機電傳動控制PPT(馮清秀)2

1、第二章第二章機電傳動系統(tǒng)的運動學基礎機電傳動系統(tǒng)的運動學基礎 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式；機電傳動系統(tǒng)的運動方程式； 多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法；多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法； 了解幾種典型生產(chǎn)機械的負載特性；了解幾種典型生產(chǎn)機械的負載特性； 了解機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及學會分析實際了解機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及學會分析實際 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2.1單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式 2.3生產(chǎn)機械的機械特性生產(chǎn)機械的機械特性 2.4機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 2.2多軸拖動系統(tǒng)的簡化多軸拖動系統(tǒng)的簡化 章節(jié)內(nèi)容 2.1

2、單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式 一、單軸拖動系統(tǒng)的組成一、單軸拖動系統(tǒng)的組成 電動機電動機M通過連接件直接與生產(chǎn)機械相連，由電動機通過連接件直接與生產(chǎn)機械相連，由電動機M產(chǎn)生輸產(chǎn)生輸 出轉(zhuǎn)矩出轉(zhuǎn)矩TM，用來克服負載轉(zhuǎn)矩，用來克服負載轉(zhuǎn)矩TL，帶動生產(chǎn)機械以角速度，帶動生產(chǎn)機械以角速度（或速（或速 度度n）進行運動。）進行運動。 電動機電動機 電動機的驅(qū)動對象電動機的驅(qū)動對象 連接件連接件 系統(tǒng)結構圖 轉(zhuǎn)距方向 二、運動方程式二、運動方程式 在機電系統(tǒng)中，同一根軸上在機電系統(tǒng)中，同一根軸上TM、TL、 （或（或n)之間的函數(shù)關系之間的函數(shù)關系 稱為稱為運動方程式運動方程式。 根

3、據(jù)動力學原理：根據(jù)動力學原理： t n J t JTT d d 60 2 d d LM 運動方程式運動方程式 dLM TTT 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 TM電動機的輸出轉(zhuǎn)矩（電動機的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）; TL負載轉(zhuǎn)矩（負載轉(zhuǎn)矩（N.m）; J 轉(zhuǎn)動慣量（轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）; 角速度（角速度（rad/s）；）； n速度（速度（r/min）；）； t 時間（時間（s）; t n J t JT d d 60 2 d d d 動態(tài)轉(zhuǎn)矩（動態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m）。）。 三、傳動系統(tǒng)的狀態(tài)三、傳動系統(tǒng)的狀態(tài) 根據(jù)運動方程式可知：運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀態(tài)：根據(jù)運動方程式可知：運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀

4、態(tài)： :. 1 LM 時時）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)（TT 0 d d d t JT 即即0 d d t 傳動系統(tǒng)以恒速運動。傳動系統(tǒng)以恒速運動。 TM =TL時時傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 處于恒速運動的這種狀處于恒速運動的這種狀 態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。 時時）：動動態(tài)態(tài)（ LM . 2TT 時時： LM TT 0 d d d t JT 即即,0 d d t 加速運動。加速運動。 時時： LM TT ,0 d d d t JT 即即,0 d d t 減速運動。減速運動。 TM TL 時時傳動系統(tǒng)處于加傳動系統(tǒng)處于加 速或減速運動的這種狀態(tài)被稱速或減速運動的這種狀態(tài)被稱 為動態(tài)為動態(tài)。 四、四、TM、TL、n的參

5、考方向的參考方向 因為電動機和生產(chǎn)機械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以因為電動機和生產(chǎn)機械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以 （或（或n）的轉(zhuǎn)動方向為參考來確定轉(zhuǎn)矩的正負。）的轉(zhuǎn)動方向為參考來確定轉(zhuǎn)矩的正負。 當當TM的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相同時的方向相同時，取與取與n相同的符號；相同的符號； 1.TM的符號與性質(zhì)的符號與性質(zhì) 當當TM的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相反時的方向相反時，取與取與n相反的符號；相反的符號； 當當TM的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相同（符號相同）時的方向相同（符號相同）時， TM為為 拖動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距。拖動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距

6、。 拖動轉(zhuǎn)距促進運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。拖動轉(zhuǎn)距促進運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。 當當TL的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相同時的方向相同時，取與取與n相反的符號；相反的符號； 2.TL的符號與性質(zhì)的符號與性質(zhì) 當當TL的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相反時的方向相反時，取與取與n相同的符號；相同的符號； 當當TL的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向相同（符號相反）時的方向相同（符號相反）時， TL為拖為拖 動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距。動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距。 舉例：如圖所示電動機拖動重物上升和下降。舉例：如圖所示電動機拖動重物上升和下降。 設重物設重物上升上升時速時速 度度n的符

