机电传动与控制
机电传动与控制教学大纲2023
机电传动与控制教学大纲2023一、课程基本信息课程名称：机电传动与控制课程代码：＿____课程类别：专业核心课学分：＿____总学时：＿____理论学时：＿____实践学时：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质本课程是机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业核心课程。
它是一门综合性较强的课程，涉及机械、电气、控制等多个学科领域的知识，旨在培养学生综合运用机电知识解决实际工程问题的能力。
（二）课程目标1、知识目标了解机电传动系统的基本组成和工作原理。
掌握常用电机的工作原理、特性及选择方法。
熟悉电气控制电路的基本原理和设计方法。
理解可编程控制器（PLC）的工作原理及编程方法。
掌握机电传动系统的调速方法和制动原理。
2、能力目标能够正确选择和使用电机，并能对其进行简单的维护和故障诊断。
能够设计和分析简单的电气控制电路。
能够运用 PLC 进行控制系统的设计和编程。
能够对机电传动系统进行调速和制动控制的设计与调试。
3、素质目标培养学生的工程意识和创新思维能力。
提高学生的团队协作和沟通能力。
增强学生的责任心和敬业精神。
三、课程内容与要求（一）机电传动系统概述1、机电传动系统的组成和发展了解机电传动系统的组成部分，包括动力装置、传动机构、执行机构和控制系统。
熟悉机电传动系统的发展历程和趋势。
2、机电传动系统的运动方程式掌握机电传动系统的运动方程式，理解其物理意义。
能够运用运动方程式分析系统的运行状态。
3、机电传动系统的稳定运行理解机电传动系统稳定运行的条件。
学会分析系统在不同负载特性下的稳定运行情况。
（二）直流电机1、直流电机的工作原理和结构了解直流电机的工作原理和基本结构。
熟悉直流电机的励磁方式。
2、直流电机的电枢绕组和磁场掌握直流电机电枢绕组的构成和连接方式。
理解直流电机磁场的分布和特点。
3、直流电机的基本方程和运行特性推导直流电机的基本方程，包括电动势方程、电磁转矩方程和功率方程。
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
'
机电传动控制课件
电动机的分类
旋转电机：实现直线运动需要专门的机 械传动装置，在高速、高精度应用中有 一定缺陷（高速高精度、直接驱动）。
直线电机：电机的重要方向，可以实现 高速、高精度加工，机械传动机构简单。 （两个发展方向：一种是大推力，另外 是高相应。）
直 流 、 无 刷 直 流 、 交 流 电 机 比 较
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
不中的有载··方转时难；，转作向矩为理位反矩用无大正，解能抗方关小，其，转向转，恒有特不在即矩矩定时点变在运TT不为LL为某，的的动变负：一与；符符方。方运号号程向动式则正
（阻好碍理运解动吗，？而？在？另）一方向 促进运动。
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 而按产2生.1的节负中载关转于矩转。矩机正械方向 加的工约过定程可中知切，削力反产抗生转的矩恒
机电传动控制技术是现代制造业的基础（各种 制造装备都是以机电传动控制为基础）
机电传动与控制技术的发展有力地推动社会的 进步（提高产品质量、制造能力）
信息社会更离不开机电传动与控制技术（信息 设备产品、信息的应用等）
机电传动与控制技术的发展
传动技术的发展（简化机械结构、直接驱动） 电动机的发展（交流、直线、高性能、大、小
虚线表示 在有摩擦 负载的实 际情况
TL Cn2
十二、直线型机特性械
实验室中模拟负 载用的他励电动 机，当励磁电流 和电枢电阻固定 不变时，其电磁 转矩与转速成正 比，即呈现直线 型机械特性。
TL Cn
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
第一章 机电传动与控制ppt课件
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
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（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。
