机电传动控制(第三版)第1,第2章
第1第2章机电传动动力学基础(第三版)PPT课件
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务
1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机
电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电器 -接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机地 结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
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3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
8
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月.
折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
17
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
TL
TL/ C
式中,
c -传动效率;
式中,速比
j1
nM n1
jL
nM nL
3.飞轮转矩的折算
GDZ2GDM2GjD 1212GjD L2L2
2.转动惯量的折算
机电传动控制(第三版)
邓星钟 主编
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件 湖南理工学院张万奎 2005年
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
《机电传动控制》PPT课件
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(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
'
机电传动控制第1-2电子讲稿-120229-080306-090302
二、负载转矩的折算
假设电动机以 ωM角速度旋转，负载转矩 TL折算到电动机轴 上的负载转矩为Teq，而生产机械的转动速度为ωL 。则电动机输 出功率PM和负载所需功率PL分别为： PM M Teq PL L TL 考虑传动机构在传输功率的过程中有损耗，这个损耗可用效率 ηc来表示，且 减速机构的输出功率 TL L C 减速机构的输入功率 Teq M 则生产机械上的负载转矩折算到电动机轴上的等效转矩为： T T Teq L L L c M c j 式中：ηc—电动机拖动生产机械运动时的传动效率； M j L —传动机构的总传动比
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TM和负载转矩TL大小相等，方向相反。 从T—n坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线 n=f(TM)和生 产机械的机械特性曲线 n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。 2. 充分条件 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即： 当干扰使速度上升时，有 TM<TL ；否则，当干扰使速度下降 时，有TM>TL 。这是稳定运行的充分条件。 符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。
2.1 单轴拖动系统的运动方程式
一、单轴拖动系统的组成
电动机 电动机的驱动对象
系统结构图
连接件
转距方向
电动机M通过连接件直接与生产机械相连，由电动机M产生输 出转矩TM，用来克服负载转矩TL ，带动生产机械以角速度ω（或 速度n）进行运动。
控制电机第三版答案
控制电机第三版答案【篇一：电机与电力拖动(第三版)习题参考答案】lass=txt>第1章思考题和习题一、填空题1．直流电动机主磁极的作用是产生，它由和两大部分组成。
气隙磁场、主磁极铁心和主磁极绕组2．直流电动机的电刷装置主要由、、成。
电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫3．电枢绕组的作用是产生感应电动势、电枢电流4．电动机按励磁方式分类，有他励、并励、串励、复励5．在直流电动机中产生的电枢电动势ea方向与外加电源电压及电流方向为，用来与外加电压相平衡。
相反、反电势6．直流电动机吸取电能在电动机内部产生的电磁转矩，一小部分用来克服摩擦及铁耗所引起的转矩，主要部分就是轴上的有效转矩，它们之间的平衡关系可用表示。
