機(jī)電控制基礎(chǔ)第1 2章 概述39

1、主要教材（講義）參考書主要教材（講義）參考書名名 稱稱語種語種編著者編著者出版（印刷）單出版（印刷）單位位出版出版時間時間教材教材機(jī)電傳動控制機(jī)電傳動控制(第五版第五版)中中馮清秀馮清秀華中科技大學(xué)出華中科技大學(xué)出版社版社2012.8機(jī)電傳動控制機(jī)電傳動控制(第四版第四版)中中鄧星鐘鄧星鐘科學(xué)出版社科學(xué)出版社2007.7參考書參考書機(jī)電傳動控制機(jī)電傳動控制中中張海根張海根高等教育出版社高等教育出版社2003.5機(jī)電傳動控制學(xué)習(xí)機(jī)電傳動控制學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題解輔導(dǎo)與題解中中鄧星鐘鄧星鐘華中科技大學(xué)出華中科技大學(xué)出版社版社2005.3一、機(jī)電傳動控制的目的一、機(jī)電傳動控制的目的 將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；將電

2、能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能； 實現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動、停止以及速度的調(diào)節(jié)；實現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動、停止以及速度的調(diào)節(jié)； 完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求；完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求； 保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。第一章第一章 概概 述述1.1 機(jī)電傳動控制的目的與任務(wù)機(jī)電傳動控制的目的與任務(wù) 二、機(jī)電系統(tǒng)的組成二、機(jī)電系統(tǒng)的組成 機(jī)電系統(tǒng)完成生機(jī)電系統(tǒng)完成生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)驅(qū)動運動部件的原動機(jī)驅(qū)動運動部件的原動機(jī)（這里指的是各種電動機(jī)）（這里指的是各種電動機(jī)）之總稱之總稱控制電動機(jī)的系統(tǒng)控制電動機(jī)的系統(tǒng) 驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的電動驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)和控制電動機(jī)的一機(jī)和控制電動機(jī)的一整套電氣系統(tǒng)整套

3、電氣系統(tǒng)三、機(jī)電傳動控制的任務(wù)三、機(jī)電傳動控制的任務(wù) 從廣義上講，機(jī)電傳動控制的目的就是從廣義上講，機(jī)電傳動控制的目的就是要使生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、車間乃至整個工廠要使生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、車間乃至整個工廠都實現(xiàn)都實現(xiàn)自動化自動化。 從狹義上講，則指控制電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，實現(xiàn)從狹義上講，則指控制電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增加數(shù)量的增加（效率）、（效率）、質(zhì)量的提高質(zhì)量的提高（精度）、（精度）、生產(chǎn)成本的降低生產(chǎn)成本的降低、工人勞動條件的改善工人勞動條件的改善以及以及能量的合理能量的合理利用利用等。等。 隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的要機(jī)電傳動控制系

4、統(tǒng)的要求求愈來愈高。一些精密機(jī)床要求加工精度百分之幾毫愈來愈高。一些精密機(jī)床要求加工精度百分之幾毫米，甚至幾微米；米，甚至幾微米； 重型鏜床重型鏜床為保證加工精度和粗糙度，要求在極慢的穩(wěn)速下為保證加工精度和粗糙度，要求在極慢的穩(wěn)速下進(jìn)給，即要求系統(tǒng)有很寬的調(diào)速范圍；進(jìn)給，即要求系統(tǒng)有很寬的調(diào)速范圍； 軋鋼車間軋鋼車間的可逆式軋機(jī)及其輔助機(jī)械，操作頻繁，要求在的可逆式軋機(jī)及其輔助機(jī)械，操作頻繁，要求在不到一秒的時間內(nèi)完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求系統(tǒng)能迅不到一秒的時間內(nèi)完成從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求系統(tǒng)能迅速啟動、制動和反向；速啟動、制動和反向； 對于冷、熱連軋機(jī)以及造紙機(jī)的各部分，則要求它們的

5、對于冷、熱連軋機(jī)以及造紙機(jī)的各部分，則要求它們的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系，以便進(jìn)行協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)；運轉(zhuǎn)； 對于電梯和提升機(jī)，則要求啟動和制動對于電梯和提升機(jī)，則要求啟動和制動平穩(wěn)平穩(wěn)，并能，并能準(zhǔn)確準(zhǔn)確地地停止在給定的位置上；停止在給定的位置上； 為了提高效率，由數(shù)臺或十幾臺設(shè)備組成的生產(chǎn)自動線，要為了提高效率，由數(shù)臺或十幾臺設(shè)備組成的生產(chǎn)自動線，要求求統(tǒng)一控制或管理統(tǒng)一控制或管理。 諸如此類的要求，都要靠電動機(jī)及其控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。諸如此類的要求，都要靠電動機(jī)及其控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。1.2 機(jī)電傳動及其控制的發(fā)展機(jī)電傳動及其控制的發(fā)展 機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)總是隨著社會生