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（5）。控制及信息处理单元
将各传感信息和外部命令进行集中存储，分析，加工，并 按一定的程序和节奏发出相应的指令。控制整个系统有目 的运行。
组成：计算机，可编程控制器PLC，数控装置，逻辑电路， I/O,A/D，D/A。
要求：处理速度快，可靠性高，抗干扰能力强。完善的系 自我诊断功能。 智能化，小型化，轻量化，标准化等。
（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。
根据控制信息和指令，完成要求的动作。 执行机构是运动部件：机械，电磁，电液等。
要考虑匹配性，改善性能，提高刚度，减轻重量， 实现模块化，标准化和系列化。提高整体的可靠性。
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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。
A.机电一体化技术
它是微电子技术，计算机技术，信息技术与机械 技术相结合的，新兴的综合性的高新技术与微电子技 术的有机结合。
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
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。
机电传动与控制课程设计
系统可靠性与安全性考虑
机电传动与控 制系统的集成 与优化需要考 虑系统的可靠
性和安全性
系统的可靠性 是指系统在规 定的条件下和 规定的时间内 完成规定功能
的能力
系统的安全性 是指系统在运 行过程中不会 对人员、设备、 环境造成危害
系统的可靠性和 安全性可以通过 设计、制造、安 装、调试、运行、 维护等环节来保
机电传动与控制课
程设计的成果展示
07
与评价
设计成果展示要求与方法
成果展示内容：包括设计思路、设计方 案、设计过程、设计结果等
展示形式：可以是PPT、视频、实物模型 等
展示时间：控制在10-15分钟
展示要求：清晰、准确、有条理，能够 充分展示设计成果和创新点
评价方法：包括自我评价、小组评价、教师评价等， 评价标准包括设计思路、设计方案、设计过程、设 计结果等
01
添加章节标题
机电传动与控制课
02
程设计概述
课程设计的目的和意义
培养实践能力： 通过课程设计， 提高学生的实践 操作能力和解决 问题的能力。
理论联系实际： 将理论知识与实 际应用相结合， 加深学生对专业 知识的理解和掌 握。
创新思维培养： 鼓励学生发挥创 新思维，提高创 新能力和实践能 力。
散热：考虑电机的散热问 题，选择合适的散热方式
传动元件设计
传动元件类型：齿轮、皮带、链条等 传动元件选择：根据负载、速度、精度等要求选择合适的传动元件 传动元件参数：传动比、转速、扭矩等 传动元件安装：确保传动元件安装正确、牢固，避免振动、噪音等问题
传动系统动力学分析
动力学模型：建立 机电传动系统的动 力学模型
案例对比：将不 同案例进行对比， 分析其优缺点和 适用场景
机电传动控制应用场景
机电传动控制应用场景
机电传动控制是指通过电气和机械元件的协同工作，实现对机械设备运动和位置的控制。
这种控制方式在各种工业和日常生活中的应用非常广泛。
以下是一些机电传动控制应用场景的例子：
一、数控机床：在制造业中，数控机床广泛使用机电传动控制。
通过电机、传感器和控制系统的协同作用，数控机床可以实现精确的刀具运动、工件加工和雕刻。
二、自动化生产线：工业生产线中的各种机械装置通常采用机电传动控制，以实现自动化生产。
这包括装配线、包装线、食品加工线等。
三、电梯和升降机：电梯和升降机系统采用电机和传感器来实现楼层的精确控制，保障乘客的安全和舒适。
四、汽车控制系统：现代汽车的各种系统，如发动机控制、刹车系统、悬挂系统等，都采用了机电传动控制技术，提高了车辆的性能、安全性和燃油效率。
五、航空航天应用：飞机、卫星和宇宙飞船中使用了许多机电传动控制系统，用于飞行、导航、着陆和其他关键操作。
六、家用电器：家用电器如洗衣机、洗碗机、空调等也采用了机电传动控制，以实现不同工作模式、速度和温度的调节。
七、医疗设备：医疗领域中的一些设备，如手术机器人、影像设备等，也常常利用机电传动控制技术，以提高手术精度和医疗设备的性能。
这些应用场景表明了机电传动控制在现代社会中的关键作用，不仅提高了生产效率和工业制造的精度，还改善了日常生活和医疗领域的各种方面。
