機電傳動控制(鄧星鐘)1,2

1、機電傳動控制(第三版)鄧星鐘 主編 華中科技大學出版社2001年3月第1章 概述 機電傳動的發(fā)展概況; 電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況; “機電傳動控制”課程的性質和任務.1.機電傳動發(fā)展的概況1) 成組拖動 一臺電動機-一根天軸-一組生產機械設備 機構復雜,損耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 單臺電動機拖動 一臺電動機-一臺設備 當生產機械設備運動部件較多時,機構仍復雜,滿足不了生產工藝要求. 3) 多臺電動機拖動 一臺專門的電動機-同一臺設備的每一個運動部件 機構簡單,控制靈活,便于生產機械的自動化. 舉例:龍門刨床的刨臺,左垂直刀架,右垂直刀架,側刀架,橫梁,夾緊機構,都是分別由一臺電動機拖動

2、的. 2.電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1) 繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 能對控制對象實現(xiàn)起動,制動,有級調速控制; 結構簡單,動作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 連續(xù)控制方式和自動控制系統(tǒng) 20世紀30年代的電機放大機控制,40-50年代的磁放大器控制和水銀整流器控制,1958年以后的晶閘管-直流電動機無級調速系統(tǒng),80年代以來的新型電力電子元件-交流電動機無級調速系統(tǒng); 控制簡單,可靠性高,連續(xù)控制,拖動性能好.電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況3) 可編程序控制器(PLC) 是繼電器常規(guī)控制技術與微機技術的結合,是一臺按開關量輸入的工業(yè)控制專用計算機; 具有邏輯運算功能,定時/計數(shù)功能,數(shù)字運算功能,通信

3、功能. 4) 計算機數(shù)字控制系統(tǒng) 1952年美國出現(xiàn)第一臺數(shù)控銑床,1958年出現(xiàn)加工中心,20世紀70年代CNC應用于數(shù)控機床和加工中心,80年代出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)(FNS); 提高了生產機械的通用性和效率,實現(xiàn)機械加工全盤自動化.3.“機電傳動控制”課程的性質和任務1) 課程性質 該課程是機械類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎課,是機電一體化人才所需電知識的驅體.它將電機,電器,繼電器-接觸器控制,PLC,電力電子技術,自動調速系統(tǒng)有機地結合在一起. 2) 課程內容 全書13章,分為5個單元: (1)機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎和過渡過程; (2)電機及繼電器-接觸器控制系統(tǒng); (3)可編程序控制器;

4、 (4)電力電子技術的基本知識; (5)自動調速系統(tǒng).3) 課程學習任務 掌握繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的工作原理和元件選擇, 掌握PLC的編程方法與應用, 掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理與性能及其應用場所. 了解電力拖動的一般知識, 了解最新電氣控制技術在生產機械上的應用. 閱讀書目: 1.齊占慶主編.機床電氣控制技術(第三版).北京:機械工業(yè)出版社.2004年6月. 2.陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)(第三版).北京:機械工業(yè)出版社.2003年8月. 3.程憲平主編.機電傳動與控制(第二版).武漢:華中科技大學出版社.2003年9月. 4.魏炳貴主編.電力拖動基礎.北京:機械工業(yè)出版社.2000

5、年8月.圖10.監(jiān)控程序初始界面點擊藍色框中的各按鈕可以切換到各監(jiān)控界面。1235749611131517L11L21L31L12L22L32U V W 注意電氣原理圖中的圖形符號,文字符號和回路標號電氣原理圖舉例第2章 機電傳動系統(tǒng)的動力學基礎 掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,用它來分析機電傳動系統(tǒng)的運動狀態(tài); 了解多軸拖動系統(tǒng)中轉矩,轉動慣量和飛輪轉矩的折算方法; 了解幾種典型生產機械的機械特性; 掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件.2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式1.單軸機電傳動系統(tǒng)運動方程式: 定義式工程計算式在上述兩個式子中: TM-電動機轉矩; TL-負載轉矩; J-轉動慣量; GD2-

