緒論加動力學(xué)基礎(chǔ)課件

機電傳動控制鄧星鐘

主編主講：機械系雷波聯(lián)系方式-Mail:rayer1980@163.com2/2/2023參考書目1.趙君有，張愛軍王東瑞編.

電機與拖動基礎(chǔ)

.北京:中國水力水電出版社,2007.2.湯天浩編.電機與拖動基礎(chǔ).北京:機械工業(yè)出版社,2011.3.吳紅星編.電機驅(qū)動與控制專用集成電路及應(yīng)用

.北京:中國電力出版社,2006.4.齊占慶，王振臣編.機床電氣控制技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,20085.滿永奎，韓安榮編.通用變頻器及其應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2012

2/2/2023第一章概述1.1機電傳動的目的和任務(wù)1.2機電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1.3課程的性質(zhì)和任務(wù)1.4課程的內(nèi)容安排1.5對本課程學(xué)習(xí)的基本要求2/2/20231.1機電傳動的目的和任務(wù)

機電傳動:

以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)之總稱

2/2/2023一、機電系統(tǒng)的組成

機電系統(tǒng)完成生產(chǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)驅(qū)動運動部件的原動機（這里指的是各種電動機）之總稱控制電動機的系統(tǒng)驅(qū)動生產(chǎn)機械的電動機和控制電動機的一整套電氣系統(tǒng)2/2/2023機電傳動系統(tǒng)實例

車床系統(tǒng)2/2/2023CA6140,CK6150與CH6132寬的調(diào)速范圍2/2/2023可逆式軋機頻繁起制動或正反轉(zhuǎn)2/2/2023卷揚機和電梯起制動平穩(wěn)，準(zhǔn)確定點停車2/2/2023雷達天線控制系統(tǒng)2/2/2023雷達天線控制系統(tǒng)方位驅(qū)動仰角驅(qū)動2/2/2023雷達天線自動控制系統(tǒng)原理框圖2/2/2023二、機電傳動控制的任務(wù)

將電能轉(zhuǎn)換為機械能；實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、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；保證生產(chǎn)過程的正常進行。三、機電傳動控制的目的從廣義上講，機電傳動控制的目的就是要使生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、車間乃至整個工廠都實現(xiàn)自動化。從狹義上講，則指控制電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的增加（效率）、質(zhì)量的提高（精度）、生產(chǎn)成本的降低、工人勞動條件的改善以及能量的合理利用等。

2/2/20231.2機電傳動控制的發(fā)展機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。機電傳動控制的發(fā)展可從機電傳動和控制系統(tǒng)兩方面來討論。一、機電傳動的發(fā)展

成組拖動——一臺電動機拖動一根天軸（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)機械。

單電機拖動——一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械的各運動部件。

多電機拖動——一臺生產(chǎn)機械的各個運動部件分別由不同的電動機來拖動。特點是生產(chǎn)效率低、勞動條件差、一旦電動機出現(xiàn)故障，將造成成組的生產(chǎn)機械停車；這種拖動方式較成組拖動前進了一步，但當(dāng)一臺生產(chǎn)機械的運動部件較多時，其傳動機構(gòu)仍十分復(fù)雜；2/2/2023二、機電傳動控制系統(tǒng)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。隨著功率器件、放大器件的不斷更新，機電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，它主要經(jīng)歷了四個階段：

1．繼電器—接觸器控制：出現(xiàn)在20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、停車以及有級調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；

2．電機放大機控制：（30年代）從斷續(xù)控制到連續(xù)控制3．磁放大器控制和大功率晶閘管控制：(40-60年代)4．計算機數(shù)字控制（CNC）：提高機床的自動化程度、通用性和加工效率。（70年代-至今）2/2/2023柔性制造系統(tǒng)（FMS）—由數(shù)控機床、工業(yè)機器人、自動搬運車等組成的統(tǒng)一由中心計算機控制的機械加工自動線，它是實現(xiàn)自動化車間和自動化工廠的重要組成部分。

機械制造自動化高級階段是走向設(shè)計、制造一體化，即利用計算機輔助設(shè)計（CAD）與計算機輔助制造（CAM）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，研制計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）是人們現(xiàn)在的任務(wù)。2/2/20231.3課程的性質(zhì)和任務(wù)性質(zhì)：

機電傳動控制把驅(qū)動電機、控制電機電器、電力拖動、繼電器-接觸器控制、PLC、電力電子技術(shù)、直（交）流伺服系統(tǒng)、步進電機伺服系統(tǒng)等強電控制的內(nèi)容，根據(jù)學(xué)科的發(fā)展與其內(nèi)在規(guī)律，以伺服驅(qū)動為主導(dǎo)，以控制為線索，將元器件與伺服控制系統(tǒng)科學(xué)、有機地結(jié)合起來。2/2/2023任務(wù)