输出、电磁转矩=损耗转矩+输出转矩4．电枢反应不仅使合成磁场发生畸变，还使得合成磁场减小。
（√ ） 6．直流电动机的换向是指电枢绕组中电流方向的改变。
（√ ）三、选择题(将正确答案的序号填入括号内)1．直流电动机在旋转一周的过程中，某一个绕组元件(线圈)中通过的电流是( b )。
a．直流电流 b．交流电流c．互相抵消，正好为零2．在并励直流电动机中，为改善电动机换向而装设的换向极，其换向绕组( b )。
a．应与主极绕组串联 b．应与电枢绕组串联c．应由两组绕组组成，一组与电枢绕组串联，另一组与电枢绕组并联3．直流电动机的额定功率pn是指电动机在额定工况下长期运行所允许的( a )。
a．从转轴上输出的机械功率 b．输入电功率c．电磁功率4．直流电动机铭牌上的额定电流是。
( c )。
a．额定电枢电流 b．额定励磁电流c．电源输入电动机的电流5．在—个4极直流电动机中，n、s表示主磁极的极性，n、s表示换向极的极性。
顺着转子的旋转方向，各磁极的排列顺序应为( c )。
a．n—n—n—n—s—s一s—sb．n—s—n—s一s—n—s—nc．n—n—s—s一n一n—s—sd．n—s一s—n—n—s一s—n四、简答题1．有一台复励直流电动机，其出线盒标志已模糊不清，试问如何用简单的方法来判别电枢绕组、并励绕组和串励绕组?答：根据阻值大小和绕组直径判断。
程宪平机电传动与控制(第三版)课件
步进电机的工作原理和控制方式
要点一
步进电机工作原理
要点二
控制方式
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件，通过按一定顺序给定子各相绕组输入脉冲信号， 实现转子转动。
通过改变输入脉冲的频率、数量和相序，可以控制步进电 机的转速、方向和位置。
伺服电机的工作原理和控制方式
伺服电机工作原理
启动控制
直流电机的启动控制包括直接启动和降 压启动两种方式，直接启动适用于小容 量电机，降压启动适用于大容量电机， 通过降低启动电流来保护电机。
VS
制动控制
直流电机的制动控制包括能耗制动、反接 制动和回馈制动三种方式，能耗制动通过 在电枢两端反接制动电阻实现，反接制动 通过在电枢两端反接电源实现，回馈制动 则是通过能量回馈实现。
电气传动的发展
随着电力技术的出现，直流电机、交流电机等电气 传动系统逐渐取代了机械传动。
控制理论的引入
随着控制理论的发展，现代的机电传动与控制系统 逐渐形成，并广泛应用于各个领域。
机电传动与控制的重要性和应用领域
80%
工业自动化
机电传动与控制是实现工业自动 化的关键技术之一，能够提高生 产效率和产品质量。
100%
智能制造
在智能制造领域，机电传动与控 制技术能够实现自动化生产线和 智能设备的控制。
80%
新能源领域
在新能源领域，如风能、太阳能 等，机电传动与控制技术能够实 现高效、可靠的能源转换和利用 。
课程的主要内容和学习方法
主要内容
机电传动与控制系统的基本原理、电机及其驱动、控制系统设计 、实践环节等。
程宪平《机电传动与控制（第 三版》课件
目
CONTENCT
《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。
程宪平机电传动与控制(第三版)课件
控制系统的设计方法
经典控制理论设计方法
经典控制理论主要采用根轨迹法和频 率法等设计控制器，以达到系统的稳 定性、快速性和准确性要求。
现代控制理论设计方法
现代控制理论主要采用状态空间法设 计控制器，以达到最优控制和自适应 控制等高级控制目标。
05
机电传动控制系统实例
Chapter
数控机床的传动控制系统实例
电动机的发明和应用，使得机械传动 和控制技术进入电气时代。
机电传动与控制的重要性
01
提高生产效率
通过精确的传动和控 制，实现自动化生产 ，提高生产效率。
02
保证产品质量
精确的传动和控制技 术可以保证产品质量 的稳定性和一致性。
03
降低能耗
优化传动和控制方式 ，降低能源消耗，实 现节能减排。
04
提高安全性
1 2
控制系统的定义
控制系统是由控制器、受控对象和反馈通路组成 的整体。
控制系统的分类
按照不同的分类标准，如控制方式、控制精度、 控制速度等，可以将控制系统分为多种类型。
3
控制系统的基本组成
控制系统由控制器、受控对象和反馈通路三部分 组成，其中控制器负责调节受控对象的输出，使 其达到预定的目标值。
控制系统的数学模型
自动化生产线的传动控制系统实例
自动化生产线概述
自动化生产线是一种高度自动化的生产流程，通过自动化 设备实现生产过程的连续性和高效性。
自动化生产线的传动系统
自动化生产线的传动系统主要包括传送带、提升机和传动 装置等部分，通过精确控制实现生产线的连续运转。
自动化生产线的控制技术
自动化生产线的控制技术主要包括可编程逻辑控制器、分 布式控制系统和传感器等，实现对生产线的精确控制。