6、產(chǎn)的發(fā)展而機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)總是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的。機(jī)電傳動控制的發(fā)展可從發(fā)展的。機(jī)電傳動控制的發(fā)展可從機(jī)電傳動機(jī)電傳動和和控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)兩方面來討論。兩方面來討論。一、機(jī)電傳動的發(fā)展一、機(jī)電傳動的發(fā)展 成組拖動成組拖動一臺電動機(jī)拖動一根天軸（或地軸），然后再一臺電動機(jī)拖動一根天軸（或地軸），然后再由天軸（或地軸）通過皮帶輪和皮帶分別拖動多臺生產(chǎn)機(jī)械。由天軸（或地軸）通過皮帶輪和皮帶分別拖動多臺生產(chǎn)機(jī)械。 單電機(jī)拖動單電機(jī)拖動一臺電動機(jī)拖動一臺生產(chǎn)機(jī)械的各運動部件。一臺電動機(jī)拖動一臺生產(chǎn)機(jī)械的各運動部件。 多電機(jī)拖動多電機(jī)拖動一臺生產(chǎn)機(jī)械的各個運動部件分別由不同的電一臺生產(chǎn)機(jī)械的各

7、個運動部件分別由不同的電動機(jī)來拖動。動機(jī)來拖動。 特點是生產(chǎn)效率低、勞動條件差、一旦電動機(jī)出現(xiàn)故障，將造特點是生產(chǎn)效率低、勞動條件差、一旦電動機(jī)出現(xiàn)故障，將造成成組的生產(chǎn)機(jī)械停車；成成組的生產(chǎn)機(jī)械停車； 這種拖動方式較成組拖動前進(jìn)了一步，但當(dāng)一臺生產(chǎn)機(jī)械的運這種拖動方式較成組拖動前進(jìn)了一步，但當(dāng)一臺生產(chǎn)機(jī)械的運動部件較多時，其傳動機(jī)構(gòu)仍十分復(fù)雜；動部件較多時，其傳動機(jī)構(gòu)仍十分復(fù)雜；二機(jī)電傳動控制的發(fā)展二機(jī)電傳動控制的發(fā)展 控制系統(tǒng)的發(fā)展伴隨控制器件的發(fā)展而發(fā)展。隨著功率控制系統(tǒng)的發(fā)展伴隨控制器件的發(fā)展而發(fā)展。隨著功率器件、放大器件的不斷更新，機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展日新器件、放大器件的不斷更新，

8、機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，它主要經(jīng)歷了四個階段：月異，它主要經(jīng)歷了四個階段： 1繼電器繼電器接觸器控制接觸器控制：出現(xiàn)在：出現(xiàn)在20世紀(jì)初，它僅借助于簡世紀(jì)初，它僅借助于簡單的接觸器與繼電器，實現(xiàn)對控制對象的啟動、停車以及有單的接觸器與繼電器，實現(xiàn)對控制對象的啟動、停車以及有級調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；級調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度差； 2電機(jī)放大機(jī)控制電機(jī)放大機(jī)控制： 3磁放大器控制和大功率可控制水銀整流器控制磁放大器控制和大功率可控制水銀整流器控制： 4數(shù)字控制（數(shù)字控制（NC） ：自動化程度、通用性和加工效率。：自動化程度、通用性和加工效率。 柔性制造系統(tǒng)柔性

9、制造系統(tǒng)（FMS） 由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動搬運車等組成的統(tǒng)一由自動搬運車等組成的統(tǒng)一由中心計算機(jī)中心計算機(jī)控制的機(jī)械加工自動控制的機(jī)械加工自動線，它是實現(xiàn)自動化車間和自動化工廠的重要組成部分。線，它是實現(xiàn)自動化車間和自動化工廠的重要組成部分。 機(jī)械制造自動化高級階段是走向設(shè)計、制造一體化，即利用計機(jī)械制造自動化高級階段是走向設(shè)計、制造一體化，即利用計算機(jī)輔助設(shè)計（算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）與計算機(jī)輔助制造（）與計算機(jī)輔助制造（CAM）形成產(chǎn)品設(shè)計）形成產(chǎn)品設(shè)計和制造過程的完整系統(tǒng)，對產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計直到裝配、試驗和質(zhì)量和制造過程的完整系統(tǒng)，對產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計直到裝配、試驗

