湖南工程学院 机电传动控制期末复习

1、机电控制技术复习 机电传动 机电传动的任务 考试题型考试题型一填空题（包括名词解释，重要概念）一填空题（包括名词解释，重要概念） 二选择二选择三判断三判断四问答四问答五五.计算题计算题绪论考试方式：开卷考试方式：开卷考试时间：考试时间：120分钟分钟第二章第二章 机电传动系统机电传动系统动力学基础动力学基础 名词概念: 静态转矩 动态转矩 拖动转矩 制动转矩 恒转矩调速 恒功率调速 机电传动系统的运动方程式) 1 . 2(dtdJTTLM 判断运动状态第二章第二章 机电传动系统机电传动系统动力学基础动力学基础第二章第二章 机电传动系统机电传动系统动力学基础动力学基础第二章第二章 机电传动系统机

2、电传动系统动力学基础动力学基础 多轴系统动力学计算 负载转矩的折算第二章第二章 机电传动系统机电传动系统 动力学基础动力学基础 多轴系统动力学计算 负载转矩的折算 转动惯量和飞轮转矩的折算第二章第二章 机电传动系统机电传动系统 动力学基础动力学基础第二章第二章 机电传动系统机电传动系统 动力学基础动力学基础第二章第二章 机电传动系统机电传动系统 动力学基础动力学基础作业作业:2.3 2.7 2.8 名词概念： 电机的可逆性，机械特性，机械特性方程，机械特性曲线，机械特性硬度，固有机械特性，人为机械特性，启动，调速，制动第第3章章 直流电机的直流电机的 工作原理及特性工作原理及特性 问答题： 直

3、流电机为什么不能直接启动？ 直流电机的启动方法？ 直流电机的调速方法？ 直流电机的制动方法？ 直流电机电动状态的特点？ 直流电机制动状态的特点？ 第第3章章 直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性 机械特性硬度： 机械特性曲线的工作范围内，某一点的转矩对该点转速的导数，即=dT/dn，它是机械特性曲线某一点斜率的导数。值越大，机械特性倾斜程度越小，能量损耗小，相对稳定性好。值大为硬特性，反之为软特性。第第3章章 直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性第第3章章 直流电机的工作原理及特性直流电机的工作原理及特性 作业： 3.3 3.4 3. 8 3.10 3.15 第4章 交

4、流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性第4章 交流电动机的工作原理及特性4.1 作业4.1 4.6 4.15第5章 控制电机5.3 直流伺服电动机第6章 继电器-接触器控制系统1.什么是 继电器-接触器控制系统?2. 继电器-接触器控制系统

5、的组成?3. 6.1 6.7题 第7章 可编程控制器原理与应用1.PLC由哪几个部分组成?各部分的作用2. PLC有哪些主要特点?3. 6.1 6.7题 PLC基本结构框图基本结构框图CPU存储器存储器通用串口通用串口扩展接口扩展接口电电 源源外部设备外部设备（编程器等）（编程器等）扩展单元、特扩展单元、特殊功能单元等殊功能单元等输入状态寄存器输入状态寄存器输出状态寄存器输出状态寄存器输入接口输入接口输出接口输出接口现场输入信号现场输入信号现场输出信号现场输出信号PLC基本结构框图基本结构框图 PLC采用循环扫描的工作方式，这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段

6、，整个过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。 PLC的循环扫描工作方式可分为5个阶段: (1)自诊断。(2)与编程器通信。(3)读入现场信号。(4)执行用户程序。(5)输出结果。2.5cm50m/min 产品检测传送带如图示，用产品检测传送带如图示，用PLC来检测产品数量。来检测产品数量。为确保不漏检，对为确保不漏检，对PLC扫描周期有何要求？扫描周期有何要求？ 产品通过检测点的时间间隔为：产品通过检测点的时间间隔为：T=0.025m/(50m/60s)=30ms, 所以，所以，PLC的扫描周期必须的扫描周期必须小于小于30ms PLC的编程元件 PLC内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些