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 机电传动系统的组成介绍机电传动系统的常见组成部分，如电动机、传动装置、负载等解释各个部分在系统中的作用和相互关系1.3 机电传动控制系统的分类介绍机电传动控制系统的不同类型，如开环控制、闭环控制等比较各种控制系统的特点和应用场景第二章：电动机及其控制2.1 电动机的分类和特性介绍不同类型的电动机，如交流异步电动机、直流电动机等分析各种电动机的启动、制动和调速特性2.2 电动机的控制方法介绍电动机的常见控制方法，如开关控制、变频调速等分析各种控制方法的工作原理和应用场景2.3 电动机的选择和安装讲解电动机的选择依据，如负载类型、功率需求等介绍电动机的安装要求和注意事项第三章：传动装置及其控制3.1 传动装置的分类和特性介绍常见的传动装置，如齿轮传动、带传动等分析各种传动装置的传动比、传动效率等特性3.2 传动装置的控制方法介绍传动装置的常见控制方法，如机械调速、电子调速等分析各种控制方法的工作原理和应用场景3.3 传动装置的选择和安装讲解传动装置的选择依据，如负载类型、传动比需求等介绍传动装置的安装要求和注意事项第四章：机电传动控制系统的应用4.1 机电传动控制系统在工业自动化中的应用介绍机电传动控制系统在工业自动化中的典型应用案例，如、生产线等分析机电传动控制系统在提高生产效率和产品质量方面的作用4.2 机电传动控制系统在交通运输领域的应用介绍机电传动控制系统在交通运输领域的典型应用案例，如电动汽车、轨道交通等分析机电传动控制系统在提高运输效率和减少能源消耗方面的作用4.3 机电传动控制系统在其他领域的应用介绍机电传动控制系统在其他领域的典型应用案例，如医疗设备、建筑自动化等分析机电传动控制系统在提高生活质量和工作效率方面的作用第五章：机电传动控制系统的维护与故障诊断5.1 机电传动控制系统的维护介绍机电传动控制系统的日常维护内容和注意事项强调定期维护对于系统稳定运行的重要性5.2 机电传动控制系统的故障诊断方法介绍常见的故障诊断方法，如观察法、参数测量法等分析各种故障诊断方法的优缺点和适用场景5.3 机电传动控制系统的故障处理和预防措施讲解故障处理的一般流程和方法介绍预防措施，如使用高质量的元件、避免过载等第六章：传感器与信号处理6.1 传感器的类型与作用介绍各种常用传感器，如温度传感器、压力传感器等分析传感器在机电传动控制系统中的作用和重要性6.2 传感器的选用与安装讲解传感器的选用依据，如测量范围、精度要求等介绍传感器的安装方法和注意事项6.3 信号处理与分析解释信号处理的基本概念和方法分析信号处理在机电传动控制系统中的应用，如滤波、放大等第七章：PLC控制系统7.1 PLC的基本原理与组成介绍PLC的概念、工作原理和组成结构强调PLC在机电传动控制系统中的应用优势7.2 PLC编程与控制讲解PLC编程的基本语言和方法，如梯形图、指令表等分析PLC控制在机电传动系统中的应用案例7.3 PLC系统的维护与故障诊断介绍PLC系统的日常维护内容和注意事项讲解故障诊断的方法和技巧第八章：变频器与电机调速8.1 变频器的基本原理与类型介绍变频器的工作原理和类型，如电压型、电流型等强调变频器在电机调速中的应用优势8.2 变频器控制与应用讲解变频器的控制原理和方法，如矢量控制、直接转矩控制等分析变频器在电机调速中的应用案例8.3 变频器的选用与安装介绍变频器的选用依据，如电机功率、调速范围等讲解变频器的安装方法和注意事项第九章：伺服控制系统9.1 伺服控制系统的基本原理与组成介绍伺服控制系统的工作原理和组成，如伺服电动机、伺服驱动器等强调伺服控制系统在精确控制中的应用优势9.2 伺服控制系统的选用与调试讲解伺服控制系统的选用依据，如控制精度、响应速度等介绍伺服控制系统的调试方法和注意事项9.3 伺服控制系统的应用案例分析伺服控制系统在典型应用场景中的应用案例，如数控机床、等第十章：机电传动控制系统的节能与环保10.1 节能技术的应用介绍节能技术在机电传动控制系统中的应用，如电机变频调速、高效传动装置等分析节能技术在降低能耗和提高经济效益方面的作用10.2 环保技术的应用介绍环保技术在机电传动控制系统中的应用，如废弃物回收、低噪音传动装置等强调环保技术在实现可持续发展和社会责任方面的意义10.3 节能与环保的法规和标准讲解与节能和环保相关的法规和标准，如节能产品认证、环保法规等强调企业和个人在遵循法规和标准方面的责任第十一章：机电传动控制系统的安全与保护11.1 安全防护措施的重要性强调在机电传动控制系统中实施安全防护措施的必要性讨论因缺乏安全防护导致的潜在风险和事故11.2 安全防护技术与设备介绍常见的安全防护技术，如紧急停止按钮、安全门等分析安全防护设备在保障人员和设备安全方面的作用11.3 安全标准与合规性讲解与机电传动控制系统安全相关的国家和行业标准强调遵守安全标准和合规性的重要性第十二章：案例分析与实践12.1 机电传动控制案例分析分析具体的机电传动控制案例，如自动化装配线、升降机等讨论案例中的关键技术、挑战和解决方案12.2 实践操作与技能培训强调实际操作在理解机电传动控制系统中的重要性介绍常见的实践操作活动和技能培训方法12.3 