10、和質(zhì)量管理這一全過程實現(xiàn)自動化。管理這一全過程實現(xiàn)自動化。 為了實現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質(zhì)量，研制為了實現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質(zhì)量，研制計算機(jī)集計算機(jī)集成制造系統(tǒng)成制造系統(tǒng)（CIMS）是人們現(xiàn)在的任務(wù)。）是人們現(xiàn)在的任務(wù)。 計算機(jī)數(shù)字控制計算機(jī)數(shù)字控制（CNC）系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心，這不僅加強(qiáng)了自動化程度，而且提高了機(jī)床的通中心，這不僅加強(qiáng)了自動化程度，而且提高了機(jī)床的通用性和加工效率，在生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。用性和加工效率，在生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。第二章第二章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力方程式；機(jī)電傳

11、動系統(tǒng)的動力方程式；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(jī)械的負(fù)載特性；了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性； 了解機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及學(xué)會分析實際了解機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件以及學(xué)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)的動力方程式單軸拖動系統(tǒng)的動力方程式 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(jī)電動機(jī)M通過連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，由電動機(jī)通過連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，由電動機(jī)M產(chǎn)生輸產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩出轉(zhuǎn)矩TM，用來克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，用來克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL ，帶動生產(chǎn)機(jī)械以角速度，帶動生產(chǎn)機(jī)械以角速度

12、（或速（或速度度n）進(jìn)行運動。）進(jìn)行運動。電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)的驅(qū)動對象電動機(jī)的驅(qū)動對象連接件連接件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)距方向轉(zhuǎn)距方向 二、動力方程式二、動力方程式 在機(jī)電系統(tǒng)中，在機(jī)電系統(tǒng)中，TM、TL、 （或（或n)之間的函數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系稱為關(guān)系稱為動力方程式動力方程式。根據(jù)動力學(xué)原理，它們之間。根據(jù)動力學(xué)原理，它們之間的函數(shù)關(guān)系為的函數(shù)關(guān)系為tnJtJTTdd602ddLM 動力方程式動力方程式dLMTTT 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 TM 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）;TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)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

13、/s）；）；n 速度（速度（r/min）；）；t 時間（時間（s ）; tnJtJTdd602ddd 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)動力方程式可知：運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀態(tài)根據(jù)動力方程式可知：運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀態(tài):. 1LM時時）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)（TT 0ddd tJT 即即 0dd t，為常數(shù)，傳動系統(tǒng)以恒速運動。為常數(shù)，傳動系統(tǒng)以恒速運動。 TM =TL時時傳動系統(tǒng)處于恒速運動的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。傳動系統(tǒng)處于恒速運動的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。 時）：時）：動態(tài)（動態(tài)（LM. 2TT 時時：LMTT 0ddd tJT 即即 ,0dd t 傳動

14、系統(tǒng)加速運動。傳動系統(tǒng)加速運動。時時：LMTT ,0ddd tJT 即即,0dd t 傳動系統(tǒng)減速運動。傳動系統(tǒng)減速運動。 TM TL 時時傳動系統(tǒng)處于加速或減速運動的這種狀態(tài)傳動系統(tǒng)處于加速或減速運動的這種狀態(tài)被稱為被稱為動態(tài)。動態(tài)。四、四、TM、TL 、n的參考方向的參考方向 因為電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以一因為電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以一般以般以（或（或n）的轉(zhuǎn)動方向為參考來確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。）的轉(zhuǎn)動方向為參考來確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。 當(dāng)當(dāng)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)

15、 當(dāng)當(dāng)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(dāng)當(dāng)TM的實際作用方向與的實際作用方向與n的方向的方向相同相同（符號相同）（符號相同）時時， TM為拖動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距。為拖動轉(zhuǎn)距，否則為制動轉(zhuǎn)距。 拖動轉(zhuǎn)距促進(jìn)運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。拖動轉(zhuǎn)距促進(jìn)運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。 當(dāng)當(dāng)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(dāng)當(dāng)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(dāng)當(dāng)TL的實際作用方

