機(jī)電傳動(dòng)控制課件__第2章

1、第2章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：1.1.幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性 2.2.加快過(guò)渡過(guò)程的方法以及機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定加快過(guò)渡過(guò)程的方法以及機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件運(yùn)行的條件 2.1 研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的意義研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的意義2.2 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式2.3 典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性2.4 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程2.6 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定

2、運(yùn)行的條件靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)（暫態(tài)）兩種運(yùn)行狀態(tài)。靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)（暫態(tài)）兩種運(yùn)行狀態(tài)。 靜態(tài)是指系統(tǒng)以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩為靜態(tài)是指系統(tǒng)以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩為零；動(dòng)態(tài)是指系統(tǒng)的速度處于變化之中的狀態(tài)，存在零；動(dòng)態(tài)是指系統(tǒng)的速度處于變化之中的狀態(tài)，存在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)特性是電動(dòng)機(jī)的電磁機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)特性是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和生產(chǎn)機(jī)械速度之間的關(guān)系轉(zhuǎn)矩和生產(chǎn)機(jī)械速度之間的關(guān)系 ；機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)在過(guò)渡過(guò)程中的特性。態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)在過(guò)渡過(guò)程中的特性。當(dāng)機(jī)電傳

3、動(dòng)系統(tǒng)處于啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速或當(dāng)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)處于啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速或負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速就要隨之變化，即系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行。速就要隨之變化，即系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行。 2.1 研究機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的意義 1.可以分析如何縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，可以分析如何縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率；從而提高生產(chǎn)率；2.可以研究如何改善機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行可以研究如何改善機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，使設(shè)備安全運(yùn)行情況，使設(shè)備安全運(yùn)行 2.2.2 2 單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 一、單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)M通

4、過(guò)連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)連接件直接與生產(chǎn)機(jī)械相連，由電動(dòng)機(jī)M產(chǎn)生輸產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩出轉(zhuǎn)矩TM，用來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，用來(lái)克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL ，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以角速度，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以角速度（或速（或速度度n）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)對(duì)象電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)對(duì)象連接件連接件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)距方向 二、運(yùn)動(dòng)方程式二、運(yùn)動(dòng)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)關(guān)系稱為之間的函數(shù)關(guān)系稱為運(yùn)動(dòng)方運(yùn)動(dòng)方程式程式。 根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，TM、TL、 （或（或n)之間的函數(shù)關(guān)系如下：之間的函數(shù)關(guān)系如下：tnJtJTTdd602ddLM 運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方

5、程式dLMTTT 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 TM 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（電動(dòng)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(dòng)慣量（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.m2）; 角速度（角速度（rad/s）；）；n 速度（速度（r/min）；）；t 時(shí)間（時(shí)間（s ）; tnJtJTdd602ddd 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m）。）。 dtdnGDdtdJTTLM3752dLMTTT結(jié)論：結(jié)論：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩總是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩所電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩總是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩所平衡！平衡！三、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)三、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式可知：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：根據(jù)

6、運(yùn)動(dòng)方程式可知：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：:. 1LM時(shí)時(shí)）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)（TT 0ddd tJT 即即 0dd t，為常數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)以恒速運(yùn)動(dòng)。為常數(shù)，傳動(dòng)系統(tǒng)以恒速運(yùn)動(dòng)。 TM =TL時(shí)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于恒速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。傳動(dòng)系統(tǒng)處于恒速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。 時(shí)時(shí)）：動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)（LM. 2TT 時(shí)時(shí)：LMTT 0ddd tJT 即即 ,0dd t 傳動(dòng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)。時(shí)時(shí)：LMTT ,0ddd tJT 即即,0dd t 傳動(dòng)系統(tǒng)減速運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)減速運(yùn)動(dòng)。 TM TL 時(shí)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)處于加速或減速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)處于加速或減速運(yùn)動(dòng)的這種狀態(tài)被稱為動(dòng)態(tài)態(tài)

