机电转动第章静态与动态特性
机电传动控制-第二章课件
时间常数
τm
=
GD2 R 375Ke KmΦN2
R电枢回路总电阻、ΦN总磁通量
Ke电势常数、Km转矩常数
机电传动控制
Chp2，P20
过渡过程时间的表达式：
∫ ∫ t = GDZ2 dn = GDZ2 dn
375 T − TL 375 TD
匀加速、匀减速情况下：
∫ t =
( ) GDZ2 dn = GDZ2
机电传动控制
Chp2，P8
电动机提升重物启动时
设重物提升时电动机旋转的
方向n为正方向。
启动时：
TM为与转速方向相同，取正号 TL为与转速方向相反，也取正号
动力学方程式为：
(+)TM
− (+)TL
=
GD2 375
dn dt
>
0
因此在启动时，系统为加速运行。
机电传动控制
Chp2，P9
电动机提升重物制动时
GDZ2
= δGDM2
+
GDL2 jL2
δ = 1.1 ~ 1.25
Chp2，P17
2)直线运动
机电传动控制
JZ
= JM
+
J1 j12
+
JL jL2
+ m v2 ωM2
GDZ2
= GDM2
+
GD12 j12
+
GDL2 jL2
+
365
Gv 2 n2
Chp2，P18
2.3 机电传动系统的过渡过程
1、过渡过程产生的原因 机械惯性： 与转动惯量和飞轮转矩相关，即转速不能突变。 电磁惯性： 与电感相关，即电枢电流和励磁磁通不能突变。 热惯性： 与散热有关，即温度不能突变。
机电传动控制中的动态特性分析与优化研究
机电传动控制中的动态特性分析与优化研究一、引言机电传动控制是现代工程中的重要领域，涉及到机械、电子与控制三个方面的知识，对于提高系统的性能和稳定性具有重要意义。
动态特性是评估机电传动控制系统性能的重要指标之一，因此对于动态特性的分析和优化研究具有重要的工程意义。
二、动态特性分析1.动态特性的定义与分类动态特性是指控制系统在变化的工作条件下所表现出的响应性能。
它可以通过很多指标来进行描述，如阶跃响应、频率响应等。
动态特性可以分为时域特性和频域特性两种，并可以通过数学建模和实验方法进行分析。
2.数学建模方法数学建模是研究动态特性的重要方法之一。
通过将机电传动系统建模为数学方程或状态空间模型，可以分析系统的阶跃响应、频率响应等动态特性。
常用的建模方法包括传递函数法、状态空间法、拉普拉斯变换法等。
3.实验方法实验方法是研究动态特性的重要手段之一。
通过对机电传动系统进行实验，可以获取系统的动态特性数据，并进一步进行分析与优化。
常用的实验方法包括动态测试、模拟实验、仿真实验等。
三、动态特性优化1.优化目标在机电传动控制系统中，动态特性优化的目标通常包括提高系统的响应速度、降低超调量、提高稳定性等。
这些目标可以通过优化控制器设计、参数优化和结构优化等方式来实现。
2.优化方法a.优化控制器设计：通过选择合适的控制器结构和参数，可以改善系统的动态特性。
常用的控制器设计方法包括PID控制器设计、模糊控制器设计、神经网络控制器设计等。
b.参数优化：通过优化系统的参数，可以改善系统的动态性能。
参数优化方法包括遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。
c.结构优化：通过优化系统的结构，可以改善系统的响应速度和稳定性。
常用的结构优化方法包括自适应控制、鲁棒控制、最优控制等。
四、案例分析以自动驾驶汽车中的传动系统为例，对机电传动控制中的动态特性分析与优化研究进行案例分析。
1.动态特性分析通过数学建模和实验方法，对自动驾驶汽车的传动系统进行动态特性分析，包括阶跃响应、频率响应等。
步进电机的基本特性-静态、动态、暂态转矩特性
步进电机的基本特性:静态、动态、暂态转矩特性步进电机的基本特性包括电机静态特性、连续运动特性（动态特性）、电机启动特性和电机制动特性（暂态特性）。
下面分别作介绍：静态转矩特性步进电机的线圈通直流电时，带负载转子的电磁转矩（与负载转矩平衡而产生的恢复电磁转矩称为静态转矩或静止转矩）与转子功率角的关系称为角度-静止转矩特性，这就是电机的静态特性。
如下图所示：因为转子为永磁体，产生的气隙磁密为正弦分布，所以理论上静止转矩曲线为正弦波。
此角度-静止转矩特性为步进电机产生电磁转矩能力的重要指标，最大转矩越大越好，转矩波形越接近正弦越好。
实际上磁极下存在齿槽转矩，使合成转矩发生畸变，如两相电机的齿槽转矩为静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，则上图所示的转矩为：TL=TMsin[(θL/θM)π/2]其中TL与TM各表示负载转矩和最大静止转矩（或称把持转矩），相对应的功率角为θL和θM，此位移角的变化决定了步进电机位置精度。