7、器件是由电子电路和存储器组成的。 输入继电器X；输出继电器Y；定时器； 计数器；辅助继电器；特殊辅助继电器；移位寄存器；数据寄存器D；指针P/I；状态元件S等。1) 输入部分：等效输入继电器。2) 逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。3) 输出部分：等效输出继电器。X400COMX401X407Y430COMY437SBKMPLC的硬件PLC的软件 顺序功能图(SFC) 梯形图(LD) 功能块图(FBD) 指令表(IL) 结构文本(ST) Basic,C,Pascal7.4 PLC的编程和指令系统 1.输入、输出指令 输入 输出 指令X401X402T45

8、0Y430M100T450Y431K19地址 指令 数据000 LD X401001 OUT Y430002 LDI X402003 OUT M100004 OUT T450005 K 19006 LD T450007 OUT Y431LD、LDI地址码：X、Y、C、T、MOUT地址码：Y、C、T、M 逻辑解算定时器定时器X401K9T450X400Y430T450Y430X4009sY430X400(a)延时断开K25Y431T550T550X40125sY431(b)延时接通逻辑解算梯形图1）用于开关量的逻辑控制。 各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制。 2）用于闭环过程控制。 顺

9、序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术。 4）用于工业机器人控制。7.5 可编程控制器(PLC)的应用 3）PLC配合数字控制。 数字量、模拟量的数据采集。 5）用于组成多级控制系统。 步进顺控指令 按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。 顺序控制设计法又称步进顺控设计法，它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受 。 步进顺控指令STL是专为顺序控制而设计的，它使得较复杂逻辑关系的顺序控制程序简单易读。不隐含这些动作之间的任何顺序 施控系统:在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”

10、(command)如：数控装置被控系统:在某一步中要完成某些“动作”(action)如：车床初始步用双线方框表示每一个顺序功能图至少应该有一个初始步 依此方法写完 晶闸管的型号及其含义 两种命名标准 一种为CT型,一种为KP型 3(3个电极)C（N型硅材料）T（可控整流元件） d1（额定电流） /d2（额定电压） 3CT:表示普通晶闸管 d1表示额定电流 d2表示额定电压 K(晶闸管)P（普通型）d1（额定电流）-d2（额定电压等级）d3 （通态电压组别 d1小于100可不标） K :晶闸管P: 普通型 d1: d2(等级) d3:第8章 电力电子学电力电子技术 单相可控整流电路 例7-2 单

11、相半波可控整流电路,RL=10,将交流220V电源接入, =60,求输出电压平均值、电流有效值，并选用晶闸管。 解 提纲1.求平均电压Ud=74.25V, 2.有效电压U=139.6V有效电流I=13.96A 晶闸管实际承受的反向电压2220=311V,可选晶闸管额定电压500V（1.52）13.961.57=15A可选晶闸管额定电流15A第第9 9章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 9.19.1机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类 9.1.1 9.1.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成图图9.1 9.1 开环控制系统方框图开环控制系统方框图控制器控制器（

12、发电机G或晶闸管）控制对象控制对象（电动机）输出量输入量（励磁）（转速）第9章 直流传动控制系统 9.19.1机电传动控制系统的组成和机电传动控制系统的组成和分类分类 9.1.1 9.1.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成放大放大调节调节执行执行被调被调对象对象测量测量环节环节给定给定环节环节第9章 直流传动控制系统 9.19.1机电传动控制系统的组成和分机电传动控制系统的组成和分类类11.1.1 11.1.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成T闭环与开环特性的关系闭环与开环特性的关系( (n nN N 很小很小) )nABCBCTN第9章 直流传动控制系统 9.19

13、.1机电传动控制系统的组成和分机电传动控制系统的组成和分类类n9.1.1 9.1.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成调速系统性能指标静态指标：调速范围、静差度、调速平滑性动态指标：超调量、振荡次数、动态响应时间第9章 直流传动控制系统 9.19.1机电传动控制系统的组成和分机电传动控制系统的组成和分类类1 .112NTKKRRntedafaN转速降nnN Nn9.1.1 9.1.1 机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成调速的平滑性：两个相邻调速级的转速差表示。在一定调速范围内，可以得到的稳定运行调速级数越多，调速的平滑性月好。 基本内容基本内容 1.扩大调速范围扩大调速范