7、。四、四、 運(yùn)動(dòng)方程式中符號(hào)的約定運(yùn)動(dòng)方程式中符號(hào)的約定轉(zhuǎn)矩正方向的約定因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以（或n）的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閰⒖紒?lái)確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。 由于傳動(dòng)系統(tǒng)有各種由于傳動(dòng)系統(tǒng)有各種，相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就有不同的符號(hào)。和轉(zhuǎn)矩就有不同的符號(hào)。 當(dāng)當(dāng)TM的實(shí)際作用方向與的實(shí)際作用方向與n的方向相同時(shí)，的方向相同時(shí)，TM取取與與n相同的符號(hào)，否則取與相同的符號(hào)，否則取與n相反的符號(hào)；相反的符號(hào)； 當(dāng)當(dāng)TL的實(shí)際作用方向與的實(shí)際作用方向與n的方向相反時(shí)，的方向相反時(shí)，TL取與取與n相同的符號(hào)，否則取與相同的符號(hào)，否則取與n相反的符號(hào)。相反的符號(hào)。根

8、據(jù)上述約定就可以從轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的符號(hào)上判定TM與TL的性質(zhì)：dtdnGDTTLM3752v若若TL與與n的符號(hào)相同（同為正或同為負(fù)），則表示的符號(hào)相同（同為正或同為負(fù)），則表示TL的作用方向的作用方向相反相反，為，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；若；若TL與與n的符號(hào)相的符號(hào)相反，則表示反，則表示TL的作用方向相同，為的作用方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。v若若TM與與n的符號(hào)相同（同為正或同為負(fù)），則表示的符號(hào)相同（同為正或同為負(fù)），則表示TM的作用方向相同，為的作用方向相同，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；若；若TM與與n的符號(hào)的符號(hào)相反，則表示相反，則表示TM的作用方向相反，為的作用方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。舉

9、例：如圖所示電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升和下降。舉例：如圖所示電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升和下降。 設(shè)重物設(shè)重物上升上升時(shí)速度時(shí)速度n的符的符號(hào)為號(hào)為正正，下降下降時(shí)時(shí)n的符號(hào)為的符號(hào)為負(fù)負(fù)。 當(dāng)重物上升時(shí)：當(dāng)重物上升時(shí)： TM、TL、n的方向如圖（的方向如圖（a）所示。運(yùn)動(dòng)方程式為：所示。運(yùn)動(dòng)方程式為：tnJTTdd602LM 因此重物上升時(shí)，因此重物上升時(shí)，TM為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，TL為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)重物下降時(shí)：當(dāng)重物下降時(shí)： TM、TL、n的方向如圖（的方向如圖（b）所示。運(yùn)動(dòng)方程式為：）所示。運(yùn)動(dòng)方程式為：tnJTTdd602LM 即：即： tnJTTdd602ML 因此重物下降時(shí)，因此重物

10、下降時(shí)，TM為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，TL為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。TM為正，為正，TL為正。為正。TM為正，為正， TL為正。為正。2.4 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法實(shí)際應(yīng)用中，很多生產(chǎn)機(jī)械都是采用多軸傳動(dòng)系統(tǒng)，研究該系統(tǒng)顯得非常的復(fù)雜：l 對(duì)每根軸列出其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方程式；l 列出各軸間互相聯(lián)系的方程式；l 最后把這些方程式聯(lián)系起來(lái)，全面地研究系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。l 解決途徑：把實(shí)際的拖動(dòng)系統(tǒng)等效為單軸系統(tǒng)，通常把電動(dòng)機(jī)軸作為研究對(duì)象即可l 等效原則：等效折算的原則是保持兩個(gè)系統(tǒng)傳送的功率及儲(chǔ)存的動(dòng)能相同2.4.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算（FV,TW)依據(jù)系統(tǒng)傳遞功率不變的原則多軸多軸旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)拖動(dòng)系

11、統(tǒng)T)7 . 2(jTTjTTTTTcLLcLMcLLLMLcLL（考慮傳動(dòng)效率）（考慮傳動(dòng)效率）321321)(/cLMjjjj速比傳動(dòng)效率MLCPP/TL折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩多軸多軸直線直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)）（ 8 . 255. 9602McLMcLMLcnFvTnFvTTFv提升重物提升重物多軸多軸直線直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)MLcTFv)9 . 2(55. 9cMLnFvT下放重物下放重物n2.3.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算（動(dòng)能守恒）u折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為、式中：MLMLMLMMLMLLMZZZjZZjJJJjJjJJJ111111221)10. 2(1電機(jī)軸