根据上式得到：θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)PM型永磁步进电机和HB混合式步进电机的步距角θs在前面的课程中讲过即：θs=180°/PNr，角度改为机械角度（弧度），则变成下式：θs=π/(2Nr)上式Nr为转子齿数或极对数，所以两相电机θM=θs。
负载转矩为电磁转矩的负载（如弹簧力或重物的提升力等），电机如要正反向运动，会产生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小，因此，依据式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角θs小的步进电机，即高分辨率电机。
根据式θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。
另外，高分辨率的步进电机的转子结构大致分为PM型、R型、HB型三种，其中HB型分辨率最好。
由于PM型定子磁极为爪级结构的关系，定子磁极数的增加受到机械加工的限制。
HB型转子表面无齿，N极与S极在转子表面交替磁化，因此极数即为极对数Nr，同样的，转子磁极Nr的增加也受到充磁机械的限制。
机电传动控制系统的模型建立与动态特性分析
机电传动控制系统的模型建立与动态特性分析机电传动控制系统是由机械元件和电气元件相互配合，实现工业生产过程中的能量转换和自动控制的系统。
在工业生产过程中，机电传动控制系统的稳定性和动态特性分析十分重要，可以有效提高生产效率和质量。
本文将围绕模型建立和动态特性分析展开。
一、机电传动控制系统模型建立机电传动控制系统的模型建立是建立一个能够描述系统动态行为的数学模型。
下面将介绍常用的几种模型建立方法。
1. 传递函数模型传递函数模型是一种广泛应用的描述线性系统动态行为的数学模型。
通过实验测量和系统辨识技术，可以建立机电传动控制系统的传递函数模型，用于分析系统的频率响应和稳定性。
2. 状态空间模型状态空间模型是描述系统状态随时间变化的数学模型。
通过建立系统的状态方程和输出方程，可以得到机电传动控制系统的状态空间模型，用于分析系统的稳定性和时域响应。
3. 动力学模型动力学模型是描述系统动态行为的数学模型，可以通过考虑系统的质量、惯性、摩擦等因素来建立机电传动控制系统的动力学模型。
动力学模型能够提供系统的加速度、速度和位置等关键参数的信息。
二、机电传动控制系统动态特性分析机电传动控制系统的动态特性分析是通过对系统动态行为的研究，了解系统的稳定性、响应速度和精度等指标。
下面将介绍常用的几种动态特性分析方法。
1. 频率响应分析通过对机电传动控制系统的传递函数模型进行频率响应分析，可以得到系统的幅频特性和相频特性，了解系统在不同频率下的响应情况。
频率响应分析可以帮助优化系统参数，提高系统的稳定性和精度。
2. 动态响应分析动态响应分析是通过对机电传动控制系统的输入信号和输出响应的比较，来研究系统的动态特性。
通过分析系统的时间响应曲线、超调量和调节时间等指标，可以评估系统的动态性能，指导系统的设计和调试。
3. 稳态误差分析稳态误差分析是对机电传动控制系统在稳定工作状态下输出与期望值之间的偏差进行分析。
通过分析系统的稳态误差特性，可以评估系统的精度和稳定性。
机电传动控制
期末考试要点第3章 机电传动系统的静态与动态特性运动方程的实用形式T M －T L ＝J dw/dt用转速 n 代替角速度ω，则若 T M 或 T L 与 n 方向相同，则 T M 或 T L 为拖动转矩；若 T M 或 T L 与 n 方向相反，则 T M 或 T L 为制动转矩。
动态转矩 T d ＝ T M － T L ；加速度 a ＝ dn/dt静态转矩 TL当T d ＝0时，a ＝0 ，表示系统处于稳态，系统为匀速运动。
当T d ≠0时，a ≠0 ，表示系统处于动态，T d ＞0时，拖动转矩＞制动转矩，a 为正，系统加速运动；T d ＜0时，拖动转矩＜制动转矩，a 为负，系统减速运动判定TM 和TL 的性质若 T M 或 T L 与 n 方向相同，则 T M 或 T L 为拖动转矩；若 T M 或 T L 与 n 方向相反，则 T M 或 T L 为制动转矩。