6、飛輪轉矩,且J=1/4(GD2); n-轉速; -角速度.討論.在上式中: 1)當TM=TL時,n為常數(shù).dn/dt=0,狀態(tài)為恒速;稱之為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài). 2)當TMTL時,n為變數(shù),dn/dt 0,狀態(tài)為加速或減速;稱之為動態(tài).2.系統(tǒng)動態(tài)轉矩Td 討論: 1)當Td=0時,系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài); 2)當Td0時,系統(tǒng)為動態(tài): (1) Td0,dn/dt=a0, 系統(tǒng)加速; (2) Td0,dn/dt=a0, 系統(tǒng)減速. 因此,TM,TL有大小,有方向. 則工程計算式可寫為: TM-TL= Td 令系統(tǒng)動態(tài)轉矩:3.TM,TL的正方向及性質 以轉速n為參考量 (先定下n的正方向); 規(guī)定: 與n方向相同

7、的TM為正,與n方向相反的TL為正; 與n方向相反的TM為負,與n方向相同的TL為負.舉例 例1:列出下圖系統(tǒng)的運動方程式,并說明運動狀態(tài).nTMTLnTMTL 解:TM與n反向為負,TL與n反向為正,運動方程如下式;狀態(tài)為減速. 舉例例2:提升重物過程如左圖示,寫出運動方程式.解:(a)中,提升重物,TM為正,TL為正,運動方程式為: (b)中,仍為提升重物,但TM為負,TL為正,運動方程式為:思考題:試分析圖(a)和圖(b)系統(tǒng)的運動狀態(tài).2.2轉矩.轉動慣量和飛輪轉矩的折算 實際拖動系統(tǒng)一般是多軸傳動系統(tǒng),該系統(tǒng)的運動方程式,是將其轉矩等折算到一根軸上,再按2.1的方法列出運動方程式.

8、折算時,可以折算到電動機軸上(高速軸),也可以折算至低速軸上.旋轉運動 直線運動三軸旋轉運動折算至電動機軸上1.負載轉矩的折算 式中,速比 -傳動效率; 2.轉動慣量的折算(據(jù)能量守恒定律） 3.飛輪轉矩的折算 式中,分別為電動機軸,中間傳動軸,生產機械軸上的飛輪轉矩.式中,三軸直線運動折算到電動機軸上1.負載轉矩的折算 提升時 3.飛輪轉矩的折算 2.轉動慣量的折算 要注意式上面幾個式子中各個符號代表的物理意義.下降時計算舉例例3 機電傳動系統(tǒng)如下圖(a)所示.已知每根軸的飛輪轉矩和轉速,負載轉矩為98 ,電動機拖動轉矩29.4 ,傳動效率0.9,求生產機械軸上的加速度是多少?計算舉例題圖(

9、a) 由公式可得生產機械軸上的加速度為解:這是折算到低速軸2.3 生產機械的機械特性1.恒轉矩特性 1)特點:負載轉矩為常數(shù); 2)分類:反抗轉矩, 位移轉矩. 舉例:設備的提升機構, 提升機的行走機構, 皮帶運輸機, 機床進給運動.2.恒功率特性 特點:負載轉矩與轉速成反比, 功率基本不變. 舉例:球磨機, 碎石機, 機床的主運動.3.通風機特性 特點:負載轉矩與轉速的平 方成正比. 舉例:水泵, 通風機. 風機,水泵電動機的容量占工業(yè)用戶總用電量的70%.2.4機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件1.機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件 1) 和 兩條特性曲線有交點,該交點稱之為系統(tǒng)的平衡點.2)當轉速大于平衡點對應的轉速時,有: TM1TL1; 當轉速小于平衡點對應的轉速時, 有: TM2 TL22.穩(wěn)定工作點判別穩(wěn)定運行判別舉例例1, 試判別右圖所示三相異步電動機特性曲線與恒轉矩負載特性曲線組成系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點. 分析: 由機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)的