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
机电传动控制教案
机电传动控制教案第一章：机电传动控制概述1.1 机电传动控制的概念解释机电传动控制的定义强调机电传动控制在现代工业中的重要性1.2 机电传动控制系统的组成介绍机电传动控制系统的常见组成部分解释各组成部分的作用和相互关系1.3 机电传动控制系统的分类列举常见的机电传动控制系统类型简要介绍每种类型的特点和应用范围第二章：机电传动控制的基本原理2.1 电机的基本原理介绍电机的工作原理和分类解释电动机和发电机的关系2.2 传动机构的基本原理介绍传动机构的作用和常见类型解释传动机构的工作原理和选择依据2.3 控制系统的的基本原理介绍控制系统的目标和常见类型解释控制系统的原理和组成第三章：机电传动控制系统的分析和设计3.1 机电传动控制系统的分析方法介绍机电传动控制系统的分析方法解释系统分析的目标和步骤3.2 机电传动控制系统的系统设计介绍机电传动控制系统的系统设计方法解释系统设计的依据和步骤3.3 机电传动控制系统的硬件设计介绍机电传动控制系统的硬件设计方法解释硬件设计的依据和步骤第四章：机电传动控制系统的应用案例4.1 案例一：电机速度控制的应用介绍电机速度控制的应用背景和需求解释电机速度控制系统的组成和工作原理4.2 案例二：电机位置控制的应用介绍电机位置控制的应用背景和需求解释电机位置控制系统的组成和工作原理4.3 案例三：电机力矩控制的应用介绍电机力矩控制的应用背景和需求解释电机力矩控制系统的组成和工作原理第五章：机电传动控制系统的维护和故障处理5.1 机电传动控制系统的维护方法介绍机电传动控制系统的维护方法解释维护的目的和重要性5.2 机电传动控制系统的故障处理方法介绍机电传动控制系统的故障处理方法解释故障处理的目标和步骤5.3 常见故障案例分析分析常见的机电传动控制系统故障案例解释故障原因和解决方法第六章：传感器与执行器在机电传动控制中的应用6.1 传感器的概述与应用介绍传感器的基本概念、工作原理和分类强调传感器在机电传动控制系统中的重要性列举常见的传感器及其应用实例6.2 执行器的概述与应用介绍执行器的基本概念、工作原理和分类强调执行器在机电传动控制系统中的重要性列举常见的执行器及其应用实例第七章：PLC在机电传动控制中的应用7.1 PLC的基本概念与工作原理介绍PLC的定义、发展历程和分类解释PLC的工作原理和系统组成7.2 PLC程序设计与应用案例介绍PLC程序设计的基本方法和技术分析PLC在机电传动控制系统中的应用案例7.3 PLC的维护与故障处理介绍PLC的维护方法和注意事项分析PLC的常见故障及其处理方法第八章：变频器在机电传动控制中的应用8.1 变频器的基本概念与工作原理介绍变频器的定义、分类和基本功能解释变频器的工作原理和接线方式8.2 变频器的参数设置与调试介绍变频器的参数设置方法和注意事项解释变频器调试的目的、步骤和评价指标8.3 变频器在机电传动控制中的应用案例分析变频器在电机速度控制、位置控制和力矩控制等方面的应用案例第九章：伺服系统在机电传动控制中的应用9.1 伺服系统的基本概念与工作原理介绍伺服系统的定义、分类和基本功能解释伺服系统的工作原理和主要组成部分9.2 伺服驱动器与伺服电机的选型与配置介绍伺服驱动器与伺服电机的选型依据和注意事项解释伺服驱动器与伺服电机的配置方法和技术9.3 伺服系统在机电传动控制中的应用案例分析伺服系统在精确位置控制、速度控制和力矩控制等方面的应用案例10.1 节能技术在机电传动控制中的应用介绍节能技术的基本概念和分类解释节能技术在机电传动控制系统中的重要性分析节能技术在机电传动控制中的应用案例10.2 环保技术在机电传动控制中的应用介绍环保技术的基本概念和分类解释环保技术在机电传动控制系统中的重要性分析环保技术在机电传动控制中的应用案例10.3 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设计、运行和维护过程中的重要性讨论如何在机电传动控制系统中实现节能与环保的目标和要求第十一章：机电传动控制系统的效率优化11.1 效率优化的意义与方法解释在机电传动控制系统中进行效率优化的意义介绍常见的效率优化方法和技术11.2 效率优化案例分析分析机电传动控制系统中效率优化的实际案例讨论优化前后的效果对比及经济效益11.3 效率优化在实际应用中的考虑因素强调在实施效率优化时需要考虑的因素讨论如何平衡优化效果与系统成本12.1 