项目设计与实施讲解机电传动控制系统项目设计的基本步骤和方法讨论项目实施过程中的管理、协调和风险控制第十三章：发展趋势与创新13.1 机电传动控制技术的发展趋势探讨机电传动控制技术的发展方向，如智能化、网络化等分析新兴技术如物联网、大数据在机电传动控制系统中的应用潜力13.2 创新设计与研发强调创新在推动机电传动控制系统发展中的重要性介绍创新设计的方法和研发流程13.3 知识产权保护与技术转移讲解知识产权在技术创新中的作用和保护方法讨论技术转移和产业化的途径和挑战第十四章：经济效益与投资分析14.1 经济效益评估介绍经济效益评估的方法和指标分析机电传动控制系统投资的经济效益14.2 投资决策与风险分析讲解投资决策的基本原则和方法分析机电传动控制系统投资的风险因素和应对策略14.3 财务分析与投资回报介绍财务分析的方法，如现金流量分析、净现值分析等讨论投资回报的计算和评估方法第十五章：综合测试与评价15.1 测试方法与设备介绍机电传动控制系统综合测试的方法和设备强调测试在确保系统性能和可靠性中的重要性15.2 性能评价与优化讲解机电传动控制系统的性能评价指标和方法讨论系统性能优化的策略和技术15.3 持续改进与寿命周期管理强调持续改进在提高机电传动控制系统性能和寿命中的作用介绍寿命周期管理的方法和实践重点和难点解析本文主要介绍了机电传动控制的相关概念、系统组成、控制方法、应用领域、维护与故障诊断等方面的内容。
机电传动控制课后习题答案1
习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
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。
TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=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）TM-TL>0说明系统处于加速。
TM-TL<0 说明系统处于减速系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2, 转速n M=900r/min; 中间传动轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/min。
试求折算到电动机轴上的等效专惯量。
折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3 ,j1=Nm/Nl=15J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2. 2.8如图2.3（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力F=100N,电动机的费轮转距GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。
试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。
ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s.提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/sv=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/sT L=9.55FV/ηC n M=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NMGD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2=1.25*1.05+100*0.242/322=1.318NM22.11 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交点是系统的平衡点第三章3.10一台他励直流电动机的技术数据如下：P N=6.5KW,U N=220V, I N=34.4A, n N=1500r/min, R a =0.242Ω,试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为U N/2时的人为机械特性；④磁通φ=0.8φN时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。
《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。
机电传动控制-综合
☆
机
第1章 直流电机 第一部分
传 动 控 制
电
四,机电传动系统稳定运行的条件
3,判别稳定工作点的实用方法 在交点的转速以上存在 TM <TL(转速以下存在 TM >TL ) 则该点为稳定点,反之为不稳定点. 则该点为稳定点,反之为不稳定点.