學(xué)生通過本課程和機電綜合實驗的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握交直流電機及控制電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及機電傳動的運行性能、分析計算、電機與控制系統(tǒng)選擇、為后繼課程和今后的工作準(zhǔn)備必要的知識2/2/20231.4課程的內(nèi)容安排第一章概論第二章機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)第三章直流電機的工作原理及特性第四章機電傳動系統(tǒng)過渡過程第五章交流電動機的工作原理及特性第六章控制電機 第七章機電傳動控制系統(tǒng)中常用的檢測元件第八章繼電器－接觸器控制系統(tǒng)第九章可編程序控制器第十章電力電子學(xué)－晶閘管及其基本電路第十一章直流傳動控制系統(tǒng)第十二章交流傳動控制系統(tǒng)第十三章步進電動機傳動控制系統(tǒng)第十四章機電傳動控制系統(tǒng)中電動機的選擇2/2/20231.5對本課程學(xué)習(xí)的基本要求了解機電傳動控制系統(tǒng)的組成和基本規(guī)律；掌握常用電機、電器的工作原理主要特性，了解其應(yīng)用與選用；掌握繼電器－接觸器工作原理，學(xué)會用其來實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制；掌握常用的開環(huán)、閉環(huán)驅(qū)動控制系統(tǒng)的基本工作原理和特點，了解性能和應(yīng)用場所。學(xué)會分析機電傳動控制系統(tǒng)的基本方法。2/2/2023第二章機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)2.1機電傳動系統(tǒng)的運動方程式2.2轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.3機電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性2.4機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件2/2/20232.1機電傳動系統(tǒng)的運動方程式

圖2.1單軸拖動系統(tǒng)電動機（M）生產(chǎn)機械TMMω+TLTL2/2/2023單軸機電傳動系統(tǒng)的運動方程式TM----電動機轉(zhuǎn)矩TL----負(fù)載轉(zhuǎn)矩GD2---飛輪矩n-----轉(zhuǎn)速t-----時間2/2/2023動態(tài)轉(zhuǎn)矩恒速（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）正值加速（動態(tài)轉(zhuǎn)矩）負(fù)值減速（動態(tài)轉(zhuǎn)矩）2/2/2023TM與n同向為正向TL與n相反為正向拖動矩（TM、n同向）制動矩（TM、n反向）2/2/2023例2-11.列出系統(tǒng)的運動方程式；2.說明系統(tǒng)運行的狀態(tài)。加速運行狀態(tài)減速減速拖動轉(zhuǎn)矩制動矩拖動轉(zhuǎn)矩制動矩2/2/20232.2轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算2.2.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算負(fù)載轉(zhuǎn)矩是靜態(tài)轉(zhuǎn)矩,根據(jù)功率守恒原則折算1.多軸旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)速比傳動效率多軸旋轉(zhuǎn)拖動系統(tǒng)2/2/2023多軸直線運動系統(tǒng)2.多軸直線運動系統(tǒng)（下放重物）2/2/20232.2.2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算1.旋轉(zhuǎn)型依據(jù)動能守恒原則，折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為電機軸、中間軸、負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)動慣量；電動機軸與中間傳動軸之間的速比；電機軸與負(fù)載軸之間的速度比；電機軸、中間軸、負(fù)載軸上的角速度2/2/20232.2.2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算依據(jù)動能守恒原則，折算到電機軸上的總飛輪矩為電機軸、中間軸、生產(chǎn)機械軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩。2/2/20232.直線運動型折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量、飛輪矩為多軸系統(tǒng)的運動方程式2/2/2023解（1）例2-2折算到電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL折算到電動機軸上的飛輪慣量GDZ22/2/2023(2)(近似)2/2/20232.3機電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性生產(chǎn)機械的負(fù)載特性:2.3.1恒轉(zhuǎn)矩型機械特性n（a）反抗轉(zhuǎn)矩（b）位能轉(zhuǎn)矩TLT-TLnTTL（摩擦轉(zhuǎn)矩）（因重力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩)（T與n的方向恒為相反）（T的方向恒定與運動方向無關(guān)）2/2/20232.3.2離心式通風(fēng)機型機械特性2.3.3直線型機械特性2.3.4恒功率型機械特性Tn0

T0Tn0直線型機械特性離心式通風(fēng)機型機械特性恒功率型機械特性Tn02/2/20232.4機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義:1.系統(tǒng)以一定的速度勻速運轉(zhuǎn);2.系統(tǒng)在受某種外部干擾作用(如電壓波動、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動等）而使速度稍有變化時，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。2/2/2023m系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要充分條件（1）兩機械特性有交叉點（2）在平衡點處有一速度n↑時，TM<TLTM-TL<0n↓時，TM>TLTM-TL>0a點是穩(wěn)定平衡點，b點不是。2/2/2023例2-3判斷下圖b點是否是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點？注意：1.兩機械特性曲線的區(qū)別2.同時滿足二穩(wěn)定平衡條件解1.系統(tǒng)中有交叉點ｂ;2.當(dāng)ｎ↑時ＴM<ＴLTM-TL<0當(dāng)ｎ↓時ＴM＞ＴL

TM-TL>0