机电传动控制第三版
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
程宪平机电传动与控制第三版
在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大
值均出现在sm＞1的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式
① 幅值控制 ② 相位控制 ③ 幅相控制
5
机
第3章 控制电机
A0 A
正常工作点
电 传
3-1 伺服电动机 一、交流伺服电动机
动 控
制
“自转” 现象 B0
A0
“自转”现象 转子电阻
的消除
设计得
A 很大
重点
掌握常用控制电动机基本工作原理，运行特性与特点。
难点
交流伺服电动机“自转”现象及消除该现象的原理。
2
机
第3章 控制电机
电 传
动
概述
控 制
控制电机与普通电机比较：
控制电机与普通电机的基本结构和工作原理大体相同；
普通电机的主要作用是进行能量转换，
控制电机的主要作用是完成信息的传递和变换。
对控制电机的基本要求:
电 传
3-1 伺服电动机 三、力矩电动机
动 控
制
力矩电动机是一种能够长期处于启动(堵转)
状态下工作的低转速、大转矩的执行电机。
直流力矩电动机的工作原理和直流伺服电动机相同，
仅在结构上有所区别，力矩电动机一般作成扁平形。
它主要采用永磁式电枢控制方式。
它反应速度快、特性硬度大且线性度好、精度高，
能在堵转和低速下运行，特别适用于对速度和位置
的控制精度要求很高的系统中。
它与高精度的检测元件、放大元件和校正环节等组成
的闭环控制系统，其稳定运行转速低达每天转1/4转，
调速范围达几万至几十万，位置精度达到角度的秒级。
12
机
第3章 控制电机
电 传
电力拖动自动控制系统第三版ppt第九章课件
环
Ψ m
节
ir
cosL sins 磁链
coss 运算
Ψ
环节
m
iA,B,C uA,B,C
SPWM ir*
AFR
iA,B,C
ir FG
T
BQ
转子位置检测 处理单元
FGT
ir
图9-21 绕组励磁三相同步电动机交-直-交变频电压源型双PWM矢量控制系统的基 本组成框图
同步电动机矢量控制系统的结构形式 多种多样，但其基本原理和控制方法和异 步电动机矢量控制系统相似。但是其坐标
2/3 式（10-25）
iA*
iB* iB*
图9-24 电流指令运算器的内部结构图
2024年8月5日9时14分
9.6正弦波永磁同步电动机变压变频调速系统
正弦波永磁同步电动机，通常称作永磁 同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM），其定子绕组一般为三相短 距分布绕组，其气隙磁场和定子分布绕组决 定了定子绕组感应电动势为正弦波形，所用 的供电电源为PWM变压变频电源。
再通过二相→三相（2/3）变换得
到定子三相电流设定值 iA 、iB 、iC
，即为：
1
0
iiAB
iC
2
1
3 2
1
3 2 3
2 2
1
2 1 2
iissαβ
1
i0
2
（9-24）
2024年8月5日9时14分
励磁电流设定值 ir 计算如下：
ir
i 2
rM
i 2
rT
（9-25）
2024年8月5日9时14分
凸装式永磁同步电动机结构简单、制 造方便、转动惯量小，易于将气隙磁场设 计成近似正弦分布，在工业上得到广泛应 用。凸装式转子永磁体得几种几何形状如 图9-25所示。
机电传动控制_邓星钟_第三版_课后答案
机电传动控制_邓星钟_第三版_课后答案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-TL0说明系统处于加速，TM-TL0 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）TMTTM=TL TM TLTM-TL0说明系统处于加速。
TM-TL0 说明系统处于减速TMTL 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TMTL TTLTM= 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。
2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2,转速nM=900r/min; 中间传动轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60 r/min。
程宪平 机电传动与控制(第三版)0绪论
一种频率的交流电变为另一种频率的交流电？
电 动 机 启 动 器
交流 电动机
直流 发电机
直流 电动机
交流 发电机
三相 f2 交流 电源
控
制
系
统
21
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 控 制
典型的电力电子系统框图
