最长 电器控制便宜,电子控 制较贵
小 一般
较差 小 要防噪声
长
一般
三、机电传动的应用领域
广泛应用于工农业生产、航天航空、交通运输、 日常生活等方面
机电传动控制中继电器-接触器控制 交直流调速控制 伺服驱动控制 步进电机控制
学习任务
掌握电机、电气传动和电机控制的基本原理 和方法。
认识设备与电气元件,了解其工作原理及作 用,以及图形表达方法等。
初步掌握机电传动系统的分析、设计方法。 能运用所学的知识去分析解决机电工程中的
•织布机 减速器
•普通机床 控制
电动机
•电力机车
•飞机
•装甲车辆
•电梯
•家电
四、机电传动及控制的发展史
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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。
1.2 机电传动控制的发展1.2.1 机电传动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。
20世纪初,由于电动机的出现,使得机床的传动方式发生了深刻的变革,电动机替代了蒸汽机。
而后,它的发展大体上经历了成组拖动、单电机拖动、多电机拖动和交、直流无级调速四个阶段。
1. 成组拖动成组拖动是用一台电动机拖动一根天轴,然后再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械,这种传动方式生产效率低、劳动条件差,一旦电动机发生故障,将造成成组的生产机械停车。
2. 单电机拖动单电机拖动是用一台电动机拖动一台生产机械。
较之成组拖动,单电机拖动简化了传动机构,缩短了传动路线,提高了传动效率,至今仍有一些中小型通用机床采用单电机拖动。
3. 多电机拖动多电机拖动是指一台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动,例如龙门刨床的刨台、左右垂直刀架与侧刀架、横梁及其夹紧机构,均分别由一台电动机拖动,这种传动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构,而且控制灵活,为生产机械的自动化提供了有利的条件,所以现代化机电传动基本上均采用这种传动形式。
4. 交、直流无级调速电气无级调速具有可灵活选择最佳切削速度和极大简化机械传动结构的优点。
由于直流电动机具有良好的起动、制动和调速性能,可以很方便地在宽范围内实现平滑无级调速,所以30年代以后直流调速系统在重型和精密机床上得到广泛应用。
60年代以后,由于大功率晶闸管的问世,大功率整流技术和大功率晶体管的发展,晶闸管直流电动机无级调速系统和采用脉宽调制的直流调速系统获得广泛应用。
80年代以后,由于半导体交流技术的发展,使得交流电动机调速系统有突破性进展。
交流调速有许多优点。
单机容量和转速可大大高于直流电动机。
交流电动机无电刷与换向器,易于维护,可靠性高。
与直流电动机相比,交流电动机还具有体积小、重量轻、制造简单、坚固耐用等优点。
目前,交流调速已突破关键性技术,从实用阶段进入了扩大应用、系列化的新阶段。
以鼠笼式交流伺服电动机为对象的矢量控制技术,是近年来新兴的控制技术,它能使交流调速具有直流调速的优越调速性能。
交流变频调速器、矢量控制伺服单元及交流伺服电动机已日益广泛地应用于工业生产中。
交流调速的发展必将对机床行业产生深远影响,必须引起充分重视。
1.2.2 机电传动控制系统的发展自从以电动机作为原动机以来,伴随着电气拖动的发展,机电传动控制系统的发展经历了以下几个阶段:1. 继电接触器控制最早的自动控制是20世纪20~30年代出现的传统继电接触器控制,它可以实现对控制对象的起动、停车、调速、自动循环以及保护等控制。
其优点是所用控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、易于掌握、工作可靠、维护方便,在机电传动控制中得到广泛的应用。
但是经过长期使用,这种控制方式的不足之处也日益显现,即体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难;由于是有触点控制,在控制系统复杂时可靠性降低。
因此不适合对生产工艺及流程经常变化的机械进行控制。
2.顺序控制器控制在20世纪60年代,随着半导体技术的发展,出现了顺序控制器。
它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置,具有易于修改程序、通用性较强等优点,广泛用于组合机床和自动线上。
3. 可编程序控制器PLC可编程序控制器PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产品。
它是以微处理器为核心、顺序控制为主的控制器,不仅具有顺序控制器的特点,而且具有微处理器的运算功能。
PLC的设计以工业控制为目标,因而具有功率级输出、接线简单、通用性强、编程容易、抗干扰能力强、工作可靠等优点。