14、围 D的基本方法的基本方法 在调速系统中，电动机所能达到的调速范围D=nD=nmaxmax/n/nminmin，其nmax是电动机在额定负载下所允许的最高转速，而nmin是在保证生产机械对转速变化率S S(即静差度S2)的要求这一前提下所能达到的n nminmin最低转速，也就是说，调速系统的S2要小于或等于生产机械要求的 S S生生( S( S2 2 S S生生) ) ， 才 能 谈 及 调 速 范 围 。 根 据D=(nD=(nmaxmaxS S2 2)/()/(n nN N(1-S(1-S2 2)式,可知，在 n nmaxmax与S S一定时，设法减少转速降n nN N就可扩大调速范围D

15、 D，闭环控制系统(亦称反馈控制系统)能起到这个作用。第9章 直流传动系统 3 3单闭环有静差调速系统单闭环有静差调速系统 性质：性质： 在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅为开环系统转速降的为开环系统转速降的 l l( 1+K)( 1+K)倍。从而大大提高了机倍。从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度大为减小。械特性的硬度，使系统的静差度大为减小。 在给定电压一定时，闭环系统理想空载转速仅为在给定电压一定时，闭环系统理想空载转速仅为开环时的开环时的 l l( l+K)( l+K)。为了使闭环系统获得与开环系统。为了使闭环系统获得与开环系统

16、相同的理想空载转速，闭环时的绘定电压须比开环时的相同的理想空载转速，闭环时的绘定电压须比开环时的提高提高( 1+K)( 1+K)倍，倍， 在相同的最高转速和相同的低速最大允许静差度在相同的最高转速和相同的低速最大允许静差度的条件下，闭环系统的调速范围为开环系统的的条件下，闭环系统的调速范围为开环系统的( 1+K)( 1+K)倍。倍。所以提高开环放大倍数是减小闭环系统静差度、扩大调所以提高开环放大倍数是减小闭环系统静差度、扩大调速范围的有效措施。速范围的有效措施。第9章 直流传动系统 4.单闭环无静差调速系统单闭环无静差调速系统 单闭环无静差调速系统中采用比例积分单闭环无静差调速系统中采用比例积

17、分( PI)( PI)调节器，调节器，比例部分迅速反映调节作用，动态响应快，积分部分比例部分迅速反映调节作用，动态响应快，积分部分最终消除静态偏差，因此，较好地解决了系统静态与最终消除静态偏差，因此，较好地解决了系统静态与动态的矛盾得了广泛的应用。动态的矛盾得了广泛的应用。 对于反馈检测元件和给定电源误差的消除，闭环系对于反馈检测元件和给定电源误差的消除，闭环系统是无能为力的，故高精度的自动调速系统必须有高统是无能为力的，故高精度的自动调速系统必须有高精度的检测元件和给定电源作保证。精度的检测元件和给定电源作保证。 单闭环调速系统本身解决不了系统工作时冲击电流单闭环调速系统本身解决不了系统工作

18、时冲击电流大的问题，所以，还要加电流截止负反馈环节来限制大的问题，所以，还要加电流截止负反馈环节来限制过大的电流。过大的电流。第9章 直流传动系统 5.5.双闭环调速系统双闭环调速系统 就静态特性而言，电流负反馈内环对于转速环来说只就静态特性而言，电流负反馈内环对于转速环来说只相当于一个扰动作用，当转速调节器不饱和时，电流负相当于一个扰动作用，当转速调节器不饱和时，电流负反馈的扰动作用完全被转速调节器的积分作用所抵消，反馈的扰动作用完全被转速调节器的积分作用所抵消，所以，双闭环系统仍是一个无静差调速系统，且在转速所以，双闭环系统仍是一个无静差调速系统，且在转速调节器饱和、转速环失去作用、仅剩下

19、电流环起作用时，调节器饱和、转速环失去作用、仅剩下电流环起作用时，系统相当于恒流调节系统，静特性呈现出很陡的下垂段系统相当于恒流调节系统，静特性呈现出很陡的下垂段保护特性。保护特性。 就动态特性而言，在给定信号大范围增加的启动过就动态特性而言，在给定信号大范围增加的启动过程中，转速调节器饱和，系统相当于恒值电流调节系统，程中，转速调节器饱和，系统相当于恒值电流调节系统，可基本实现理想启动过程。如果扰动作用在电流环以内，可基本实现理想启动过程。如果扰动作用在电流环以内，如电网电压的波动，则电流内环能及时加以调节；如果如电网电压的波动，则电流内环能及时加以调节；如果扰动作用在电流环之外，如负载波动