输入 输出
电源
电力设备 电力网络 蓄电池 太阳能 风能 ……
主电源
晶闸管 调压装置
控制方式
测速 发电机
转速负反馈 降压调速 闭环控制系统
24
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
380V工频电源
机 电 传 动 控 制
控制系统举例
PLC 变频器
自耦 变压器
水位计
接触器组
远传压力表
水泵
25
绪论 机电传动与控制
控制系统举例
机 电 传 动 控 制
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
26
绪论 机电传动与控制
控制系统举例
机 电 传 动 控 制
27
绪论 机电传动与控制
3 课程的性质和任务
“机电复合型”人才，应该掌握 机、电、液、计算机等综合控制系统的技术。 在综合控制系统中的电控系统，主要包含： 弱电控制（如计算机控制技术） 强电控制（如伺服驱动控制技术） 强电控制的内容，一般安排在几门课程中，如： 电气控制技术、可编程序控制器、电机与电力拖动、 电力电子技术、伺服驱动技术、自动控制系统。 “机电传动控制”课程建立了一个崭新的课程体系，把 机电一体化技术的强电控制知识都集中在这一门课程中。
机电传动控制第三版课后答案
机电传动控制第三版课后答案【篇一：《机电传动控制》冯清秀版课后习题答案】第二章2.1答：运动方程式：tm?tl?jd?dttm?tl?tdtd0时：系统加速； td=0 时：系统稳速；td0时，系统减速或反向加速2.2答：拖动转矩：电动机产生的转矩tm或负载转矩tl与转速n相同时，就是拖动转矩。
静态转矩：电动机轴上的负载转矩tl，它不随系统加速或减速而变化。
动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩td，它使系统的运动状态发生变化。
2.3答：a匀速，b减速，c减速，d加速，e减速，f匀速2.4答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。
jz?jm?j1jl216??2.5??2?2.8(kg?m) 222j1jl315nm950?dnl??0.24?59.4??59.4(r/min)v???0.37(m/s)j1j24?460j360?22z2m2.8答：nl?fv2gd??gd?2nm100?0.372gd?(1.1~1.25)?1.05?365??1.16~1.32n?m229502z2.9答：恒转矩型、泵类、直线型、恒功率型。
2.10答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。
位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向无关。
2.11答：（d）不是稳定运动点，其余都是稳定运行点。
3.1答：转子在主磁通中旋转，要产生涡流和磁滞损耗，采用硅钢软磁材料，可减少磁滞损耗，而采用“片”叠压成，可减少涡流损耗。
3.3答：因为t?kt?ia?tl?常数所以，当改变电枢电压或电枢串电阻时，ia均不变。
n?由rau?tke?kekt?2知n会变化。
3.4答：因为↑时，→e ↓，所以：ee1 3.6答：p1?inun?pn?nin?pnun?n?7.5?1000?38.52(a)220?0.885p7.5tn?n?9550??47.75(n?m)nn15503.8答：?pnra??0.50~0.75??1??uinn??un??i?nn0?ununnn?ke?nun?inrai?5.5?1000?110??1??0.172~0.258(?)?110?6262??n0?110?1000?1107~1170(r/m110?62(0.172~0.258)p5.5tn?n?9550??52.53(n?m)nn1000p5.5tn?n?9550??35.02(n?m)in?in?ifn?61?2?59(a) n1500n3.9答：n0?3.10110?1500ununnnn0??1680(r/min)?110?59?0.2ke?nun?ianra答：⑴n0?ununnn?ke?nun?inran0?220?1500?1559(r/min)220?34.4?0.242p6.5tn?n?9550??40.5(n?m)nn1500⑵在（1）中，?n?n0?nn?1559?1500?59(r/min)raratn2t??n，所以kk??netkekt?2?n当串入rad1?3?时，?n1??rad1?ra?rad1ra?rad1??t??n＝1＋?nn2??kekt?rara? ?n1?n0??n1?1559?790?769(r/min)5???n2??1＋(r/min)??59?1278?0.242?3???n1??1＋??59?790(r/min)?0.242??rad2?当串入rad2?5?