7、號為的符號為正正， 下降下降時時n的符號為的符號為 負負。 重物上升重物上升 重物下降重物下降 t n JTT d d 60 2 LM TM為拖動轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩 TL為制動轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩 TL為正為正 TM為正為正 t n JTT d d 60 2 LM t n JTT d d 60 2 ML TM為制動轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩 TL為拖動轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩 TM為正為正 TL為正為正 22多軸拖動系統(tǒng)的簡化多軸拖動系統(tǒng)的簡化 為了對多軸拖動系統(tǒng)進行運行狀態(tài)的分析，一般是將多軸拖動為了對多軸拖動系統(tǒng)進行運行狀態(tài)的分析，一般是將多軸拖動 系統(tǒng)等效折算為單軸系統(tǒng)。系統(tǒng)等效折算為單軸系統(tǒng)。 一、多軸拖動系統(tǒng)的組成

8、一、多軸拖動系統(tǒng)的組成 電動機通過減速機構（如減速齒輪箱、蝸輪蝸桿等）與生產(chǎn)機電動機通過減速機構（如減速齒輪箱、蝸輪蝸桿等）與生產(chǎn)機 械相連，如圖所示：械相連，如圖所示： 折算的原則是：靜態(tài)時，折算的原則是：靜態(tài)時，折算前后系統(tǒng)總的傳輸功率不變。折算前后系統(tǒng)總的傳輸功率不變。 二、負載轉(zhuǎn)矩的折算二、負載轉(zhuǎn)矩的折算 假設電動機以假設電動機以M角速度旋轉(zhuǎn)，負載轉(zhuǎn)矩角速度旋轉(zhuǎn)，負載轉(zhuǎn)矩TL折算到電動機軸折算到電動機軸 上的負載轉(zhuǎn)矩為上的負載轉(zhuǎn)矩為Teq，而生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)動速度為，而生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)動速度為L。則電動機輸。則電動機輸 出功率出功率PM和負載所需功率和負載所需功率PL分別為：分別為： eqMM

9、 TP LLL TP 考慮傳動機構在傳輸功率的過程中有損耗，這個損耗可用效率考慮傳動機構在傳輸功率的過程中有損耗，這個損耗可用效率 c來表示，且來表示，且 Meq LL C T T 減速機構的輸入功率減速機構的輸入功率 減速機構的輸出功率減速機構的輸出功率 則生產(chǎn)機械上的負載轉(zhuǎn)矩折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩為：則生產(chǎn)機械上的負載轉(zhuǎn)矩折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)矩為： j TT T c L Mc LL eq 式中：式中：c電動機拖動生產(chǎn)機械運動時的傳動效率；電動機拖動生產(chǎn)機械運動時的傳動效率； L M j 傳動機構的總傳動比傳動機構的總傳動比 2.3生產(chǎn)機械的機械特性生產(chǎn)機械的機械特性 在同一軸上，負

10、載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系，稱為生產(chǎn)機在同一軸上，負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系，稱為生產(chǎn)機 械的機械特性。械的機械特性。 一、恒轉(zhuǎn)矩型機械特性一、恒轉(zhuǎn)矩型機械特性 恒轉(zhuǎn)矩型機械特性根據(jù)其特點可分為反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩兩種。恒轉(zhuǎn)矩型機械特性根據(jù)其特點可分為反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩兩種。 分別如圖所示：分別如圖所示： 1反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點如下：反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點如下： 作用方向始終與速度作用方向始終與速度n的方向相反，當?shù)姆较蛳喾矗攏的方向發(fā)生變化的方向發(fā)生變化 時，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運動方向相反，即時，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運動方向相反，即 總是阻礙

11、運動的?？偸亲璧K運動的。 轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；轉(zhuǎn)矩大小恒定不變； 按關于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知：反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速按關于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知：反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n取相同的取相同的 符號。符號。 即即n為正方向時為正方向時TL為正，特性在第一象限；為正，特性在第一象限； n為負方向時為負方向時TL為負，特性在第三象限。為負，特性在第三象限。 反抗轉(zhuǎn)矩 2位能轉(zhuǎn)矩位能轉(zhuǎn)矩,其特點為：其特點為： 轉(zhuǎn)矩大小恒定不變；轉(zhuǎn)矩大小恒定不變； 作用方向不變，與運動方向無關，即在某一方向阻礙運動而作用方向不變，與運動方向無關，即在某一方向阻礙運動而 在另一方向促進運動。在另一方向促進運動。 卷揚機起吊重物時，由于重物的