20、，则靠转速环进行扰动作用在电流环之外，如负载波动，则靠转速环进行调节，此时电流环相当于电流的随动系统，电流反馈加调节，此时电流环相当于电流的随动系统，电流反馈加快了跟随作用。快了跟随作用。第9章 直流传动系统 6 6可逆直流调速系统可逆直流调速系统 可逆直流调速系统。采用逻辑控制无环可逆直流调速系统。采用逻辑控制无环流可逆电路，两组变流器反并联连接实现电流可逆电路，两组变流器反并联连接实现电动机正反转时，两组变流器交替工作。电动动机正反转时，两组变流器交替工作。电动机正转时，机正转时， I I组整流；由正转到反转的制动组整流；由正转到反转的制动过程中，过程中， IIII组逆变。电动机反转时，组

21、逆变。电动机反转时， IIII组组整流，由反转到正转的制动过程中，整流，由反转到正转的制动过程中， I I组逆组逆变。变。 第9章 直流传动系统 7 7晶体管直流脉宽调速系统晶体管直流脉宽调速系统 直流脉宽调速系统，通过改变施加在电动机直流脉宽调速系统，通过改变施加在电动机电枢两端的脉冲电压的宽度，以改变电枢电压电枢两端的脉冲电压的宽度，以改变电枢电压平均值的大小，从而实现对电动机调速。平均值的大小，从而实现对电动机调速。 晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调速系统相比，前者具有许多优点。如主电路所速系统相比，前者具有许多优点。如主电路所需功率元件少、控制线

22、路简单、低速性能好、需功率元件少、控制线路简单、低速性能好、调速范围宽、动态响应快等。所以，近年来在调速范围宽、动态响应快等。所以，近年来在中、小容量的调速系统中，它正在逐步取代晶中、小容量的调速系统中，它正在逐步取代晶闸管直流调速系统。闸管直流调速系统。第9章 直流传动系统第十一章 步进电动机传动控制系统11.1.2 小步距角电动机的应用步进电动机的特点：(1)角位移与输入脉冲个数成正比，(2)转速与输入脉冲频率成正比，(3) 转向由各相绕组通电顺序（相序）决定。 对一台确定的步进电动机而言，其步距角决定于（ ） 电源脉冲的频率 电源脉冲的幅值 电机的通电方式 电机的负载大小 从步进电动机的

23、电源脉冲分配器中送出的脉冲电压的顺序，决定了此电动机转子的（ ） 角位移的大小 角速度的大小 角加速度的大小 角位移的方向 步进电动机转角大小与脉冲电源的关系是（ ） 与电源脉冲频率成正比 与电源脉冲数成正比 与电源脉冲宽度成正比 与电源脉冲幅值成正比 第十一章 步进电动机传动控制系统11.1.2 小步距角电动机 2 .13ZKm360NZ36000 拍数齿距步距角KmNN21KKZ 拍数，状态系数转子齿数第十一章 步进电动机传动控制系统11.1.2 小步距角电动机的应用 2 .13ZKm360NZ36000 拍数齿距003403360005 .. 1/3 K=1或2

24、第十一章 步进电动机传动控制系统11.1.2 小步距角电动机的应用NfffffKmZfKmZfn/3 .136606036036060360相通电脉冲频率步进电动机转速第十一章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机 脉冲当量脉冲当量 步进电动机应用在机床上一般是通过减速器和丝杆螺母副步进电动机应用在机床上一般是通过减速器和丝杆螺母副带动工作台移动。所以，步距角带动工作台移动。所以，步距角对应工作台的移动量便对应工作台的移动量便是工作台的最小运动单位，也称脉冲当量是工作台的最小运动单位，也称脉冲当量（mm/mm/脉冲）脉冲） = 式中 t -丝杆导程（mm）； -步距角（）； i -减速

