《机电传动控制》教学课件—第1章 绪论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
成组驱动属于电动机稀缺、昂贵时期的无奈之举，现今 已经被淘汰。
（2）单电机驱动
单电机驱动是指每一 台生产机械，都由一台电 动机单独驱动，较成组驱 动已有很大进步。
但是，当生产机械的 运动部件较多时,则需要设 置分动箱、离合器等机构， 总体结构仍嫌复杂,无法满 足生产工艺的特殊要求。
图1-3 单电机驱动（立式钻床）
机电传动控制的任务，就是将电能转变为机械能，实现 生产机械的起动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过 程的要求，确保生产过程得以高效、可靠地进行。
从广义上讲，就是使生产机械、车间、生产线、甚至整 个工厂实现自动化和智能化。
从狭义上讲，则专指控制电动机驱动生产机械，实现经 济、优质、高效的生产。
1.1.2机电传动系统的发展历程 1.机电传动机构的发展
数字控制系统 在机床行业的大量 应用，使工业生产 的灵活性、适应性 和自动化水平大为 提高。同时，也为 柔性制造系统的出 现奠定了基础。
图1-7 德国恩格哈（Engelhardt）公司的数字控制系统
（4）柔性制造系统和计算机集成制造系统
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS） 由信息控制系统、物料储运系统和数字控制加工设备组成， 能够适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
（3）多电机驱动
随着电动机品 种的丰富、价格的 降低、机械特性的 多样化，在机电传 动领域，开始逐步 普及多电机驱动方 案。
摇臂钻床
所谓多电机驱动方案，是指在大型、复杂的生产机械上， 同一台设备的每一个运动部件都由一台专门的电动机进行驱动， 且电动机的功率、机械特性以及安装位置可以进行有针对性的、 个性化的配置，以充分满足生产工艺的实际需求。
电气控制系统的发展除了与现代控制理论、计算机技术 的发展息息相关之外，功率器件的发展也功不可没。正是由 于晶闸管（Thyristor，亦称Silicon Controlled Rectifier， 略作SCR）、门极可关断晶体管（Gate-Turn-Off Thyristor， GTO）、电力晶体管（Giant Transistor，GTR）、电力
图1-5 继电器—接触器控制系统
继电器—接触器控制系统采用的是“硬逻辑”控制， 在生产工艺要求复杂多变的场合，难以实现控制关系的 “随机应变”，因此，现在已经被可编程序控制器控制系 统取代。
但在相对简单的电气控制系统中，继电器—接触器仍然 占据着主导地位。同时，在可编程序控制器控制系统中，继 电器、接触器依然作为控制系统的执行器件在大量使用。
程的方法
1.1 机电传动系统
1.1.1机电传动系统与机电传动控制 1. 机电传动系统的组成
机电传动系统一般由电力供应系统、电气控制系统、机 电传动机构及生产机械组成（图1-1）。
图1-1 机电传动系统的组成
2. 机电传动控制
电气控制系统和机电传动机构是机电传动系统的重要组 成部分，也是机电传动控制学科的主要研究内容。
场效应晶体管（Power-Metal Oxide Semiconductor FET， P-MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated-GateBipolar Transistor，IGBT）等大功率电力电子器件 （Power Electronic Device，亦称功率半导体器件）的快 速发展，为机电传动系统提供了可靠的半导体变流设备，才 使得上述各种控制系统的应用成为可能。
（2）可编程序控制器控制系统
得益于微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制 器采用的是“软逻辑”控制，当生产机械的控制关系发生变 化时，只需更改控制程序（即对控制软件重新编程，很容易 做到），就可以实现新的控制要求，而不需要对硬件做太多 的调整。
可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）
因此，在生产工艺要求复杂多变的场合，可编程序控制 器可以大显身手，并已经成为机电传动控制系统的主流控制 器件。
