《机电传动控制》(第五版)教案

第1章绪论

1.1 机电系统的组成＝机械运动部件＋机电传动＋电气控制系统。

1.机械运动部件——完成生产任务的基础，机械执行部分；

2.机电传动———＝电力传动或电力拖动，是驱动生产机械运动部件的原动机的总称；

3.电气控制系统——控制电动机的系统。

1.2 机电传动的目的和任务

1.机电传动的目的——将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、以及速度调节，满足各种生

产工艺的要求，保证生产过程的正常进行

2.机电传动的任务

①广义上讲——使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化。

②狭义上讲——专指控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、质量的提高、生产成本的降低、

工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。

1.3 机电传动控制的发展概况

一、驱动系统的发展阶段：

1.成组拖动——一台电动机拖动一根天轴—→通过带轮和传动带—→分别拖动各（一组）生产机械。

生产效率低、劳动条件差，一旦电动机或传动环节发生故障则造成成组生产机械停车。

2.单电动机——一台电动机拖动一台生产机械，较成组拖动进了一步。但当生产机械的运动部件较多时，

其机械传动机构则十分复杂。

3.多电动机拖动——一台生产机械的每一个运动部件都有专门的电动机拖动。不仅大大简化了生产机械

的传动机构，而且控制灵活，为自动化提供了有利条件，是现代化机电传动的典型方式。

二、控制系统的发展阶段：

1.接触器＋继电器控制——出现在20世纪初，应用广泛、成本低；但控制速度慢、精度差。

2.电动机放大机控制（30年代）、磁放大机控制（40～50年代）——从断续控制发展到连续控制，并具

有了输出反馈环节，简化了控制系统、减少了电路触点、提高了可靠性。

3.大功率可控电力半导体器件控制——具有效率高、反应快、寿命长、可靠性高、维修容易、体积小、

重量轻等优点。由此，开辟了机电传动控制的新纪元。

4.采样控制——数控技术＋微机应用的高水平断续控制，由于采样周期＜＜控制对象的变化周期，∴≌

连续控制。它集电力电子技术、微电子技术、计算机技术为一体，赋予了机电传动控制新的内容。

①20世纪70年代初——计算机数字控制（CNC）应用于数控机床和加工中心，提高了机床的自动化程

度、通用性、加工效率。

②20世纪80年代以来——工业机器人诞生，为机加工全面自动化创造了物质基础。柔性制造系统

（FMS）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）使产品设计、制造、装配、试验和质量管理全过程实现自动化。

5.为实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成制造系统（CIMS）是人们当今的任务。

1.4 课程的性质和任务

一、课程的性质

1.机电一体化产品质量和技术水平是当今世界衡量一个国家实力和国际地位的重要标志。

2.实现产品的高质量和技术的高水平，其关键是机电一体化技术人才的培养。

3.“机电传动控制”课程的创建，建立了一个融合机电一体化、强弱电控制技术崭新的课程体系。

二、课程的任务

1.培养具有创新精神和实践能力的“机电复合型”人才。

2.要求学生学习并掌握机械、电、液、气、计算机等综合控制系统的技术，包括强电、弱电控制系统。

1.5课程的内容安排及教学方法

一、课程的内容

1.第1章——————绪论；

2.第2章——————机电传动系统的动力学基础；

3.第3、4章———— 直流电动机、交流电动机的工作原理及特性；

4.第5章——————各类常用控制电动机的结构特点、工作原理、性能和应用；

5.第6章——————继电器-接触器控制中常用的控制电器和基本控制线路；

6.第7章——————可编程控制器（PLC ）原理及应用技术；

7.第8章——————电力电子器件、各种变流电路及及其控制；

8.第9、10、11章——各类交、直流调速系统和步进电动机控制系统的组成、各种原理及性能。

二、本课程的课时

1.教材是按72课时编写的。

2.我们按60课时讲授（极个别内容稍作删节）。

三、教学方法

1.复杂公式的理论推导省略，但结论和公式的具体应用讲解清楚；

2.各种电器及设备的结构组成、工作原理讲解清楚，应用与实践的结合举例、引导到位；

3.“学”、 “问”结合——光“学”不问不能开拓视野；光“问”不学，不是好学生；

4.教师把主要内容板书清晰，采用简单符号以利记录(忆)，希望学生认真记好笔记。

第2章 机电传动的动力学基础

2.1 机电传动系统的运动方程式

1.单轴传动系统图——见P5/T

2.1(a)。

2.单轴传动系统的运动方程式： ①理论方程式：M L d T T J dt

ω-= （P5/S2.1） ②实用方程式：2375M L GD dn T T dt

-= （P6/S2.5） 式中：M T 、L T ——分别为电动机产生的转矩、负载转矩，单位皆为N m •；

J 、ω、t ——转动惯量(2kg m •)、角速度(/rad s )、时间(s )；

2GD ——飞轮惯量(2N m •)，G 、D ——转动部分的重量(N )和惯性直径(m )；

n ——电动机的转速，/min r 。

3.驱动转矩、负载转矩转速的正方向约定及性质判定

①以电动机的转速方向为参照量、且为正方向；

②电动机转矩与转速一致的方向为正方向，负载转矩与转速相反的方向为正方向；

③电动机转矩与转速方向一致（同＋或－）为拖动转矩，否则为制动转矩；

④若负载转矩与转速方向相反为制动转矩，否则为拖动转矩。

2.3 机电传动系统的负载特性——同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系特别说