16、向與的實際作用方向與n的方向的方向相同相同（符號相反）（符號相反）時時， 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(jī)拖動重物上升和下降。舉例：如圖所示電動機(jī)拖動重物上升和下降。 設(shè)重物設(shè)重物上升上升時速時速度度n的符號為的符號為正正，下下降降時時n的符號為的符號為負(fù)負(fù)。 當(dāng)重物上升時（當(dāng)重物上升時（n為正）為正）tnJTTdd602LM 因此重物上升時，因此重物上升時，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。當(dāng)重物下降時當(dāng)重物下降時（n為負(fù)）為負(fù)）tnJTTdd602LM 即：即： tnJTTdd602ML 因此重物下降時，因此重物下降時，

17、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。TM為正，為正， TL為正。為正。2.2 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(jìn)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(jìn)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)的組成一、多軸拖動系統(tǒng)的組成 電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)（如減速齒輪箱、蝸輪蝸桿等）與生產(chǎn)機(jī)電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)（如減速齒輪箱、蝸輪蝸桿等）與生產(chǎn)機(jī)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

18、后系統(tǒng)總的傳輸功率不變。二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算二、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算 假設(shè)電動機(jī)以假設(shè)電動機(jī)以M角速度旋轉(zhuǎn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩角速度旋轉(zhuǎn)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL折算到電折算到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Teq，而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動速度為，而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動速度為L 。則電動機(jī)輸出功率則電動機(jī)輸出功率PM和負(fù)載所需功率和負(fù)載所需功率PL分別為：分別為：MMeqPTLLLPT 考慮傳動機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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MeqLLC TT 減速機(jī)構(gòu)的輸入功率減速機(jī)構(gòu)的輸入功率減速機(jī)構(gòu)的輸出功率減速機(jī)構(gòu)的輸出功率 則生產(chǎn)機(jī)械上的負(fù)載轉(zhuǎn)

19、矩折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩為：則生產(chǎn)機(jī)械上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)矩為： jTTTcLMcLLeq 式中：式中：c電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械運動時的傳動效率；電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械運動時的傳動效率； LM j傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比轉(zhuǎn)動慣量的折算2.3 生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性 在同一軸上，在同一軸上，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，之間的函數(shù)關(guān)系，稱為生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。稱為生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。 一、恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性一、恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性 恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性根據(jù)其特點可分為反抗轉(zhuǎn)矩和位恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)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：能轉(zhuǎn)矩

20、兩種。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的方向的方向相反相反，當(dāng)，當(dāng)n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(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速按關(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n取相同的符號，即取相同的符號，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(fù)方向時為負(fù)方向時TL為負(fù)，特性在

21、第三象限。為負(fù)，特性在第三象限。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(guān)，即在某一方向阻作用方向不變，與運動方向無關(guān)，即在某一方向阻礙運動而在另一方向促進(jìn)運動。礙運動而在另一方向促進(jìn)運動。 卷揚機(jī)起吊重物時，由于重物的作用方向永遠(yuǎn)向著地卷揚機(jī)起吊重物時，由于重物的作用方向永遠(yuǎn)向著地心，所以，由它產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩永遠(yuǎn)作用在使重物下降的心，所以，由它產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩永遠(yuǎn)作用在使重物下降的方向，當(dāng)電動機(jī)拖動重物上升時，方向，當(dāng)電動機(jī)拖動重物上升時，TL與與n的方向相反；當(dāng)重的方向相反；當(dāng)重物下降時，物下降時，TL和和n的方向相同。的方向

22、相同。 假設(shè)假設(shè)n為正時為正時TL阻礙運動，則阻礙運動，則n為負(fù)時為負(fù)時TL一定促進(jìn)一定促進(jìn)運動，特性在第一、四象限。運動，特性在第一、四象限。 不難理解，在動力方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩不難理解，在動力方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號總是與的符號總是與 n 相相同；位能轉(zhuǎn)矩同；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。二、離心式通風(fēng)型機(jī)械特性二、離心式通風(fēng)型機(jī)械特性 離心式通風(fēng)型機(jī)械特性是按離心力離心式通風(fēng)型機(jī)械特性是按離心力原理工作的，如離心式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，原理工作的，如離心式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度的大小與速度n的平的平方