1—异步电动机的特性 2—恒转矩型负载特性 3—恒功率型负载特性 4, 5—通风机型负载 固有机械特性
U I a Ra 转速 n= 方程 K eΦ
机械特性的 Ra U 一般表达式 n = T = n0 n 2 K eΦ K e K tΦ
Ra UN n= T 2 K eΦN K e K tΦN
① ② 各物理量 参考方向 电路原理图
⑴转矩方程式 T = KtΦIa 基本 方程式 ⑵电势方程式 E = KeΦ n ⑶电压平衡方程式 U=E+IaRa
③
机
第1章 直流电机
制动 降低电枢电压 启动 调速 ① U Ra n= T 2 K eΦN K e K tΦN
Rad1<Rad2<Rad3
电
反馈制动
(参见"P19例1-2","P33例1参见"P19例 2", P33例 5") 5") 反接制动 能耗制动
动 控 制
传
电枢串电阻 启动 调速 ② U Ra + Rad N n= T 2 K eΦN K e K tΦN
机电传动控制
教材: 机电传动与控制》 第二版) 教材:《机电传动与控制》(第二版) 程宪平 主编 华中科技大学
参考教材: 机电传动控制》 第三版) 参考教材:《机电传动控制》(第三版) 邓星钟 主编 华中科技大学
程宪平 机电传动控制(上册)
2 学时
6 学时 14 学时 4 学时 4 学时 2 学时
合 计 44
绪论 机电传动与控制
生产过程的专业关系
机 电 传 动 控 制
电气、仪表、计算机专业 （自动化控制）
电源 控制设备 电动机
生产工艺专业
机电传动系统示意图
传动装置 工作机构
机械设备专业
34
绪论 机电传动与控制
生产过程的专业关系
生产厂 主 专 业 辅 助 专 业
32
绪论 机电传动与控制
4 课程的内容安排
1 2 绪论 第1章 直流电机 2 学时 4 学时
机 电 传 动 控 制
3
4
第2章 交流电动机
第3章 控制电机
4 学时
2 学时
5
6 7 8 9 10
33
第4章 机电传动控制系统的基础
第5章 控制电器与继电器-接触器控制系统 第6章 可编程序控制器 第7章 直流电动机调速系统 第8章 交流电动机调速系统 第9章 步进电动机控制系统
第三阶段：多电动机拖动
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。
17
绪论 机电传动与控制
2 机电传动及其控制系统的发展概况
机电传动的发展 直流 电动机
他励直流电动机
并励直流电动机 异步电动机 同步电动机 伺服电动机 步进电动机
机 电 传 动 控 制
串励直流电动机
复励直流电动机 鼠笼式 绕线式
机电传动控制
教材：《机电传动与控制》（第三版） 程宪平 主编 华中科技大学
参考教材：《机电传动控制》（第四版） 邓星钟 主编 华中科技大学
目录
《机电传动与控制》（第三版） 程宪平 主编
机电传动控制
电机轴上的机械功率为
PM TLM
如果电动机拖动生产机械旋转或移动，传动机构的损耗应 由电动机承担，因此有
TL M＝Fv / c
可得
TL＝Fv /(cM ) 9.55Fv /(c nM )
如果生产机械拖动电动机旋转，例如，卷扬机下放重物时， 电动机处于制动状态，此时传动机构中的损耗由生产机械来 承担，因此有
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TM和负载转矩TL大小相等，方向相反。 从T－n坐标上来看，就是电动机的机械特性曲线 n=f(TM)和生
产机械的机械特性曲线 n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。
2. 充分条件
系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：
TLM＝Fvc
c －生产机械拖动电动机运动时的传动效率
TL＝9.55Fvc／nM
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩折算
折算原则：动能守恒 1) 旋转运动
折算到电机轴上的等效转动惯量为
J1 J L JZ JM 2 2 j1 jL
J M、J 1、J L －电动机轴、中间传动轴、生产机
3) 多轴拖动系统的运动方程式
2 GDZ dnM TM TL 375 dt
2．3 生产机械的机械特性 在同一轴上负载转矩和转速之间的函数关系，即 n=f(TL) ,称 为生产机械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性 二、离心式通风型机械特性 三、直线型机械特性 四、恒功率型机械特性
一、恒转矩型机械特性
恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。 分别如图所示： 1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下： 转矩大小恒定不变； 作用方向始终与速度n的方向相反，当n的方向发生变化 时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即 总是阻碍运动的。
机电传动控制第三版课后答案
习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。
静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。
动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
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。
TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=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）TM TL TM TLNTM=TL TM< TLTM-TL>0说明系统处于加速。
TM-TL<0 说明系统处于减速TM TL TM TLTM> TL TM> TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TM TL TM TL TM= TL TM= TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。
这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。
所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。
转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。
转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5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。
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TM＞TL n n TL
解:TM与n反向为负,TL与n 反向为正,运动方程如下式; 状态为减速.