负载的机械特性由负载性质决定，按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型：① 恒转矩负载 —— 恒转矩型机械特性② 泵与风机类负载 —— 通风机型机械特性③ 恒功率负载 —— 恒功率型机械特性④ 直线型负载 —— 直线型机械特性第3章 直流电机的工作原理及特性直流电动机的基本方程式(1) 转矩方程式 T ＝ K m ΦI a电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同稳态时的转矩平衡 T = T L + T 0(2) 电势方程式 E ＝ K e Φ n电动势E 为反电势，它与外加电压产生的电流I a 方向相反。
(3) 电压平衡方程式 U ＝E ＋I a R a。
电枢电压、电枢的反电势、电阻压降关系。
（4）功率平衡方程式 UI a ＝EI a ＋I a2R aT M －T L ＝dt dn GD 3752Po ＝ P0 ＋P2 Po ＝ Pm ＋P Fe第3章 直流电机的工作原理及特性直流他励电动机的启动特性起动方法：直接起动因为直接加额定电压起动的起动电流很大，除了小容量的电动机可采用直接起动的方法外，一般直流电动机都不采用这种方法。
机电传动各章习题与解答
各章习题及解答第2章习题2.1说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩、静态转矩和动态转矩的概念。
答：拖动转矩：与机电传动系统转速n方向相同的转矩，既可以是电动机的转矩T M，也可以是负载转矩T L；静态转矩：即负载转矩T L；动态转矩：定义为T d＝T M－T L2.2从运动方程式怎样看出系统是处于加速的、减速的、稳定的和静止的各种工作状态?2.3试出以下几种情况下(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) T d＝T M－T L＝0，稳态，匀速(b) T d＝T M－T L<0，减速(c) T d＝－T M－T L<0，减速(d) T d＝T M－T L>0，加速(e) T d＝－T M－T L<0，减速(f) T d＝－T M+T L＝0，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?转动惯量折算为杆么依据折算前后动能不变的原则?答：1）因为机电传动系统运动方程式是针对单轴拖动系统建立的，为了将该运动方程应用于多轴系统，必须进行折算；2）因为如果忽略传动损失，传动系统所传递的功率是守恒的，而传递功率P=T ω，即与转矩T 相关，所以应依据功率不变的原则；3）同理，根据动能守恒原则，E=1/2J ω2=Const ，所以应遵守动能不变原则。
2.5为什么低速轴转矩大?高速轴转矩小? 答：根据功率守恒原则，有 P L =P H 而：P L =T L ⨯ωLP H =T H ⨯ωH 因为：ωH >ωL 故有：T H <T L即，低速轴转矩大于高速轴转矩。
也可以按以下方法回答： 在传动系统中，传递效率：MM L L M L T T P P ωωη==可得：LM M L T T ωηω=＝T M j η因为：LM T jT =η<1 所以：T M j < T L又因为j>1，所以，T M < T L ，即高速轴转矩小于低速轴转矩。
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。
机电传动系统的静态与动态特性
1.可以分析如何缩短过渡过程的时间， 从而提高生产率；
2.可以研究如何改善机电传动系统的运行 情况，使设备 安全运行
2.2 机电传动系统的运动方程 式
• 2.2.1 单轴机电传动系统的运动方程
T
TL
J
d
dt
TM：电动机产生的电磁转矩 TL：生产机械产生的负载转矩 J： 转动惯量 ω : 角速度
设电动机某一转动方向的转速n为正，则 在运动方程式中作如下约定：电动机电 磁转矩T与转速n方向一致为正；负载转 矩 TL 与转速方向n相反为正。
• 例2-1 如图所示起重机在提升重物，试判 断起重机在启动和制动时电动机转矩和负
载转矩的符号。设重物提升时电动机旋转 的方向n为正方向。
2.3 典型生产机械的负载特性
2.1 研究机电传动系统静态与动态特性的意义
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 转矩和生产机械速度之间的关系 ；
机电传动系统的动态特性是指系统从一种稳定状 态变化到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性。 当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或 负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转 速就要随之变化，即系统处于动态运行。
• （1）机械惯性：转动惯量和飞轮转矩 • （2）电磁惯性：电感 • （3）热惯性：温度