图1-6 可编程序控制器控制系统
（3）数字控制系统
自1952年美国出现第一台数控铣床，1958年出现加工 中心之后，计算机数字控制（Computerized Numerical Control ，CNC）技术开始逐渐普及。
机电传动机构的发展，经历了成组驱动（亦称拖动）、 单电机驱动到多电机驱动的演进历程。
（1）成组驱动
所谓成组驱动， 就是由一台电动机 驱动一根天轴运转， 再由天轴通过带轮 和传动皮带拖动多 个生产机械工作。
图1-2 成组驱动（天轴分动）
成组 驱动系统 结构复杂、 传动效率 低、能量 损耗大,工 作可靠性 差，一旦 电动机出 现故障， 将造成成 组的生产 机械停车。
机电传动控制
本课程的主要内容
机电传动系统的构成与动力学分析 驱动用电动机（以三相异步电动机为主） 低压电器结构原理及其选用 电气控制系统（继电器-接触器控制系统） 可编程序控制器及其应用 变频器及其应用
本课程的技能建设
本课程在简要介绍机电传动系统的构成与动力学分析方 法之后，重点阐述和讲授驱动用电动机、低压电器、电气控 制系统、可编程控制器、变频器的使用、维护与检修知识。
例如，龙门刨床的工作台、左垂直刀架、右垂直刀架、 侧刀架、横梁以及夹紧机构，就是各自由一台电动机驱动的。
图1-4 龙门刨床
2.电气控制系统的发展 （1）继电器—接触器控制系统
继电器— 接触器控制 系统出现于 20世纪初期。 该系统通过 继电器和接 触器等低压 控制器件， 实现对控制 对象的起动、 停车以及有 级调速等控 制。
学好本课程之后，学生能够胜任常见机电传动控制系统 的使用与维护工作，掌握初步的机电传动控制系统的设计能 力，具备作为机电传动系统现场工程师的基本技能。
第1章 绪论
学习目标
熟悉机电传动系统的构成 熟悉机电传动系统的负载特性 熟练掌握机电传动系统的运动方程式 能够从动力学分析的角度提出加快机电传动系统过渡过
柔性制造系统FMS与计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）相融合，又促使工业生产向计算机 集成制造系统（Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）迈进。
（2）单电机驱动
单电机驱动是指每一 台生产机械，都由一台电 动机单独驱动，较成组驱 动已有很大进步。
但是，当生产机械的 运动部件较多时,则需要设 置分动箱、离合器等机构， 总体结构仍嫌复杂,无法满 足生产工艺的特殊要求。
图1-3 单电机驱动（立式钻床）
机电传动控制的任务，就是将电能转变为机械能，实现 生产机械的起动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过 程的要求，确保生产过程得以高效、可靠地进行。
从广义上讲，就是使生产机械、车间、生产线、甚至整 个工厂实现自动化和智能化。
从狭义上讲，则专指控制电动机驱动生产机械，实现经 济、优质、高效的生产。
1.1.2机电传动系统的发展历程 1.机电传动机构的发展
数字控制系统 在机床行业的大量 应用，使工业生产 的灵活性、适应性 和自动化水平大为 提高。同时，也为 柔性制造系统的出 现奠定了基础。
图1-7 德国恩格哈（Engelhardt）公司的数字控制系统
（4）柔性制造系统和计算机集成制造系统
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS） 由信息控制系统、物料储运系统和数字控制加工设备组成， 能够适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
（3）多电机驱动
随着电动机品 种的丰富、价格的 降低、机械特性的 多样化，在机电传 动领域，开始逐步 普及多电机驱动方 案。
摇臂钻床
所谓多电机驱动方案，是指在大型、复杂的生产机械上， 同一台设备的每一个运动部件都由一台专门的电动机进行驱动， 且电动机的功率、机械特性以及安装位置可以进行有针对性的、 个性化的配置，以充分满足生产工艺的实际需求。
电气控制系统的发展除了与现代控制理论、计算机技术 的发展息息相关之外，功率器件的发展也功不可没。正是由 于晶闸管（Thyristor，亦称Silicon Controlled Rectifier， 略作SCR）、门极可关断晶体管（Gate-Turn-Off Thyristor， GTO）、电力晶体管（Giant Transistor，GTR）、电力