12、、中間軸、負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；電動(dòng)機(jī)軸與中間傳動(dòng)軸之間的速比；電機(jī)軸與負(fù)載軸之間的速度比；電機(jī)軸、中間軸、負(fù)載軸上的角速度中間軸、電機(jī)軸上的齒數(shù)。（旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型）22121121221221LLMMMZJJJJ折算到電機(jī)軸上的總飛輪矩為、221222212122)11. 2(LMLLMZGDGDGDjGDjGDGDGD電機(jī)軸、中間軸、生產(chǎn)機(jī)械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。（旋轉(zhuǎn)型）25. 11 . 1)13. 2()12. 2(22222LLMZLLMZjGDGDGDjJJJ經(jīng)驗(yàn)公式直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、飛輪矩為)15. 2(365)14. 2(2222212122222211MLLMZM

13、LLMZnGvjGDjGDGDGDvmjJjJJJ)16. 2(3752dtdnGDTTMZLM多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式多軸系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式系統(tǒng)的飛輪轉(zhuǎn)矩；、折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；、折算到電動(dòng)機(jī)軸上的，試求：，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載的飛輪轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩別為，各齒輪的飛輪轉(zhuǎn)矩分，減速機(jī)效率已知齒輪齒數(shù)之比箱；，減速機(jī)構(gòu)為兩級(jí)減速例：有一機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)21mN4 .470mN8 .450mN294,mN196,mN49,mN4 .78,mN4 .2992. 05/ZZ, 3/ZZ22222242232222213412LLMcTGDGDGDGDGDGD14電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)2TL3負(fù)載負(fù)載mN

14、ZZZZTjTTCLcLL1 .3492. 0151314 .470114321）解：（系統(tǒng)的飛輪轉(zhuǎn)矩；、折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；、折算到電動(dòng)機(jī)軸上的試求：，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載的飛輪轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)矩別為，各齒輪的飛輪轉(zhuǎn)矩分，減速機(jī)效率箱；已知齒輪齒數(shù)之比，減速機(jī)構(gòu)為兩級(jí)減速例：有一機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)21mN4 .470mN8 .450mN294,mN196,mN49,mN4 .78,mN4 .2992. 05/ZZ, 3/ZZ22222242232222213412LLMcTGDGDGDGDGDGD22222212242123222122340531)8 .450196(31)494 .78()

15、4 .29294(1)(1)()(2mNjjGDGDjGDGDGDGDGDLLMZ）（4 . 216p作業(yè)：l 例2-11.列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式；2.說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。解：dtdnGDTTdtdnGDTTdtdnGDTTLMLMLM375375375222加速運(yùn)行狀態(tài) 減速 減速拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)矩2.3 典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性 在同一軸上，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，稱為生產(chǎn)機(jī)在同一軸上，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系，稱為生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性。械的機(jī)械特性。 2.3.1、恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性、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(diǎn)可分為反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩兩恒

16、轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性根據(jù)其特點(diǎn)可分為反抗轉(zhuǎn)矩和位能轉(zhuǎn)矩兩種。分別如圖所示：種。分別如圖所示：1反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)如下：反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點(diǎn)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(dāng)?shù)姆较蛳喾?，?dāng)n的方向發(fā)生變化的方向發(fā)生變化時(shí)，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運(yùn)動(dòng)方向相反，即時(shí)，它的作用方向也隨之發(fā)生變化，恒與運(yùn)動(dòng)方向相反，即總是阻礙運(yùn)動(dòng)的。總是阻礙運(yùn)動(dòng)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取相同的取相同的符號(hào)，即符號(hào)，即n為正方向時(shí)為正方向時(shí)TL為正，特性在第一

17、象限；為正，特性在第一象限；n為負(fù)方向時(shí)為負(fù)方向時(shí)TL為為負(fù)，特性在第三象限。負(fù)，特性在第三象限。2位能轉(zhuǎn)矩位能轉(zhuǎn)矩 , 其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)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(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，即在某一方向阻礙運(yùn)動(dòng)而作用方向不變，與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，即在某一方向阻礙運(yùn)動(dòng)而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊重物時(shí)，由于重物的作用方向永遠(yuǎn)向著地心，所卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊重物時(shí)，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方向，當(dāng)電動(dòng)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(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升時(shí)，機(jī)拖動(dòng)重物上升時(shí)，TL與與n的方向相反；當(dāng)