TM GD 2 dn TL 375 dt
举例
例2:提升重物过程如左图示, 写出运动方程式. 解:(a)中,提升重物,TM为 正,TL为正,运动方程式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
1)n f (TM )和 n f (TL ) 两条特 性曲线有交点,该交点称之 为系统的平衡点. 2)当转速大于平衡点对应的 转速时,有: TM<TL; 当转速小于平衡点对应 的转速时, 有: TM ＞ TL
2.稳定工作点判别
稳定运行判别举例
例1, 试判别右图所示三相 异步电动机特性曲线与 恒转矩负载特性曲线组 成系统的稳定平衡点. 分析:
稳定判别举例
例2 右图中b点是不是稳定 平衡点?为什么?
解:b点是平衡工作点. 1)两条曲线有交点b; 2)当转速大于b点对应 的转速时,即在b点上方作 一条虚线,与这两条曲线有 交点,其中,与负载特性曲 线的交点位于与电动机特 性曲线交点的右侧,即电动 机转矩小于负载转矩.
n f (TL )
2.恒功率特性 特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变.
举例:球磨机, 碎石机, 机床的主运动.
3.通风机特性 特点:负载转矩与转速的平 方成正比.
举例:水泵, 通风机. 风机,水泵电动机的容 量占工业用户总用电量 的70%.
2.4机电传动系统稳定运行的条件
1.机电传动系统稳定运行 的条件
三轴直线运动折算到电动机轴上
1.负载转矩的折算 提升时 TL 9.55 FV nM 下降时 T 9.55 FV L
nM
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GV 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 365 2 j1 jL nM
2.转动惯量的折算
J1 J L V2 JZ JM 2 2 m 2 j1 JL M
电气控制系统的发展概况
3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按 开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通 信功能. 4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中 心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年 代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机械加工全盘 自动化.
2.2转矩.转动惯量和飞轮转矩的折算
实际拖动系统一般是多轴传动系统,该系统的运动 方程式,是将其转矩等折算到一根轴上,再按2.1的方法 列出运动方程式. 折算时,可以折算到电动机轴上(高速轴),也可以折 算至低速轴上.
旋转运动
直线运动
三轴旋转运动折算至电动机轴上
1.负载转矩的折算
式中,速比
TL
TM
TM
d TL J dt
GD 2 dn TL 375 dt
定义式
工程计算式
d TM TL J dt
TM
GD 2 dn TL 375 dt
在上述两个式子中: TM-电动机转矩; TL-负载转矩; J-转动惯量; GD2-飞轮转矩, 且J=mD2 /4 =(GD2) 1/4g; = 2 n
则工程计算式可写为: TM-TL= Td
讨论: 1)当Td=0时,系统为稳态; 2)当Td≠0时,系统为动态: (1) Td＞0,dn/dt=a＞0, 系统加速; (2) Td＜0,dn/dt=a＜0, 系统减速. 因此,TM,TL有大小,有方向.
3.TM,TL的正方向及性质
举例 以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 规定: 与n方向相同的TM为 正,与n方向相反的TL为正; 与n方向相反的TM为 负,与n方向相同的TL为负. 例1:列出下图系统的运动 方程式,并说明运动状态.