25、装置传动比。ti1360第十一章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机二、步进电动机的种类、步进电动机的种类 1. 按运动方式来分。分为旋转运动、直线运动、平面运动和滚切运动式步进电动机。 2. 按工作原理来分。 1)1)励磁式（永磁式）电机的定子转子均有绕组，靠电磁力励磁式（永磁式）电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。矩使转子转动。 2)2)反应式反应式 转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。这是我国步进电动机发展的主要类型，这是我国步进电动机发展的主要类型， 3)3)混合式混合式( (即永磁感应子式即永磁感

26、应子式) ) 它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。永磁感应式电它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。永磁感应式电机具有驱动电流小、效率高、过载能力强等优点，是一种机具有驱动电流小、效率高、过载能力强等优点，是一种很有发展前途的步进电动机很有发展前途的步进电动机 第十一章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机三、步进电动机的型号、步进电动机的型号反应式步进电动机： （如150BF003） BF 电动机外径（mm）励磁绕组相数或代号反应式步进电动机混合式步进电动机：（如42BYG008） 混合式（永磁感应式）步进电动机 励磁绕组相数或代号 BYG 电动机外径（mm）永磁式步进电动机： B

27、Y 电动机外径（mm）永磁式步进电动机励磁绕组相数或代号第十一章 步进电动机传动控制系统11.2 步进电动机的环形分配器11.2.111.2.1步进电动机的驱动步进电动机的驱动脉冲信号脉冲分 配器功率放 大器步进电 动机 步进电动机驱动系统示意图 步进电机的驱动包含脉冲分配和功率放大两部分。脉冲分配器 步进电机的脉冲分配器分为：硬件环形分配器、软件环形分配器。 特点比较： 采用硬件环分：换一种电机、换一种通电方式就需要换一种环形分配器。成本较高，但是，不需运行脉冲分配程序，节省了计算机的响应时间，系统响应快。 采用软件环分：不需要硬件环形分配器，成本低。技术水平要求高，需要编程；计算机运行时间

28、较长。第十一章 步进电动机传动控制系统11.3 步进电动机的驱动电路11.3.1 驱动电路分类驱动电路分类根据电源分：有单电压驱动电路、根据电源分：有单电压驱动电路、双电压（高低双电压（高低 压）驱动电路、调频调压驱动电路。压）驱动电路、调频调压驱动电路。根据所采用的电气元件分：有晶闸管驱动电路、根据所采用的电气元件分：有晶闸管驱动电路、晶体管晶体管驱动电路等。驱动电路等。一般按采用电源来分类。一般按采用电源来分类。第十一章 步进电动机传动控制系统11.3 步进电动机的驱动电路11.3.1 单电压限流型驱动电路单电压限流型驱动电路目的：把脉冲控制信号进行功率放大目的：把脉冲控制信号进行功率放大

29、加在加在L绕组上的电流信号比晶体管的控绕组上的电流信号比晶体管的控制脉冲信号大得多就行制脉冲信号大得多就行只有一个电源只有一个电源+U，所以叫单电压驱动，所以叫单电压驱动电路电路如果有两个如果有两个+U，叫双电压（高低压），叫双电压（高低压）驱动电路驱动电路第十一章 步进电动机传动控制系统11.3 步进电动机的驱动电路11.3.1 单电压限流型驱动电路单电压限流型驱动电路 Rr/L 时间常数在电阻R两端并联电容C，是由于电容上的电压不能突变，在绕组由截止到导通的瞬间，电源电压全部降落在绕组上，使电流上升更快，所以C又称为加速电容。二极管V在晶体管VT截止时起续流和保持作用，以防止晶体管截止瞬间

30、绕组产生的反电势造成管子击穿，串联电阻Rd使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。这种电路的特点是R上有功率损耗。为了提高快速性，需加大R的阻值，随着阻值的加大，电源电压也必须提高，功率消耗也进一步加大。这使单电压基本功放电路的使用受到了限制。这种单电压线路，因其线路简单，常被用于驱动电流较小的伺服步进电动机。第十一章 步进电动机传动控制系统11.3 步进电动机的驱动电路11.3.2 高低压切换型驱动电路高低压切换型驱动电路高电压低电压同样的电路，高低同样的电路，高低压与低电压时电流压与低电压时电流上升率谁高？上升率谁高？电路工作原电路工作原理分析：理分析：第十一章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机 例：若步进电动机的转子齿数z=40，按三相单三拍运行时，K=1，m=3 步距角