18、重物下降時(shí)，的方向相反；當(dāng)重物下降時(shí)，TL和和n的的方向相同。方向相同。 假設(shè)假設(shè)n為正時(shí)為正時(shí)TL阻礙運(yùn)動(dòng)，則阻礙運(yùn)動(dòng)，則n為負(fù)時(shí)為負(fù)時(shí)TL一定促進(jìn)運(yùn)動(dòng)，特性一定促進(jìn)運(yùn)動(dòng)，特性在第一、四象限。在第一、四象限。 不難理解，在運(yùn)動(dòng)方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩不難理解，在運(yùn)動(dòng)方程式中，反抗轉(zhuǎn)矩TL的符號(hào)總是與的符號(hào)總是與 n 相相同；位能轉(zhuǎn)矩同；位能轉(zhuǎn)矩TL的符號(hào)則有時(shí)與的符號(hào)則有時(shí)與n 相同，有時(shí)與相同，有時(shí)與n相反。相反。2.3.2、離心式通風(fēng)型機(jī)械特性、離心式通風(fēng)型機(jī)械特性 離心式通風(fēng)型機(jī)械特性是按離心力原理工作的，如離心式通風(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，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩離心

19、式鼓風(fēng)機(jī)、水泵等，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度的大小與速度n的平方成正比，即：的平方成正比，即：2LCnT 其中：其中：C為常數(shù)。為常數(shù)。 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的大小成正的大小成正比，即比，即 nCT L其中：其中：C為常數(shù)。如圖所示。為常數(shù)。如圖所示。2.3.3、恒功率型機(jī)械特性、恒功率型機(jī)械特性 2.5 2.5 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程l 2.5.1 2.5.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的慣性機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的慣性 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)之所以產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程，因?yàn)楦鞣N慣性：l （1）機(jī)械慣性：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩l （2）電磁慣性：

20、電感l(wèi) （3）熱慣性：溫度 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中只需考慮機(jī)械慣性，即在過(guò)渡過(guò)程中只有轉(zhuǎn)速是不能突變的，而電樞電流和轉(zhuǎn)矩都可以突變。 l 轉(zhuǎn)速、電樞電流、轉(zhuǎn)矩都是按指數(shù)規(guī)律變化的。轉(zhuǎn)速、電樞電流、轉(zhuǎn)矩都是按指數(shù)規(guī)律變化的。而機(jī)電時(shí)間常數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電阻及磁通等物理而機(jī)電時(shí)間常數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電阻及磁通等物理量有關(guān)。量有關(guān)。()mtsstsnnnn e22375memNGD RK K2.5.2 2.5.2 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間1221()375375snzzsnDDGDGDdntnnTTl 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡時(shí)間t與飛輪矩GDZ2和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TD有關(guān)。1減少飛輪矩減少飛輪矩G

21、DZ2 在GDZ2中，大部分是GDM2，因此減小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的GDM2就成了加快過(guò)渡過(guò)程的重要措施。1) 選用專門設(shè)計(jì)制造的小慣量電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是電樞細(xì)長(zhǎng)，選用專門設(shè)計(jì)制造的小慣量電動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是電樞細(xì)長(zhǎng)， GD2小；??； 2) 采用雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即用兩臺(tái)容量為系統(tǒng)所需總?cè)萘康牟捎秒p電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即用兩臺(tái)容量為系統(tǒng)所需總?cè)萘康?/2的電動(dòng)機(jī)，同軸硬聯(lián)接后共同拖動(dòng)負(fù)載，因?yàn)槿萘啃〉碾妱?dòng)機(jī)，同軸硬聯(lián)接后共同拖動(dòng)負(fù)載，因?yàn)槿萘啃〉碾妱?dòng)機(jī)直徑小，采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)硬軸聯(lián)接，相當(dāng)于縮小的電動(dòng)機(jī)直徑小，采用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)硬軸聯(lián)接，相當(dāng)于縮小直徑，加長(zhǎng)電樞，所以可減小飛輪矩。直徑，加長(zhǎng)電樞，所以可減小飛輪矩。2.5.3

22、 2.5.3 加快過(guò)渡過(guò)程的方法加快過(guò)渡過(guò)程的方法 2. 加大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩加大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)的加速度也越大，過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間就動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)的加速度也越大，過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間就越短。越短。 因此可以在控制系統(tǒng)中要求系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中獲得因此可以在控制系統(tǒng)中要求系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中獲得最佳的轉(zhuǎn)矩波形（或電流波形），使得電動(dòng)機(jī)發(fā)出最大的最佳的轉(zhuǎn)矩波形（或電流波形），使得電動(dòng)機(jī)發(fā)出最大的電磁轉(zhuǎn)居，以使電動(dòng)機(jī)在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速。電磁轉(zhuǎn)居，以使電動(dòng)機(jī)在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速。2.6 2.6 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，為了使系