1 3
GD22 245Nm2
n2 1000r / m
GD3 735Nm
2
2
n3 500r / m
dnL TM / TL / 3.5(r / m) s 1 GDZ 2 dt 375
计算举例题图(a)
2.3 生产机械的机械特性
1.恒转矩特性 1)特点:负载转矩为常数; 2)分类: 反抗转矩：主要是摩擦，机床的切削力产 生的负载，恒与运动方向相反。（注意机 床的主轴是恒功率，进给是恒转矩） 位移转矩：作用方向恒定与运动方向无 关，提升方向相反下降方向相同，但是TL 始终不变，特点是在一四象限。 反抗性转矩TL的符号总是正的，位能性转矩TL 的符号有时正有时负号。 举例:设备的提升机构, 提升机的行走机构, 皮带运输机, 机床进给运动.
第2章 机电传动系统的动力学基础
掌握机电传动系统的运动方程式,用它来分析 机电传动系统的运动状态; 了解多轴拖动系统中转矩,转动惯量和飞轮转 矩的折算方法; 了解几种典型生产机械的机械特性;
掌握机电传动系统稳定运行的条件.
2.1 机电传动系统Fra bibliotek运动方程式1.单轴机电传动系统运动方程式:
3) 课程学习任务
掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择,
掌握PLC的编程方法与应用,
掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所.
了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.
阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京: 机械工业出版社.2003年8月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科 技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版 社.2000年8月.
3.“机电传动控制”课程的性质和任 务 1) 课程性质
该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机 电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电 器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机 地结合在一起. 2) 课程内容 全书13章,分为5个单元: (1)机电传动系统的动力学基础和过渡过程; (2)电机及继电器-接触器控制系统; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
2.电气控制系统的发展概况
1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,40-50年代的磁放大 器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电 动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交 流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.
要注意式上面几个式子 中各个符号代表的物理意 义.
计算举例
例3 机电传动系统如下图(a) 解:这是折算到低速轴 所示.已知每根轴的飞轮 n 转矩和转速,负载转矩为 TM / TM jc TM 1 c 132.3Nm n3 98 Nm 2 ,电动机拖动转矩 2 2 n 2 2 n2 2 2 2 Nm 2 ,传动效率0.9,求 GDZ GD1 ( n ) GD2 ( ) GD3 3675 Nm 29.4 n3 生产机械轴上的加速度 是多少? 由公式可得生产机械轴上 的加速度为 GD12 87.4 Nm2 n1 2500r / m
由机电传动系统 稳定判据的两个条件, 分别判别图中a点和b 点是否满足稳定运行 的条件.
解: 1)有交点a和b; 2)对于a点,当转速小于 a点对应的转速时,电动 机的转矩大于负载转 矩,a点是平衡点; 对于b点,当转速小于 b点对应的转速时,电动 机的转矩小于负载转 矩,b点不是平衡点. (同学们可自己作一 条b点以下的线)
(b)中,仍为提升重物, 但TM为负,TL为正, 运动方程式为:
思考题:试分析图(a)和图(b)系统的运动状态.
GD 2 dn TM TL 375 dt
思考题
图(a)中,要能提升重 物,必须有TM>TL,系 统加速.
图(b)中,电动机转矩为负, 也是制动转矩,系统减速提 升,直至停止.
机电传动控制(第三版)
华中科技大学出版社
“机电传动控制(第三版)”多媒体课件
河南工程学院 刘豫喜 2005年
第1章
概述
机电传动的发展概况; 电气控制系统的发展概况; “机电传动控制”课程的性质和任务.
1.机电传动发展的概况
1) 成组拖动 一台电动机---一根天轴---一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机---一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不 了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架, 横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.
式中,
C
TL
/
nM j1 n1
nM jL nL
c -传动效率;
3.飞轮转矩的折算
GD12 GDL 2 GDZ 2 GDM 2 2 2 j1 jL
式中,
2.转动惯量的折算
J1 JL JZ JM 2 2 j1 jL
GDM GD GDL
2
2 1
2
分别为电动机轴,中间传动 轴,生产机械轴上的飞轮转 矩.
讨论.在上式中: 1)当TM=TL时,n为常 数.dn/dt=0,状态为恒速; 称之为稳态或静态. 2)当TM≠TL时,n为变 数,dn/dt ≠0,状态为加速 或减速;称之为动态.