机电传动控制第三版共27页
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第1第2章机电传动动力学基础(第三版)PPT课件
6
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.
7
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
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.
7
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
都要靠电动机及其控制系统来实现。
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(全套课件250P)
9.55F N vm / s TL c nr / min 2.对直线运动（上升）：
3.对直线运动（下降）： TL
ppt课件
9.55 c F N vm / s nr / min
13
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，称为生产机 械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性
速度。
ppt课件
18
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。
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 T<TL ；
当干扰使速度下降时，有T>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。
ppt课件 9
四、T、TL 、n的参考方向 以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。
拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。 1. T的符号与性质 当T的方向与n同向时，符号与n相同；T为 拖动转矩 当T的方向与n反向时，符号与n相反；T为制动转矩 2. TL的符号与性质 当TL的方向与n同向时，符号与n相反；TL为 拖动转矩 当TL的方向与n反向时，符号与n相同；TL为制动转矩
1）可以实现无级调节 2）特性曲线互相平行，机械特
性硬度不变，调速范围较大；
3）恒转矩调速 4）U≤UN，n≤nN
ppt课件
47
3．改变电动机主磁通
UN Ra n T 2 K e 9.55( K e )
1）可以实现无级调节 2）随着Φ 的减小，n0增加，k 变大，特性变软； 3）恒功率调速 4）Φ ≤Φ N，n≥nN
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。
《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
大学课件-机电传动控制(完整)
JL jL2
GDZ2
GDM2
GDL2 jL2
1.1～1.25
(2.12) (2.13)
21
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩 的折算
直线运动系统
折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
m
v2
2 M
GDZ2
GDM2
GD12 j12
GDL2 jL2
Gv2 365 nM2
从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数 量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人 劳动条件的改善以及能量的合理利用等。
1.1 机电传动的目的和任务
• 生产机械 • 平面磨床
• 生产机械 • 织布机
减速器
控制
电动机
1.1 机电传动的目的和任务
• 轧钢机
电动机
联轴器
直流电能
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便， 而且要使用直流电源。
直流电机的优点：
（1）调速性能好，调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
电动机 （M）
TL
TM 图2.1 单轴拖动系统
生产机械
TM TL
TM TL
12
nc nc
d 0
dt
d 0
dt
+TL
静态（稳态） 动态（加速或 减速）
2.1 机电传动系统的运动方程 式
• 单轴机电传动系统的运动方程式
TM
TL
J
d
dt
2.1
J m 2 mD2 / 4 G mg
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。
机电传动控制课件PPT教案
第13页/共155页
几种电机的工作范围
第14页/共155页
调速技术的发展
直流调速：有级调速（串电阻，继电器、 接触器控制），无级调速（调压调速、调 磁调速，发电机-电动机方式，晶闸管方式， PWM方式）
交流调速：有级调速（调压，变极）， 无级调速（变频调速）
第15页/共155页
控制系统的发展及比较
第26页/共155页
第二章：机电传动的动力学基础
学习要点：
❖ 机电传动系统的运动方程式； ❖ 多轴传动系统中转矩折算的基本原则和
方法； ❖ 了解几种典型生产机械的负载特性； ❖ 了解机电传动系统稳定运行的条件以及学
会分析实际系统的稳定性；
第27页/共155页
一、单轴拖动系统的组成
第28页/共155页
），则表示 反，则表示
TTLL的的作作用用方方向向
第32页/共155页
举例
第33页/共155页
举例