它一经问世便以强大的生命力,迅速地占领了传统的控制领域。
PLC的发展方向之一是微型、简易、价廉,以图取代传统的继电接触器控制;而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能、对大规模复杂控制系统能进行综合控制。
4. 数字控制技术NC数字控制技术是以数字化的信息,通过数控装置(专用或通用计算机)实现控制的技术,数控机床是其最典型的产品。
它集高效率、高柔性、高精度于一身,特别适合多品种、小批量的加工自动化。
早期的数控装置实质上就是一台专用计算机,由固定的逻辑电路来实现专门的控制运算功能,可以实现插补运算。
在数字控制的基础上,又出现了以下几种控制方式:1)计算机数字控制技术CNCCNC又称计算机数字控制技术,它是利用小型通用计算机来实现数控装置的运算功能,其运算功能更强。
2)加工中心机床MC加工中心机床是采用计算机数字控制技术,集铣床、镗床、钻床三种功能于一体的加工机床,它单轴加工,配有刀库和自动换刀装置,大大地提高了加工效率,是多工序自动换刀数控机床。
3)自适应数控机床AC自适应数控机床可针对加工过程中加工条件的变化(如材料变化、刀具磨损、切削温度变化等),自动进行适应调整,使加工过程处于合理的最佳状态。
自适应数控机床基于最优控制及自适应控制理论,可在扰动条件下实现最优。
4)柔性制造系统FMS柔性制造系统将一组数控机床与工件、刀具、夹具以及自动传输线、机器人、运输装置相配合,并由一台中心计算机(上位机)统一管理,使生产多样化,为生产机械赋予柔性,可实现多级控制。
FMS是适应中小批量生产的自动化加工系统。
有些较大的FMS是由一些较小的FMS组成,而这些较小的FMS系统也称为柔性加工单元(FMC)。
5)计算机集成制造系统CIMS虽然柔性制造系统具有柔性,但是由于缺少计算机辅助设计等环节,因此不能保证“及时生产”(即边生产边设计)。
计算机集成制造系统是在柔性制造系统的基础上,增加计算机辅助设计环节,从而使设计和制造一体化。
它利用计算机对产品的初始构思设计、加工、装配和检验的全过程实行管理,从而保证了生产既多样化,又能“及时生产”,使整个生产过程完全自动化。
只要向CIMS系统输入所需产品的有关信息和原始材料,就可以自动地输出经检验合格的产品。
因此,CIMS是今后机电传动控制系统的发展方向。
1.3 机电传动控制系统的组成和分类1.3.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统是一种实现预定的自动控制功能,以满足生产工艺和生产过程的要求,并达到最优技术经济指标的控制系统,是现代化生产机械中的重要组成部分,其性能和质量在很大程度上影响着产品的质量、产量、生产成本和工人劳动条件。
机电传动控制系统以电动机为控制对象,按工艺要求对生产机械进行控制,因此机电传动控制系统的硬件组成可以包括电动机、控制电器、检测元件、功率半导体器件及微型计算机等。
大型的机电传动控制系统往往需要控制多台电动机,可以采用多层微型计算机构成网络来实现控制。
1.3.2 机电传动控制系统的分类按组成原理分,机电传动控制系统可分为开环系统和闭环系统。
在开环控制的传动系统中,虽然系统输入的控制信号保持不变,但是在扰动的作用下,输出量将偏离给定值。
如图1.1所示,一个机电传动开环控制系统由晶闸管变流器、电动机和工作机械组成,其中工作机械包含传动机构和执行机构。
在该系统中,晶闸管变流器向电动机供电并控制其运行状态。
当电网电压波动、负载转矩变化等扰动作用于系统时,将导致系统输出量偏离给定值,此时系统的静态和动态特性将由变流器、电动机和工作机械的特性决定。
扰动图1.1 机电传动开环控制系统如图1.2所示的闭环机电传动系统采用测速发电机、位置传感器等检测装置来测量系统的输出量,并将其转换成与被测量成正比的电信号。
当输出量的反馈值偏离给定输入值时,控制器将根据偏差信息产生控制信号,并作用到变流器上,以确保系统输出具有预期的特性。
扰动图1.2 机电传动闭环控制系统按控制目的分,机电传动控制系统又可分为定值控制、位置随动控制和程序控制。
定值控制可以保持受控量恒定,最常见的机电传动定值控制系统是稳速控制系统。
当然,这种系统也可以控制生产过程中的其他工艺参数,如带形物料卷取时的张力控制。
位置随动控制可以用来控制工作机构的位移,即电动机的转角按事先规定的或者未知的规律变化。
典型例子是雷达天线的方位控制系统,其功能是将天线对准所跟踪的目标。
程序控制可以使受控量按预先确定的规律变化。
如机床上刀具的位移控制系统就属于程序控制,其功能是实现切削刀具和工件之间的复杂运动轨迹。
由此可见,将机电传动控制系统按控制目的进行分类,主要取决于给定量的变化特性,而与系统的构成原理无关。
习题与思考题1.1机电传动控制的主要目的和任务是什么?1.2机电传动以及机电传动控制技术的发展分别经历了哪几个阶段?今后的发展方向是什么?1.3机电传动开环系统和闭环系统的优缺点是什么?1.4按控制目的分类,机电传动控制系统分为哪几种?试简要说明。