时，?n2???1＋r???na??n2?n0??n2?1559?1278?281(r/min)⑶当u?un/2时，n01?unn1559u??0?＝779.5(r/min)ke?2ke?22n1?n01??n?779.5?59?720.5(r/min)当??0.8?n时，n01?unnu1559??0??1949(r/min)ke?0.8ke?n0.80.8?n1?rara159t?t＝?n??92.2(r/min)nn22222kekt?0.8kekt?n0.80.8n1?n01??n1?1949?92.2?1856.8(r/min)3.11答：因为tst=un/ra，ra很小，所以tst很大，会产生控制火花，电动应力，机械动态转矩冲击，使电网保护装置动作，切断电源造成事故，或电网电压下降等。
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。
机电传动与控制第三版课程设计
机电传动与控制第三版课程设计课程设计的背景和目的随着现代工业的发展，机电一体化已成为现代工程技术的重要组成部分。
机电传动是其中的一个基础领域，大量的力学、运动学、热力学和控制知识在机电传动中得到了应用。
因此，机电传动与控制的课程设计在机械工程、电子工程和自动化工程等专业中具有重要的地位。
本次课程设计的目的是通过综合运用课程中所学知识，设计和制作一个能够正常运转的机械传动系统，并对其进行控制和调试。
通过这次课程设计，学生将更深刻地理解机电传动与控制的基础知识，掌握实践能力，提高工程应用能力。
课程设计的基本要求本次课程设计的基本要求如下：1.设计和制作一个传动系统，包括传动机构、传动轴、轴承、电机等。
2.安装测试电机并编写控制程序，实现传动系统的启动、停止、正反转和调速等功能。
3.对传动系统进行性能测试，记录并分析实验数据。
4.撰写课程设计报告，包括设计依据、方案细节、主要成果和结论等内容。
课程设计的步骤和计划课程设计的步骤和计划如下：第一步：任务分解和计划制定在完成课程设计之前，需要认真研究教师提供的任务要求和相应的参考资料，进行分解和计划制定。
本次课程设计的主要任务包括五个方面：传动机构设计、传动轴设计、轴承设计、电机选择和电路控制。
计划中需要逐个任务分析，确定每个子任务的实现方法、参考文献和完成时间。
第二步：装配传动系统在确定了传动机构、传动轴和轴承的具体设计和制造方案后，需要将它们在实验室中进行装配。
在装配过程中，需要严格按照设计方案的要求进行，保证安装精度和质量，同时注意安全。
第三步：安装测试电机并调试装配传动系统后，需要选取一台合适的电机，安装在传动系统之上，并设计和编写电路控制程序。
完成电机和控制程序的安装和调试后，需要对传动系统进行性能测试，记录和分析实验数据，评估传动系统的运行状态。
第四步：课程设计报告在完成课程设计的所有实验工作后，需要将实验结果进行总结和分析，并撰写课程设计报告。
机电传动控制(第三版)第1,第2章
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
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
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-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
机电传动控制
机电传动控制《机电传动控制》学习感想在学习《机电传动控制》这门课程的时候，我能够深刻的体会到其重要性。
作为机械类专业本基础教材，本书涵盖了经典控制理论的基本原理和基本知识，内容与机械类研究生课程现代控制理论相衔接。
本课程是机械电子工程专业中的一门技术基础理论和科学方法论的课程;《机电传动控制》本书的内容《机电传动与控制(第3版)》共分9章，内容包括:直流电机、交流电动机、控制电机，机电传动控制系统的基础，控制电器与继电器,接触器控制系统，可编程序控制第3器，交、直流电动机调速系统及步进电动机控制系统等。
《机电传动与控制(版)》内容全面，突出机电结合，电为机用。
在保证基本内容的前提下，简化理论分析，加强反映当前机电领域的新技术和新知识，加强实例的分析、设计，力求做到内容深入浅出、重点突出，以利于读者开拓思路，深化知识。
书中线路图和电气原理图的符号均贯彻了新颁布的国家标准。
《机电传动与控制(第3版)》是机械设计制造及其自动化专业系列教材之一，可作为机械类专业及与之相近专业本科生的教材，也可作为机械类专业电大生、函大生、高职生等的教材，还可供从事机械、电气方面研究的工作者和工程技术人员参考。
这本书着重强调机械工程控制基础课程对于机械工程类专业人才的培养不仅仅在于它是一本系统理论基础课程，使我们掌握控制论的基础知识，解决机械工程中的控制问题;更重要的是通过合乎唯物辩证法的方法论的简明阐述，使我们学会用控制理论观点，系统论方法，分析、处理机械工程中的难题，启迪和发展读者的思维，培养读者分析问题和解决问题的能力。