12、作用方向永遠向著地心，所卷揚機起吊重物時，由于重物的作用方向永遠向著地心，所 以，由它產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩永遠作用在使重物下降的方向，當電動以，由它產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩永遠作用在使重物下降的方向，當電動 機拖動重物上升時，機拖動重物上升時，TL與與n的方向相反；當重物下降時，的方向相反；當重物下降時，TL和和n的的 方向相同。方向相同。 不論不論n為正向還是負向，為正向還是負向，TL作用方向都不變。作用方向都不變。 設設n為正時負載轉(zhuǎn)矩阻礙運動，則特性在第一、四象限。為正時負載轉(zhuǎn)矩阻礙運動，則特性在第一、四象限。 不難理解，在運動方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩不難理解，在運動方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號總是與的符號總

13、是與n 相相 同為正；位能轉(zhuǎn)矩同為正；位能轉(zhuǎn)矩TL的符號則有時與的符號則有時與n 相同，有時與相同，有時與n相反。相反。 位能轉(zhuǎn)矩 二、離心式通風型機械特性二、離心式通風型機械特性 按離心力原理工作的，如按離心力原理工作的，如 離心式鼓風機、水泵等，它們離心式鼓風機、水泵等，它們 的負載轉(zhuǎn)矩的負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度的大小與速度n 的平方成正比，即：的平方成正比，即： 2 L CnT 其中：其中：C為常數(shù)。為常數(shù)。 三、直線型機械特性三、直線型機械特性 直線型機械特性的負載轉(zhuǎn)矩直線型機械特性的負載轉(zhuǎn)矩 TL的大小與速度的大小與速度n的大小成正比，的大小成正比， 即即：CnT L 其中：其中：C

14、為常數(shù)。為常數(shù)。 恒功率型機械特性的負載轉(zhuǎn)矩恒功率型機械特性的負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度的大小與速度n的大小成正比，的大小成正比， 即即 n C T L 其中：其中：C為常數(shù)。為常數(shù)。 四、恒功率型機械特性四、恒功率型機械特性 2.4機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 機電傳動系統(tǒng)中，電動機與生產(chǎn)機械連成一體，為了使系統(tǒng)運機電傳動系統(tǒng)中，電動機與生產(chǎn)機械連成一體，為了使系統(tǒng)運 行合理，就要使電動機的機械特性與生產(chǎn)機械的機械特性盡量相配行合理，就要使電動機的機械特性與生產(chǎn)機械的機械特性盡量相配 合。特性配合好的一個起碼要求是合。特性配合好的一個起碼要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運行系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。 一

15、、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義一、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義 系統(tǒng)應能一定速度勻速運行；系統(tǒng)應能一定速度勻速運行； 系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負載轉(zhuǎn)系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負載轉(zhuǎn) 矩波動等）使運行速度發(fā)生變化時，應保證在矩波動等）使運行速度發(fā)生變化時，應保證在 干擾消除后系統(tǒng)能恢復到原來的運行速度。干擾消除后系統(tǒng)能恢復到原來的運行速度。 二、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件二、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 必要條件必要條件：電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負載和負載 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，相互平衡。大小相等，方向相反，相互平衡。 充分條件充分條件：系統(tǒng)受到干擾后，：系統(tǒng)受到干擾后， 要具

16、有恢復到原平衡狀態(tài)的能要具有恢復到原平衡狀態(tài)的能 力，即：當干擾使速度上升時，力，即：當干擾使速度上升時， 有有TMTL。 符合穩(wěn)定運行條件的平衡點稱為穩(wěn)定平衡點。符合穩(wěn)定運行條件的平衡點稱為穩(wěn)定平衡點。 從從Tn坐標坐標 上來看，就是電動上來看，就是電動 機的機械特性曲線機的機械特性曲線 n=f(TM)和生產(chǎn)機械和生產(chǎn)機械 的機械特性曲線的機械特性曲線 n=f(TL)必須有交點。必須有交點。 交點被稱為交點被稱為平衡點平衡點。 分析舉例分析舉例 ？a、b兩點是兩點是 否為穩(wěn)定平衡點否為穩(wěn)定平衡點 a點點： 0 LM TT 當負載突然增加后當負載突然增加后 當負載波動消除后當負載波動消除后 故故a點為系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。點為系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。 同同理理b點不是穩(wěn)定平衡點。點不是穩(wěn)定平衡點。 異步電動機異步電動機 的機械特性的機械特性 生產(chǎn)機