23、統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使電動(dòng)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(gè)起碼要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。 一、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的含義l 一是系統(tǒng)能以一定的速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)；一是系統(tǒng)能以一定的速度勻速運(yùn)轉(zhuǎn)；l 二是系統(tǒng)受到某種外部干擾（如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)二是系統(tǒng)受到某種外部干擾（如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）后，速度稍有變化，會(huì)離開(kāi)平衡位置，矩波動(dòng)等）后，速度稍有變化，會(huì)離開(kāi)平衡位置，但在新的條件下可達(dá)到新平衡；或在干擾消除后系但在新的條件下可達(dá)到新平衡；或在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。統(tǒng)能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。 二、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件二、機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 從從Tn坐標(biāo)上來(lái)看，

24、就是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線坐標(biāo)上來(lái)看，就是電動(dòng)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(diǎn)，交點(diǎn)被稱為必須有交點(diǎn)，交點(diǎn)被稱為平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)。 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(shí)，有當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有 TMTL 。這是穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。這是穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件。 符合穩(wěn)定運(yùn)行條件的平衡點(diǎn)稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。符合穩(wěn)定運(yùn)行條件的平衡點(diǎn)稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 1. 必要條件必要條件 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)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

25、小相等，方向相反。大小相等，方向相反。舉例1故故a a點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)a點(diǎn)點(diǎn):TM-TL=0當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載TL突然增大到突然增大到TL時(shí)，由于機(jī)械慣性，時(shí)，由于機(jī)械慣性，速度速度n和電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時(shí)和電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時(shí)TM-TL0,系統(tǒng)要加速，系統(tǒng)要加速，n要上升，要上升，當(dāng)?shù)疆?dāng)?shù)絘點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)在平衡點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)在平衡點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行故故b b點(diǎn)不是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)點(diǎn)不是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)舉例1b點(diǎn)點(diǎn):TM-TL=0當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，由于機(jī)械慣性，速度當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，由于機(jī)械慣性，速度n和和電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能突變，

26、此時(shí)TM-TL0,使使n上上升，進(jìn)入到升，進(jìn)入到a點(diǎn)穩(wěn)定工作，回不到點(diǎn)穩(wěn)定工作，回不到b點(diǎn)。點(diǎn)。l 例2-3 判斷下圖b點(diǎn)是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)？l 解 系統(tǒng)中有交叉點(diǎn)，當(dāng)時(shí)M M L L T TM M-T-TL L000 b b點(diǎn)是平衡穩(wěn)定點(diǎn)注意注意： 1.兩機(jī)械特性曲線的區(qū)別，兩機(jī)械特性曲線的區(qū)別， 2.同時(shí)滿足二穩(wěn)定平衡條件。同時(shí)滿足二穩(wěn)定平衡條件。 小小 結(jié)結(jié)l 基本要求 1. 掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方程式，并學(xué)會(huì)用它來(lái)分析與判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；2. 了解在多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中為了列出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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；3. 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械

27、特性 ；4. 掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并學(xué)會(huì)用它來(lái)分析與判別系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 )(LTfn 小小 結(jié)結(jié)l 重點(diǎn)與難點(diǎn)l 重點(diǎn)1.運(yùn)用運(yùn)動(dòng)方程式分別判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。2. 運(yùn)用穩(wěn)定運(yùn)行的條件來(lái)判別機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。 l 難點(diǎn)1. 根據(jù)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中 的方向確定 是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩還是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而判別出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，是處于加速、減速還是勻速；2. 在機(jī)械特性上判別系統(tǒng)穩(wěn)定工作點(diǎn)時(shí)、如何找出 nTTLM、LMTT 、LMTT 、練 習(xí) 題1機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩 a. 大小相等大小相等 b. 方向相反方向相反 c. 大小相等，方向相反大小相等，方向相反 d. 無(wú)法確無(wú)法確定定2. 某機(jī)電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)正處于某機(jī)電系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則系統(tǒng)正處于 a. 加速加速 b. 減速減速 c