机电传动系统中只需考虑机械惯性，即在过渡过程中只有 转速是不能突变的，而电枢电流和转矩都可以突变。
t
n ns (nst ns )e m
m
GD2 R 375Ke Km2N
• 转速、电枢电流、转矩都是按指数规律变化的。
机电传动系统的静态与动态特性
2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量 电动机轴与中间传动轴之间的速比 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
第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.4 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
a.旋转运动
2.4.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程
加快机电传动系统过渡过程的方法 减少系统GD2
1.采用两台电动机同轴运动 例如：龙门刨床的刨台 一台46kW、580r/min，GD2=216N·m2 两台23kW、600r/min，GD2=92N·m2 * 2
2.采用小惯量直流电机（电枢细长， Tst/GD2大）
第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 机电传动系统的过渡过程
为满足生产机械对机电传动系统过渡过程的各种要求，必须研究转速、转矩、电流对时间的变化规律，才能正确地选择机电传动装置，设计控制电路，以求改善产品质量，提高生产率和减轻劳动强度。
第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.5 机电传动系统的过渡过程
v——角速度，rad/s
t——时间，s 单轴机电传动系统的运动方程式
这个与物体转动难易有关的量，和在平移运动中的质量相似，我们称为转动惯量或称惯性矩，其大小和物体的形状、质量及转动轴有关。 分散质点组成的物体，其转动惯量为：
ｍi：组成刚体的第i个小质点的质量。 ｒi：第i个小质点到转动轴的距离。
第 2 章 机电传动系统的静态与动态特性 2.2 机电传动系统的运动方程式
制动转矩TL与n反向
制动转矩TL与n反向
例2-1 TM与TL符号和性质的判定。
机电传动
第2章 机电传动系统的静态和动态特性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的静态特性是指电动机的电磁转矩与生产机械速度之间的关系。
通过研究静态特性，可以了解当负载转矩一定时，机电传动系统中各电气参数如电源电压、励磁磁通、电枢电阻等对转速的影响。
机电传动系统的动态特性是指系统从一种稳定状态到另一种稳定状态时在过渡过程中的特性。
当机电传动系统处于启动、制动、反转、调速或负载转矩发生变化等运转状态时，电磁转矩和转速也随之发生变化。
研究动态特性，可以分析如何缩短过渡过程的时间，如何改善系统的运行情况。
2.2 机电传动系统的运动方程式机电传动系统是一个由电动机拖动，并通过传动机构带动生产机械运转的动力学整体，只有为其建立动力学方程式，才能深入地分析和研究其运动特性。
为了抓住本质，通常研究最简单的，即只包含一根轴的单轴机电传动系统。
2.2.1 单轴机电传动系统的运动方程最简单的机电传动系统是电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载，这种简单系统称为单轴机电传动系统，电动机与负载为一个轴同一转速。
图2-1所示的为单轴机电传动系统。
电动机产生电磁转矩T ，是拖动性质的转矩，用来克服负载转矩L T ，以带动生产机械运动；L T 是制动性质的转矩。
从动力学的角度分析，T 、L T 、ω三者服从动力学的统一规律，即运动方程式：L d T T J dtω-= （2-1） 式中：T 、L T ——牛·米， N ·m 。
J ——转动惯量，表示系统的机械惯性，Kg.m 2ω——单轴机电传动系统的角速度，/rad s2.2.2 单轴机电传动系统的实用运动方程式2-1中， 260n πω=（rad/s ） 22244G D GD J m g gρ==⋅= GD 2——飞轮惯量或飞轮矩表示系统的机械惯性。
m 为系统转动部分的质量，单位为kg ；G 为系统转动部分的重力，单位为N ；ρ为系统转动部分的转动惯性半径，单位为m ，D 为系统转动部分的转动惯性直径，单位为m ；g 为重力加速度，北京地区取f ＝9.80m/s 2。