图1-5 继电器—接触器控制系统
继电器—接触器控制系统采用的是“硬逻辑”控制， 在生产工艺要求复杂多变的场合，难以实现控制关系的 “随机应变”，因此，现在已经被可编程序控制器控制系 统取代。
但在相对简单的电气控制系统中，继电器—接触器仍然 占据着主导地位。同时，在可编程序控制器控制系统中，继 电器、接触器依然作为控制系统的执行器件在大量使用。
程的方法
1.1 机电传动系统
1.1.1机电传动系统与机电传动控制 1. 机电传动系统的组成
机电传动系统一般由电力供应系统、电气控制系统、机 电传动机构及生产机械组成（图1-1）。
图1-1 机电传动系统的组成
2. 机电传动控制
电气控制系统和机电传动机构是机电传动系统的重要组 成部分，也是机电传动控制学科的主要研究内容。
场效应晶体管（Power-Metal Oxide Semiconductor FET， P-MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated-GateBipolar Transistor，IGBT）等大功率电力电子器件 （Power Electronic Device，亦称功率半导体器件）的快 速发展，为机电传动系统提供了可靠的半导体变流设备，才 使得上述各种控制系统的应用成为可能。
（2）可编程序控制器控制系统
得益于微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制 器采用的是“软逻辑”控制，当生产机械的控制关系发生变 化时，只需更改控制程序（即对控制软件重新编程，很容易 做到），就可以实现新的控制要求，而不需要对硬件做太多 的调整。
可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）
因此，在生产工艺要求复杂多变的场合，可编程序控制 器可以大显身手，并已经成为机电传动控制系统的主流控制 器件。
图1-6 可编程序控制器控制系统
（3）数字控制系统
自1952年美国出现第一台数控铣床，1958年出现加工 中心之后，计算机数字控制（Computerized Numerical Control ，CNC）技术开始逐渐普及。
机电传动机构的发展，经历了成组驱动（亦称拖动）、 单电机驱动到多电机驱动的演进历程。
（1）成组驱动
所谓成组驱动， 就是由一台电动机 驱动一根天轴运转， 再由天轴通过带轮 和传动皮带拖动多 个生产机械工作。
图1-2 成组驱动（天轴分动）
成组 驱动系统 结构复杂、 传动效率 低、能量 损耗大,工 作可靠性 差，一旦 电动机出 现故障， 将造成成 组的生产 机械停车。
机电传动控制
本课程的主要内容
机电传动系统的构成与动力学分析 驱动用电动机（以三相异步电动机为主） 低压电器结构原理及其选用 电气控制系统（继电器-接触器控制系统） 可编程序控制器及其应用 变频器及其应用
本课程的技能建设
本课程在简要介绍机电传动系统的构成与动力学分析方 法之后，重点阐述和讲授驱动用电动机、低压电器、电气控 制系统、可编程控制器、变频器的使用、维护与检修知识。
例如，龙门刨床的工作台、左垂直刀架、右垂直刀架、 侧刀架、横梁以及夹紧机构，就是各自由一台电动机驱动的。
图1-4 龙门刨床
2.电气控制系统的发展 （1）继电器—接触器控制系统
继电器— 接触器控制 系统出现于 20世纪初期。 该系统通过 继电器和接 触器等低压 控制器件， 实现对控制 对象的起动、 停车以及有 级调速等控 制。
学好本课程之后，学生能够胜任常见机电传动控制系统 的使用与维护工作，掌握初步的机电传动控制系统的设计能 力，具备作为机电传动系统现场工程师的基本技能。
第1章 绪论
学习目标
熟悉机电传动系统的构成 熟悉机电传动系统的负载特性 熟练掌握机电传动系统的运动方程式 能够从动力学分析的角度提出加快机电传动系统过渡过
柔性制造系统FMS与计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）相融合，又促使工业生产向计算机 集成制造系统（Computer/contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）迈进。