❖ 当重物上升时，TM的作用方 向与n的方向相同，故TM的符 号与n的符号相同，同为正； 而TL的作用方向与n的方向相 反反，，TM故 同 TT为LL正的J。符260T号ddMnt与、nT的L、符n号的相 方向如图（a）所示
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产工艺过程的要求保证生产过程的正常进行进行机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面工业交通信息工业交通信息日常生活军事等日常生活军事等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应用等传动技术的发展简化机械结构直接驱动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等电动机的发展交流直线高性能大小等调速技术的发展交流大范围高精度调速技术的发展交流大范围高精度控制理论与技术控制理论与技术的发展现代控制理论非线性控制模糊智能的发展现代控制理论非线性控制模糊智能控制神经网络控制神经网络制造自动化技术的发展分布式控制现场总线制造自动化技术的发展分布式控制现场总线fmscimsfmscims动力源动力源
几种电机的工作范围
第14页/共155页
调速技术的发展
直流调速：有级调速（串电阻，继电器、 接触器控制），无级调速（调压调速、调 磁调速，发电机-电动机方式，晶闸管方式， PWM方式）
交流调速：有级调速（调压，变极）， 无级调速（变频调速）
第15页/共155页
控制系统的发展及比较
第26页/共155页
第二章：机电传动的动力学基础
学习要点：
❖ 机电传动系统的运动方程式； ❖ 多轴传动系统中转矩折算的基本原则和
方法； ❖ 了解几种典型生产机械的负载特性； ❖ 了解机电传动系统稳定运行的条件以及学
会分析实际系统的稳定性；
第27页/共155页
一、单轴拖动系统的组成
第28页/共155页
），则表示 反，则表示
TTLL的的作作用用方方向向
第32页/共155页
举例
第33页/共155页
举例
❖ 当重物上升时，TM的作用方 向与n的方向相同，故TM的符 号与n的符号相同，同为正； 而TL的作用方向与n的方向相 反反，，TM故 同 TT为LL正的J。符260T号ddMnt与、nT的L、符n号的相 方向如图（a）所示
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产工艺过程的要求保证生产过程的正常进行进行机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面机电传动控制技术涉及到社会生活的各个方面工业交通信息工业交通信息日常生活军事等日常生活军事等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应用等传动技术的发展简化机械结构直接驱动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等电动机的发展交流直线高性能大小等调速技术的发展交流大范围高精度调速技术的发展交流大范围高精度控制理论与技术控制理论与技术的发展现代控制理论非线性控制模糊智能的发展现代控制理论非线性控制模糊智能控制神经网络控制神经网络制造自动化技术的发展分布式控制现场总线制造自动化技术的发展分布式控制现场总线fmscimsfmscims动力源动力源
《机电传动控制》PPT课件
三 相
通过电刷与外电路相连
， 一
绕线式转子绕组
般
接
接线示意图
成
星
形
有可能在转子电路中
串接电阻，改善电动
机运行性能
2021/3/26
鼠笼式转子绕组
8
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——定子绕组
定子铁心： 参与电动机磁路 嵌放定子线圈 定子绕组： 三个彼此独立的绕组 空间相差120°电角度
转磁场同向)→电动机转动.
N
转子与旋转磁场的转速不
同
转差率
S
n0 n
TC
n
n0
S
所以这种电动机称为异步电动机，也叫感应电动机。
2021/3/26
11
第一节 相异步电动机的结构和工作原理
三、旋转磁场的形成
iA Im sint iB Im sin(t 2 /3) iC Im sin(t 4 /3)
定子铁心 定子绕组 机座
转子
转子铁心 转子绕组 转轴
线绕式 鼠笼式
2021/3/26
6
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——鼠笼绕组
2021/3/26 铜条转子
铸铝转子
7
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——转子绕组
各相引出线连到滑环上，
滑环套在转轴上并与之绝缘，
3) 额定负载转矩TN：电动机在额定转速下输出额定功
20率21/3时/26 ,电机轴上的负载转矩。TN=9550PN/nN (PN k20w)
第三节 三相异步电动机的转矩与机械特性
一、 三相异步电动机的转矩
机电传动控制PPT课件
63
第一节 常用低压电器
64
第一节 常用低压电器
65
第一节 常用低压电器
(四) 万能转换开关 万能转换开关是一种具有多个挡拉、多对
触头，可以控制多个回路的控制电器，主 要作电路转换之用。
66
第一节 常用低压电器
67
第一节 常用低压电器
(五) 主令控制器 • 主令控制器可以按照预定顺序频繁地切换多个
电磁式时间继电器
38
第一节 常用低压电器
空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器 是利用空气阻尼作用来达 到延时的目的。 主要由电磁机构、延时 机构及触头三部分组成。 其电磁机构有直流和交 流两种。 通电延时型
断电延时型
39
第一节 常用低压电器
空气阻尼式时间继电器
40
第一节 常用低压电器
机电传动控制
1
第一章 绪 论
2
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 成组拖动
