机电传动控制系统

2.机电传动系统的动力学基础
TL
GD 2 dn TM TL 375 dt
（4）
TM
运动方程是研究机电传动系统最基本的方程式，它决 定着系统运动的特征。
当TM=TL时，加速度a=dn/dt=0,传动系统为稳速，称为静态； 当TM>TL时，加速度a=dn/dt>0为正，传动系统为加速度运动； 当TM<TL时，a=dn/dt<0为负，传动系统为减速运动。 系统处于加速或减速的运动状态称为动态。处于动态时，系统
机电传动控制技术系列讲座
第二讲
机电传动控制系统
主讲老师：刘遥生
系列讲座简介
机电传动控制技术系列讲座内容:
第一讲：机电传动概述及控制系统中常用检测元件 主要内容：讲述机电传动的目的和任务及发展概况，介
绍机电传动控制系统中常用的元器件（如速度传感器、线位 移传感器、角位移传感器等）。
第二讲：机电传动控制系统 主要内容：讲述机电传动控制系统的组成和分类，重点
若TM与n符号相反，则表示TM的作用方向与n相反， TM为制动转矩
+ω(n) + TM
M
-ω(n) - TM
M
+ω(n) - TM
M
-ω(n) - TM
M
+TL
- TL
- TL
+TL
图4
图4
TM为拖动转矩
图5
图6
TM为制动转矩
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础 根据上述约定，可以从转矩与转速的符号来判定TM与TL的性质：
这样运动方程式（1）或（4）也可写成转矩平衡方程
式：
TM - TL＝Td 或
TM＝TL+Td
就是说，在任何情况下，电动机所产生的转矩总是由轴 上的负载转矩（即静态转矩）和动态转矩之和所平衡。
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础
由于传动系统有多种运动状态，相应的运 动方程式中的转速和转矩就有不同的符号。因为， 电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一 般以转动方向为参考来确定转矩的正负。
+ω(n) +TM
M
+TL
图3
约定：设电动机某一运动方向的转速n为正，则约定电动机转 矩TM与n一致的方向为正，负载转矩TLBiblioteka Baidun相反的方向为正。
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础 约定 设电动机某一运动方向的转速n为正，则约定：
电机转矩TM与n一致的方向为正， 负载转矩TL与n相反的方向为正。
J 1 mD 2 1 G D2 1 GD 2
4
4g
4g
（2）
2 n
60
（3）
将式（2）和式（3）代入式（1），就可得运动方程的实用形式：
TM
TL

GD 2 375
dn dt
（4）
式中，常数375包含g=9.81m/s2,故它 有加速度的量纲；GD2是整个物理量。
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
介绍机电传动控制系统调速方法。
第三讲：步进电机控制系统 主要内容：讲述步进电机的结构、原理和控制系统;重
点介绍步进电机的控制与应用等方面的知识。
机电传动控制技术系列讲座
第二讲
机电传动控制系统
(直流调速)
第二讲 机电传动控制系统
内容： 2.1 机电传动系统的组成及动力学基础 2.2 调速系统主要性能指标 2.3 晶闸管—电动机调速系统
2.机电传动系统的动力学基础
TM
TL

J
d
dt
（1）
+ω(n) +TM
M
+TL
在实际工程计算中，往往用转速n代替角速度ω，
图3
用飞轮惯量GD2代替转动惯量J，由于J=mρ2=mD2/4。
其中，ρ和D分别定义为惯性半径和惯性直径，而质量m和重力G
的关系是G=mg，g为重力加速度，所以，J与GD2的关系是：
若TL与n符号相同，则表示TL的作用方向与n相反， TL为制动转矩；
若TL与n符号相反，则表示TL的作用方向与n相同， TL为拖动转矩
+ω(n) + TM
-ω(n) - TM
+ω(n)
-ω(n)
- TM
- TM
M
M
M
M
+TL
- TL
- TL
+TL
图4
图4
TL为制动转矩
图5
图6
TL为拖动转矩
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础
例2
+
+
+
-
-
-
图中箭头方向表示转矩的实际方向:试列出几种情况下的系统的 运动方程式,并说明系统的运行状态是加速、减速、还是匀速?
解：先判方向，后列运动方程式
TM
TL
2.机电传动系统的动力学基础
例1：如图7、图8所示，在提升重物过程中，试判定卷扬机 启动和制动时电机转矩TM和负载转矩TL的符号及转矩性质。
+TM +ω(n)
M
+ TL
- TM
+ω(n)
M
+TL
图7启动时
TM为拖动转矩 TL为制动转矩
图8制动
TM为制动转矩 TL为拖动转矩
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
+ω(n) + TM
M
+TL
图4
-ω(n) - TM
M
- TL
图5
+ω(n) - TM
M
- TL
图6
-ω(n) - TM
M
+TL
图7
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础
根据上述约定，可以从转矩与转速的符号来判定TM与TL的性 质：
若TM与n符号相同，则表示TM的作用方向与n相同， TM为拖动转矩；
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
1.组成 机电传动控制系统一般可分三大部分组成：
电气控制 系统
电力拖动 或机电传动
机电传动控制
机械运动 部件
图1 机电系统的一般组成
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
1.组成 在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电
机，而且还包括控制电动机的一整套控制系统，以满足生 产过程自动化的要求。
也就是说，现代机电传动是和各种控制组成的自动控 制系统联系在一起的。
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础
TL TM ω(n)
+ω(n) +TM
M
+TL
图2 单轴拖动系统
转矩TM、TL与角速度ω（或转速n）之间的函数关系
称为运动方程式。
TM
TL

J
d
dt
（1）
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
中必然存在一个动态转矩:
Td

GD 2 375
dn dt
（5）
它使系统的运动状态发生变化。
2.1 机电传动系统的组成及动力学基础
2.机电传动系统的动力学基础
TM
TL

J
d
dt
TM
TL

GD 2 375
dn dt
（1） （4）
Td

GD 2 375
dn dt
+ω(n) +TM
M
+TL
图3
（5）