安全保护的基本要求与措施介绍机电传动控制系统安全保护的基本要求解释常见的安全保护措施和技术12.2 安全保护案例分析分析机电传动控制系统中安全保护的实际案例讨论安全保护措施的有效性和必要性12.3 安全保护在实际应用中的考虑因素强调在实施安全保护时需要考虑的因素讨论如何平衡安全保护与系统性能第十三章：机电传动控制系统的监测与维护13.1 监测与维护的基本内容与方法介绍机电传动控制系统监测与维护的基本内容解释常见的监测与维护方法和技术13.2 监测与维护案例分析分析机电传动控制系统中监测与维护的实际案例讨论监测与维护对系统性能的影响13.3 监测与维护在实际应用中的考虑因素强调在实施监测与维护时需要考虑的因素讨论如何合理安排监测与维护计划第十四章：机电传动控制系统的现代技术发展14.1 现代技术发展概述介绍机电传动控制系统现代技术的发展趋势强调现代技术对机电传动控制系统的影响14.2 现代技术应用案例分析分析机电传动控制系统中现代技术的实际应用案例讨论现代技术的优势和挑战14.3 现代技术在实际应用中的考虑因素强调在采用现代技术时需要考虑的因素讨论如何适应和引导技术发展第十五章：机电传动控制系统的综合应用案例15.1 综合应用案例分析分析机电传动控制系统中综合应用的实际案例讨论综合应用案例的成功经验和不足之处15.2 综合应用案例的实施与评估解释综合应用案例的实施步骤和评估方法强调综合应用案例对系统性能的影响15.3 综合应用案例在实际应用中的启示总结综合应用案例的经验教训讨论如何推广和应用成功的案例经验重点和难点解析本文主要介绍了机电传动控制教案，包括基本概念、原理、应用案例以及维护和故障处理等内容。
‘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
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
《机电传动控制》课件第1章
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，在机电传动与控制中也有许多应用。
5. 信息处理与控制装置(控制功能) 机电传动控制系统的核心是信息处理与控制。机电传动 控制系统的各个部分必须以控制论为指导，由控制器(继电器、 可编程控制器、微处理器、单片机、计算机等)实现协调与匹 配，使整体处于最优工况，实现相应的功能。在现代机电一 体化产品中，机电传动系统中控制部分的成本已占总成本的 50%。特别是近年来随着微电子技术、计算机技术的迅速发 展， 越来越多的控制器使用具有微处理器、计算机的控制系 统，输入/
机械制造自动化的高级阶段是实现设计、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至装 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，研制计算机集成生产系统
(CIMS)
近些年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、 高功率-重量比、大功率和低成本控制系统提出的要求，促使 了液压、气动控制系统的迅速发展。液压、气动控制系统和 电气控制系统一样，由于各自的特点，在不同的行业得到了
所谓单电动机拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机 械，它虽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，机械传动机构仍十分复杂。多电动机拖动即一 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。这种拖动方式不仅大 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
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。
机电传动与控制基本知识
机电传动与控制基本知识一、机电传动是什么1. 机电传动就像是机械和电之间的“联络员”呢。
简单来说，就是把电能转化为机械能，让机器动起来的这么个东西。
比如说咱们常见的电动小风扇，插上电就能转，这里面就有机电传动在起作用哦。
2. 它还涉及到很多不同的部件，像电动机这种关键的东西。