3
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 单电机拖动
4
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 多电机拖动
5
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 交直流变速（先有直流后有交流）
9
第二节 机电一体化技术
二、机电一体化技术的关键技术 自动控制技术 检测传感技术 信息技术 伺服驱动 精密机械技术 接口技术
10
第二节 机电一体化技术
三、机电一体化技术的发展前景 性能上：向高精度、高效率、高性能、智
能化的方向发展； 功能上：向小型化、轻型化、多功能方向
第一节 常用低压电器
64
第一节 常用低压电器
65
第一节 常用低压电器
(四) 万能转换开关 万能转换开关是一种具有多个挡拉、多对
触头，可以控制多个回路的控制电器，主 要作电路转换之用。
66
第一节 常用低压电器
67
第一节 常用低压电器
(五) 主令控制器 • 主令控制器可以按照预定顺序频繁地切换多个
电磁式时间继电器
38
第一节 常用低压电器
空气阻尼式时间继电器
空气阻尼式时间继电器 是利用空气阻尼作用来达 到延时的目的。 主要由电磁机构、延时 机构及触头三部分组成。 其电磁机构有直流和交 流两种。 通电延时型
断电延时型
39
第一节 常用低压电器
空气阻尼式时间继电器
40
第一节 常用低压电器
机电传动控制
1
第一章 绪 论
2
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 成组拖动
3
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 单电机拖动
4
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 多电机拖动
5
第一节 机电传动及其控制系统的发展概况
一、机电传动的发展 交直流变速（先有直流后有交流）
9
第二节 机电一体化技术
二、机电一体化技术的关键技术 自动控制技术 检测传感技术 信息技术 伺服驱动 精密机械技术 接口技术
10
第二节 机电一体化技术
三、机电一体化技术的发展前景 性能上：向高精度、高效率、高性能、智
能化的方向发展； 功能上：向小型化、轻型化、多功能方向
机电传动与控制PPT课件
2021/5/20
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日本造英文字。 1984年，美国机械工程协会ASME给出现代机械系统定义：由计算机信息网络协
调与控制的，用于完成包括机械力，运动和能量流等动力学任务的机械和机电部件相互 联的系统。
2.基本结构要素
一个完善的机电一体化系统，应包括五大基本要素： （1）。机械本体
系统所有功能元素 的机械支持结构，包括机 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
人体五大要素
结构
机电一体化五大功能
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机电一体化系统或产品和人体功能要素
内脏
动力
五官
头脑
手足
传感器
计算机
执行 机构
骨胳
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人体五大要素
机械 结构
机电一体化五大要素
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3.机电一体化产品的分类:
(1)以发展水平分类:
A.功能附加型初级产品 B.功能代替型中级产品 C.机电融合型高级产品
如：电气接口，机械接口，人机接口
4。自动控制技术
具体控制装置和控制系统的设计。 如：位置控制，速度控制。自适应控制。自诊断校正等
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5。传感与检测技术
传感与检测是实现自动控制和自动调节的关键环节。 如：物理量，化学量和生物量等变成可视别的电信号
6。伺服驱动技术
直接指行操作的技术，实现电信号到机械动作的转换装置和部件。 如：电液马达，油缸，气缸，步进电动机，直流伺服电动机和交流伺 服电动机等等
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《机电传动控制》课件第1章
电气控制系统和液压、气动控制系统将充分发挥各自的
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
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共29页文档
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
机电传动控制第三版
Байду номын сангаас
•
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
•
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
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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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
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
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