23、成正比，即：方成正比，即：2LCnT 其中：其中：C為常數(shù)。為常數(shù)。三、直線型機(jī)械特性三、直線型機(jī)械特性 直線型機(jī)械特性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩直線型機(jī)械特性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的的大小與速度大小與速度n的大小成正比，即的大小成正比，即 ：CnT L其中：其中：C為常數(shù)。為常數(shù)。 如；他勵直流電機(jī)如；他勵直流電機(jī) 恒功率型機(jī)械特性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒功率型機(jī)械特性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度的大小與速度n的的大小成反比，即大小成反比，即 nCT L其中：其中：C為常數(shù)。如圖所示。為常數(shù)。如圖所示。四、恒功率型機(jī)械特性四、恒功率型機(jī)械特性 如在車床加工過程中，粗加工時，如在車床加工過程中，粗加工時，切削量大，負(fù)載阻力大，開低

24、速；精切削量大，負(fù)載阻力大，開低速；精加工時，切削量小，負(fù)載阻力小，開加工時，切削量小，負(fù)載阻力小，開高速。但在不同轉(zhuǎn)速下，切削功率基高速。但在不同轉(zhuǎn)速下，切削功率基本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機(jī)械特性。本不變。即呈現(xiàn)恒功率型機(jī)械特性。 2.4 機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 機(jī)電傳動系統(tǒng)中，電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，為了使系統(tǒng)運機(jī)電傳動系統(tǒng)中，電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，為了使系統(tǒng)運行合理，就要使電動機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性盡量相配行合理，就要使電動機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)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。

25、 一、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義一、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義 1. 系統(tǒng)應(yīng)能一定速度勻速運行；系統(tǒng)應(yīng)能一定速度勻速運行； 2. 系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等）系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等）使運行速度發(fā)生變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到使運行速度發(fā)生變化時，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來的運行速度。原來的運行速度。 二、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件二、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 從從Tn坐標(biāo)上來看，就是電動機(jī)的機(jī)械特性曲線坐標(biāo)上來看，就是電動機(jī)的機(jī)械特性曲線 n=f(TM)和生和生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性曲線 n=f(TL)必須有交點，交點被稱為必須有交

26、點，交點被稱為平衡點平衡點。 2. 充分條件充分條件 系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力，即：系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力，即：當(dāng)干擾使速度上升時，有當(dāng)干擾使速度上升時，有 TMTL 。這是穩(wěn)定運行的充分條件。這是穩(wěn)定運行的充分條件。 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。 1. 必要條件必要條件 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 分析舉例分析舉例 a、b兩點是否為穩(wěn)兩點是否為穩(wěn)定平衡點？定平衡點？a點點： 當(dāng)當(dāng)n突然下降后突然下降后 n上升上升ML0TTML

27、0TT 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。 同理同理b點不是穩(wěn)定平衡點。點不是穩(wěn)定平衡點。 異步電動機(jī)異步電動機(jī)的機(jī)械特性的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特的機(jī)械特性性交點交點a交點交點b 當(dāng)當(dāng)n突然下降后突然下降后 n下降下降b點點： 如圖所示，曲線如圖所示，曲線1為異步電動機(jī)的機(jī)械特性，為異步電動機(jī)的機(jī)械特性，曲線曲線2為異步電動機(jī)拖動的生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。為異步電動機(jī)拖動的生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。兩曲線有交點兩曲線有交點b，即拖動系統(tǒng)有一個平衡點。，即拖動系統(tǒng)有一個平衡點。 b點符合穩(wěn)定運行的條件，點符合穩(wěn)定運行的條件，因此因此b點為是穩(wěn)定平衡點。此系點為是穩(wěn)定平衡點。此系統(tǒng)

28、能在統(tǒng)能在b點穩(wěn)定運行。點穩(wěn)定運行。平衡點上電機(jī)在左平衡點上電機(jī)在左平衡點下電機(jī)在右平衡點下電機(jī)在右基本要求：基本要求： 掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)的運行方程式，并學(xué)會用它來分析與判別機(jī)電傳動系掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)的運行方程式，并學(xué)會用它來分析與判別機(jī)電傳動系統(tǒng)的運行狀態(tài)；統(tǒng)的運行狀態(tài)； 了解在多軸拖動系統(tǒng)中為了列出系統(tǒng)的動力方程式，必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行了解在多軸拖動系統(tǒng)中為了列出系統(tǒng)的動力方程式，必須將轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行折算，掌握其折算的基本原則和方法；折算，掌握其折算的基本原則和方法； 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性n=f (TL)； 掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，并學(xué)會用它來分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)掌握機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，并學(xué)會用它來分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。定平衡點。重點與難點：重點與難點： 1. 重點重點 運用動力方程式分別判