在学习这本书的时候其主要讨论控制系统的一般分析和综合方法及基本理论。
这本书采取了理论与实际紧密结合的方法，具体做法是:首先给出具有代表性的自动控制系统的实例，提出在设计自动控制系统时要解决的关键问题，使系统工作稳定、快速和精确。
然后给出解决这些关键问题的途径，即学习相关的自动控制理论。
最后应用这些理论分析典型系统，让读者马上看到所学理论的用处，同时也帮助广大的学生更深入地理解所学的理论。
《机电传动控制》课程教学大纲
《机电传动控制》课程教学大纲课程编号：2301112151课程名称：机电传动控制英文名称：Mechanical & Electrical Transmission Control课程性质：专业核心课学时/学分：32/2考核方式：闭卷考试选用教材：先修课程：机电工程概论、电工电子技术、机械设计基础等。
适用专业及层次：机械设计制造及其自动化本科大纲执笔人：大纲审核人：一、课程目标通过本课程的教学，应使学生具备下列能力：1.具有足够的知识储备，能运用力学、工程材料学、电工电子学等相关知识和数学模型方法，推演、分析机械工程领域的复杂工程问题。
2.具有足够的知识储备，能够从系统角度将机械设计原理与方法、机械制造技术、机电液控制、数控技术等专业知识和数学模型方法，用于机械工程领域复杂工程问题解决方案的比较与综合，并从中体现机械工程领域先进技术。
3.能认识到解决机械工程相关问题有多种方案可选择，并能够通过文献研究寻求有效的解决方案。
4.能够针对机械工程领域特别是装备制造及汽车制造中特定需求的机械产品，完成机械单元（部件）及控制单元的设计。
二、课程目标与毕业要求的对应关系三、教学基本内容1.绪论（支撑课程目标2）使学生对机电传动控制有一个全面的、宏观的认识，了解常用的控制方法，熟悉机电传动控制技术现状与发展前景等。
（1）熟悉机电传动系统的构成和负载特性；（2）熟练掌握机电传动系统的运动方程式；（3）能够从动力学分析的角度提出加快机电传动系统过渡过程的方法。
课程思政切入点：引导学生向广大工程技术人员学习，培养学生善于钻研、不畏困难的工匠精神。
在工程案例中，培养学生精益求精的科学探索精神，提高学生的工程意识。
2.驱动用电动机（支撑课程目标1）使学生对常用的驱动用电动机有一个全面的了解，熟悉三相异步电动机的结构组成和机械特性，掌握其选用方法，做到“人尽其才、物尽其用”。
（1）了解直流电动机的基本结构和特点；（2）熟悉三相异步电动机的铭牌数据含义；（3）熟练掌握三相异步电动机的结构组成和机械特性。
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。
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C
TL
/
nM j1 n1
nM jL nL
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.
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.
(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)
邓星钟 主编 华中科技大学出版社2001年3月
“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
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.
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.
TM TL
TM
d J dt
定义式
GD 2 dn TL 375 dt工程计算式源自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=1/4(GD2); n-转速; -角速度.
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.
2.系统动态转矩Td
令系统动态转矩:
GD 2 dn Td 375 dt
则工程计算式可写为: TM-TL= Td
TM
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
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.
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
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 机电传动系统的运动方程式
1.单轴机电传动系统运动方程式:
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.