步进电机的运行特性解读
优点： 电源功耗比较小，效率比较高。 矩频特性好，启动和运行频率 得到了很大的提高。 主要缺点： 低频运行时输入能量过大，造 成电机低频振荡加重； 增大了电源的容量， 对功率管性能参数的要求高。
常用于大功率步进电动机的驱动
电流斩波驱动放大电路
调频调压驱动方式
(a)低频； (b)高频
细分驱动放大电路
电流的每个阶梯，电机 转动一步，步距角减小 了很多。
细分电流波形
先放大后合成
先合成后放大
双极性驱动（永磁式和混合式步进电动机）
正负电源供电
单一电源供电
由于双极性驱动电路较为复杂，过去仅用于大功率步进电 动机机。但近年来出现了集成化的双极性驱动芯片，使它能 方便应用于对效率和体积要求较高的产品中。 如：L298双H桥驱动器
三相单三拍脉冲分配器
Q1 Q2
A
U0
预置
J1 Q1 CP K1 Q1
J 2 Q2 CP K 2 Q2
Q1 Q2 Q2
B
C
JK触发器真值表
J
1
A
K
0
Q(t+1)
1
说 明
置“1”
0
0 1
1
0 1
0
Q(t)
Q (t)
置“0”
不变 求补
B
C
C
B
A
Q RS3
Q R
Q RS2
Q
Q
Q
S
S
R
S
RS1 R
6
5
4
3
转子振荡过程：
以上分析时认为，切换控制绕组时，转子单调地趋向新的平 衡位置，但实际上要经过一个衰减的振荡过程。
请说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩静态转矩和动态转矩的概念
请说明机电传动系统运动方程式中的拖动转矩静态转矩和动态转矩的概念机电传动系统是指由电机、机械传动装置和传感器等组成的系统，主要用于将电能转化为机械能，并将机械能传递给被驱动物体。
机电传动系统运动方程式是描述系统运动行为的数学模型，其中涉及到拖动转矩、静态转矩和动态转矩的概念。
拖动转矩（Tf）是指在机电传动系统中由摩擦力引起的转动阻力。
当机电传动系统中存在摩擦力时，摩擦力会产生一个抵抗转动的力矩，这个力矩就是拖动转矩。
拖动转矩的大小与摩擦力和力臂的乘积有关，即Tf=f×R，其中f为摩擦力，R为力臂。
静态转矩（Ts）是指在机电传动系统静止状态下，由于系统自身的重力或其他外力作用而产生的转矩。
当机电传动系统处于静止状态时，由于受到力矩的作用，系统会倾向于转动。
这个倾向转动的力矩就是静态转矩。
静态转矩的大小与作用力和力臂的乘积有关，即Ts=F×R，其中F为作用力，R为力臂。
动态转矩（Td）是指在机电传动系统动态运动过程中由于系统质量不平衡、传动误差或其他因素引起的转矩。
在机电传动系统中，由于各个部件的制造精度和安装误差等原因，系统可能会出现不平衡或传动误差，从而引起额外的转矩。
这个额外转矩就是动态转矩。
动态转矩的大小与系统的失衡质量、传动误差和力臂的乘积有关，即Td=M×R，其中M为失衡质量或传动误差，R为力臂。
在机电传动系统中，拖动转矩、静态转矩和动态转矩的存在和影响都会影响系统的运动性能和运动稳定性。
首先，拖动转矩会增加系统的负载，使得系统电机需要提供更大的转矩来克服摩擦力矩，从而影响系统的运动速度和加速度。
因此，在机电传动系统设计中，需要考虑摩擦力的大小和方式，以减小拖动转矩对系统性能的影响。
其次，静态转矩会使得系统在静止状态下存在一个倾向于转动的力矩，从而使得系统在启动过程中需要克服静态转矩的作用，这会导致启动过程的困难和能耗增加。
为了解决这个问题，可以采取增加启动转矩或减小静态转矩的方法，例如通过添加平衡质量或调整传动装置的结构。
机电传动控制大纲
《机电传动控制》教学大纲课程名称：机电传动控制学分：3.5 总学时：56 讲课学时：48 实验学时：8考核方式：考试先修课程：电路，模拟电子技术、数字电子技术等适用专业：机械电子开课系或教研室：机械电子教研室（一）课程性质与任务1．课程性质：本课程是机械电子工程专业的专业任选课（专业核心课）。
2．课程任务：本课程是使学生了解机电传动的一般知识；掌握直流电机和交流电机的工作原理、机械特性，启动、调速、制动特性极其应用知识；了解控制电机与特种电机的工作原理、特性及应用；了解典型生产机械常用的低压电器；掌握继电器－接触器控制的基本线路和设计方法；掌握晶闸管元件的工作原理和现代电力电子技术在机电传动中的应用；了解交流和直流调速的原理。
（二）课程教学基本要求理论课时：48学时实验：8学时成绩考核形式：闭卷考试。
平时10%，作业10%，实验10%，考试70%（三）课程教学内容第一章绪论本章简要介绍机电传动控制技术的发展。
第二章机电传动系统的静态与动态特性本章简要介绍机电传动系统静态与动态特性的概念，机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性，机电传动系统稳定运行的条件。