电动机就像是机电传动的心脏，电能进去，它就开始欢快地把电能变成机械能，带动那些风扇叶呀、机械臂之类的东西转动或者做其他动作。
3. 机电传动也不是那么简单的，里面还有很多复杂的原理。
就好比你要让一个机器人手臂准确地抓取东西，这就需要精确的机电传动控制啦。
二、机电控制的重要性1. 想象一下，如果没有机电控制，那些大型的生产设备就会像没头的苍蝇一样乱转。
机电控制就像是给它们装上了大脑，告诉它们什么时候转，转多快，转多久。
比如说汽车生产线上的那些机械臂，在机电控制的指挥下，才能准确无误地把汽车零件组装在一起。
2. 在一些精密仪器里，机电控制更是重中之重。
比如说在显微镜下操作微小物体的那些设备，一点点的误差都可能导致实验失败，所以机电控制要非常精准才行。
3. 机电控制还能提高效率。
它可以根据不同的工作需求，调整设备的运行状态。
就像智能洗衣机，能根据衣物的重量和脏污程度，自动调整洗衣的模式，这都是机电控制的功劳呀。
三、机电传动与控制的基本原理1. 电动机原理是其中的一个大板块。
电动机有直流电动机和交流电动机。
直流电动机呢，是通过直流电在磁场中的作用产生转矩，让转子转动起来。
交流电动机又分好几种，像异步电动机，它是靠电磁感应原理工作的。
定子绕组产生旋转磁场，转子绕组切割磁场线产生感应电流，然后就开始转动啦。
2. 控制原理也很有趣。
有开环控制和闭环控制。
开环控制就像是你下了个命令，然后就不管了。
比如说你设定一个风扇一直以固定速度转，这就是开环控制。
闭环控制呢，就比较智能啦，它会有反馈。
比如空调，它会根据房间里的温度反馈，不断调整制冷或者制热的功率，让房间温度保持在你设定的值。
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。
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1、
交流异步流电动机的由（定子），（转子）部分组成。
2、
直流他励电动机有（调压），（转子串电阻），（调励磁电压）调速方法。
3、
直流电动机的励磁方式有（他励），（并励）,(串励),(复励)。
4、
同步电动机与异步电动机在结构上相同处为（转子），不同处为（转子）。
5、
三相异步电动机在启动瞬间的转差率为（1）。
6、
同步电动机一般是按（异步）方式启动，（同步）方式运行的。
7、
异步电动机同步转速和实际转速差与同步转速之比叫（转差率）。
8、
直流它励电动机减弱磁通过度时电动机会出现（飞车）现象。
9、
直流他励电动机的制动方式有（能耗制动），（反接制动），（再生发电制动），（倒拉反接制动）。
10、 三相异步电动机的调速方式有（改变电压），（改变电源频率），（改变极对数），（改变转差率）。
11、直流电动机机械特性的一般表达式（T C C R C U n m e a e 2
φφ-=）。
12、晶闸管的三个极分别叫（阴极、阳极、控制极）以符号（ A 、G 、K ）分别表示。
13、晶闸管承受正偏到触发导通位置所对应的电角度叫（电控角）。
14、晶闸管导通的条件是（正向偏置，控制极加正向脉冲）、晶闸管关断的条件是（反向偏置或正向电压降低到某值）。
有一台并励直流电动机，其电器性能参数为：P N =20kw,U N =220V,I N =107A,N N =3000r/min,电枢回路总电阻R a =0.067Ω,励磁回路电阻R f =155Ω,求：
（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0.9T N 时，电动机在固有机械特性上的转速？
（1） （2） （3）
按下SB2，KT 线圈得电，KM3圈得电，KT 开始计时，KM3主触头闭合， KM3常闭断开对KM2的联锁，KM3常开闭合，KM1线圈得电，KM1主触头闭合，KM1常开闭合 ，电机接成Y 型减压起动。
定时时间到，KT 常闭断开，KM3圈失电，KM3触头断开，解除Y 接，KM3常开断开 ，KT 失电，KM3常闭闭合，KM2线圈得电，KM2常闭断开，对KM3联锁，KM2主触头闭合 ，电机接成△型全压运行 KM2常开断开，KT 常闭触头闭合，按下SB1电机停止。
FU1作主电路的短路保护，FU2作控制电路的短路保护，FR 作主电机过载保护。
KM 交流接触器零压保护
单相半波可控整流电路， R L ＝10Ω，将交流200V 电源接入，α＝60°。
试计算整流电压的平均值、电流的有效值。
并选用晶闸管。
电压的平均值： 电流的有效值 额定电流为：。