应重点掌握的内容：机电传动系统的运动方程，典型生产机械的负载特性。
第三章直流电机的工作原理及特性本章主要介绍直流电机的结构、工作原理和机械特性，直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性。
应重点掌握的内容：直流电机的机械特性，直流他励电动机的启动、调速和制动特性。
第四章交流电动机的工作原理及特性本章主要介绍三相异步电动机的结构、工作原理，三相异步电动机的定子和转子电路分析，三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动、调速和制动特性，单相异步电动机和同步电动机的特性。
应重点掌握的内容：三相异步电动机的转矩及机械特性，三相异步电动机的启动和调速特性。
第五章控制电机与特种电机本章主要介绍交流、直流伺服电动机，力矩电动机，小功率同步电动机，步进电动机，测速发电机，自整角机，直线电动机的原理、特性和使用方法。
机电传动系统的静态与动态特性共54页
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
机电传动系统的静态与动态特性
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
பைடு நூலகம்
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
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
机电传动系统的静态与动态特性54页PPT
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
机电传动系统的静态与动态特性
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
机电控制及其自动化(终1)
机电控制及其自动化一、填空43、机电传动系统有和动态两种运行状态。
答案：【静态】14、机电传动系统的是指系统以恒速运转的状态，其动态转矩为零。
答案：【静态】46、设电动机某一转动方向的转速n为正，则在机电传动运动方程式中作如下决定：电动机电磁转矩TM与转速n方向一致为；负载转矩TL与转速方向相反为正。
答案：【正】47、就是由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。
答案：【成组拖动】38、可编程控制器的英文缩写是。
答案：【PLC】41、数字控制器（数字信号处理器）的英文简写为。
答案：【DSP】7、生产机械一般都是由机械部分与组成。
答案：【电气部分】1、发电机是将转化成电能的机械设备。
答案：【机械】11、交流电动机分为和同步电动机。
答案：【异步电动机】42、三相异步电动机的转子绕组按照结构形式分为型转子绕组和线绕型转子绕组两种。
答案：【鼠笼】5、在三相异步电动机中其磁场是由定子绕组内三相电流所产生的合成磁场，且磁场是以电动机转轴为中心在空间旋转，称为磁场。
答案：【旋转】19、三相异步电动机定子绕组有和三角形两种接法。
答案：【星形】6、一般将电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系称为生产机械的。
答案：【机械特性】n=f（T）12、鼠笼式异步电动机的启动方式有和降压启动。
答案：【直接启动】26、鼠笼式异步电动机的启动方法有直接启动和启动两种启动方式。
答案：【降压】22、较大容量的笼型异步电动机一般都采用启动的方式启动。
答案：【降压】15、实质上是改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，来进行制动。
答案：【反接制动】17、制动是在三相异步电动机切除三相电源的同时，把定子绕组接通直流电源，在转速为零时再切除直流电源。
答案：【能耗】36、制动是在三相异步电动机切除三相电源的同时，把定子绕组接通直流电源，在转速为零时再切除直流电源。
这种制动方法实质上是把转子原来存储的机械能，转变成电能，又消耗在转子的制动上。
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TM为制动转矩 TL为拖动转矩
7
2.3 典型生产机械的负载特性
一、恒转矩型负载 1、反抗转矩负载（摩擦性转矩）： 例，传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载。
| TL | K
8
2、位能转矩负载： 例，起重设备、提升机构等
TL K
9
二、恒功率型负载： 例，车削过程等
TL K / n
10
三、通风机型负载： 例，电扇、通风机、水泵等
TL Cn2
11
2.4 多轴系统的负载转矩、转动惯量、飞轮转矩的折算
折算原则：折算前后能量关系保持不变。 一、负载转矩的折算 1）两级传动系统的旋转运动 对比单轴系统：
12
PL' PM ×c
又 PL' TL' ×L , PM TL M
: 负载转矩 J : 整个系统的转动惯量
：角加速度
TL
d dt
3
二、单轴机电传动系统的实用运动方程
用n代替角速度ω，用飞轮转矩 代替转动惯量J，则：
GD2
其中：JmR 是具2加速度1量G 纲D 的常2数， 。 且＝2n，g＝9.81m/s2
4g
60
GD2 dn
TTL
375
dt
4
三、动态转矩
T
TL
TD
GD 2 375
dn dt
将其定义为动态转矩。 >0，则系统加速； <0，则系统减速； =0，则系统匀速。
5
四、运动方程式中符号的约定
电磁转矩、负载转矩；拖动转矩、制动转矩。 运动方程中转矩正负以它与转速n的方向关系及n自身的正负确定。
()T()TL
GD2 375
dn dt
6
TM为正 TL为正
二、过渡过程时间和加快过渡过程的方法
t
GDz2 375TD
(ns
n1)
因此，加快过渡过程的方法主要有： A、减少飞轮转矩 如采取使用小惯量直流电动机的方法 B、加大动态转矩 如采用大惯量直流电动机（宽调速直流力矩电动机）
21
2.6 机电传动系统稳定运行的条件 稳定运行的两重含义： • 能处于匀速运行的平衡状态； • 受到干扰时，能在新的条件下达到新的平衡，干扰消失后，能回到原先的平衡状态。
22
23
系统稳定运行点的条件： • 有交点； • 判别交点是否是稳定运行点的简易方法：在交点上方画平行于T轴的线，左边为电机特 性曲线，右边为负载特性曲线。 例：习题2-6
24
本章小结
1、运动方程
d GD2dn
TDTTLJdt
375dt
2、三种负载的机械特性及其曲线： 恒转矩型 恒功率型 通风机型
25
3、多轴系统的负载转矩、转动惯量的折算
TL
TL'×L c×M
＝ TL'
c×j
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
4、机电时间常数、过渡过程时间
t
GDz2 375TD
(ns
n1)
加快过渡过程：减小飞轮转矩、加大动态转矩。
26
5、系统稳定运行的条件 有交点；在交点上方画平行于T轴的线，观察。
作业一：2-3、2-4。 27
一、机电传动系统的惯性的分析 以系统的启动过程为例，得转速、转矩、电枢电流对时间的动态特性—— 式（2-14）、（2-15）、（2-16）
19
反映机电传动系统机电惯性和灵敏度的指标——机电时间常数。达到稳态转速时间是其3～5倍。
mG 37 D 52T ns0t G 37 D 52KeKR m2 N 20
17
2、直线运动（略）
小结：在研究多轴传动系统时，公式（2-2）要做相应的折算，得公式（2-13）。
T TL
GDZ2 375
dn dt
18
2.5 机电传动系统的过渡过程简介
系统从一个稳态变化到另一个稳态，都要经过过渡过程（动态过程、不平衡过程、非惯性过 程）。 如：启动、制动、反转、调速等过程。
谢谢！
29
'
c
15
二、转动惯量和飞轮转矩的折算 1、旋转运动
1
2JZ
M 21 2JMM 21 2J11 21 2JL
2 L
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
16
同理：
GDZ2 GDM 2 GjD 1212 GjD L2L2
为实际工程计算方便，将中间轴忽略：
JZ
JM
JL jL2
GDZ2 GDM 2 GjDL2L2
机电转动第章静态与动态特性
1
所谓“静态特性”，就是机电传动系统能达到恒速运转状态下，电动机的电磁转矩和生产机械 速度之间的平衡关系。 “动态特性”，即转矩和速度发生不平衡变化时，系统的动态过渡过程。
1
2.2 机电传动控制的运动方程式 一、单轴机电传动系统的运动方程
T
TL
J
d
dtΒιβλιοθήκη 2其中： T : 电动机的输出转矩
TL
TL' ×L c×M
＝ TL'
c×j
其中：
j ：传动的速比 ：传动效率
c
13
2）两级传动系统的直线运动，提升重物为例：
PL' PM ×c
又 PL' F×v, PM TL M
TL
Fv
c × M
＝9.55 F v
c ×n
14
其中：
9.55＝n ＝60
2
思考：
如果是下放重物，公式中 的位置。