机电传动控制(第1、2章)

1、机机 电电 传传 动动 控控 制制沈阳理工大学机械学院沈阳理工大学机械学院主讲：任晓虹主讲：任晓虹第一章第一章 概概 述述11 机电传动控制的目的与任务机电传动控制的目的与任务 一、机电传动系统的定义一、机电传动系统的定义 机电传动是以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。机电传动是以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。 机电传动系统包括：机电传动系统包括： 1. 拖动生产机械的电动机拖动生产机械的电动机 2. 控制电动机的控制系统控制电动机的控制系统 二、机电系统的组成二、机电系统的组成 机电系统完成生机电系统完成生产任务的基础产任务的基础驱动运动部件的原动机驱动运动部件的原动机（这里

2、指的是各种电动机）（这里指的是各种电动机）之总称之总称控制电动机的系统控制电动机的系统 驱动生产机械的电动驱动生产机械的电动机和控制电动机的一机和控制电动机的一整套电气系统整套电气系统三、机电传动控制的目的三、机电传动控制的目的 将电能转换为机械能；将电能转换为机械能； 实现生产机械的启动、停止以及速度的调节；实现生产机械的启动、停止以及速度的调节； 完成各种生产工艺过程的要求；完成各种生产工艺过程的要求； 保证生产过程的正常进行。保证生产过程的正常进行。四、机电传动控制的任务四、机电传动控制的任务 从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产

3、设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现线、车间乃至整个工厂都实现自动化自动化。 从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数数量的增加量的增加（效率）、（效率）、质量的提高质量的提高（精度）、（精度）、生产成本的降低生产成本的降低、工人工人劳动条件的改善劳动条件的改善以及以及能量的合理利用能量的合理利用等。等。 1.2 机电传动控制的发展机电传动控制的发展一、机电传动的发展一、机电传动的发展 成组拖动：成组拖动：一台电机拖动多台设备一台电机拖动多台设备 单电机拖动：单电机拖动：一台电机拖动一台设备一台电机拖动一台设备 多电机拖动：多电

4、机拖动：多台电机拖动一台设备多台电机拖动一台设备二机电传动控制系统的发展二机电传动控制系统的发展 1继电器继电器接触器控制接触器控制:开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 2电机放大机控制：电机放大机控制：模拟量的闭环连续控制模拟量的闭环连续控制 3大功率晶体管和晶闸管控制大功率晶体管和晶闸管控制：特性好、反应快、高可靠、特性好、反应快、高可靠、体积小、重量轻体积小、重量轻 4计算机数字控制（计算机数字控制（CNC）：）：晶闸管（电力电子技术）、晶闸管（电力电子技术）、微电子技术、计算机有机结合微电子技术、计算机有机结合第二章第二章 机电传动系统的运动学基础机电传动系统的运动学基础单轴机电传动系统

5、的运动方程式；单轴机电传动系统的运动方程式；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法；多轴传动系统中转矩折算的基本原则和方法； 了解几种典型生产机械的负载特性；了解几种典型生产机械的负载特性； 了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际了解机电传动系统稳定运行的条件以及学会分析实际系统的稳定性。系统的稳定性。 2.1 单轴拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式 一、单轴拖动系统的组成一、单轴拖动系统的组成 电动机电动机电动机的驱动对象电动机的驱动对象联轴器联轴器系统结构图系统结构图转距方向转距方向 二、运动方程式二、运动方程式 tJTTddL运动方程式运动方程式dLTTT 转矩平衡方程

6、式转矩平衡方程式 srmNNmLNmtdndGDTTmin/23752三、传动系统的状态三、传动系统的状态:. 1L时）稳态（TT 0ddd tJT ，为常数，传动系统以恒速运动。为常数，传动系统以恒速运动。 T =TL时时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。 时）：动态（L. 2TT 时：LTT 0ddd tJT 传动系统加速运动。传动系统加速运动。时：LTT ,0ddd tJT 传动系统减速运动。传动系统减速运动。 T TL 时时传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。四、四、T、TL

7、、n的参考方向的参考方向 以以n （或（或 ）的转动方向为参考来确定转矩的正负。）的转动方向为参考来确定转矩的正负。 当当T的方向与的方向与n同向同向时时，符号与符号与n相同；相同；T为为 拖动转矩拖动转矩 1. T的符号与性质的符号与性质 当当T的方向与的方向与n反向反向时时，符号与符号与n相反；相反；T为制动转矩为制动转矩 拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。 2. TL的符号与性质的符号与性质 当当TL的方向与的方向与n同向同向时时，符号与符号与n相反；相反；TL为为 拖动转矩拖动转矩 当当TL的方向与的方向与n反向反向时时，符号与符号与n相同；相同；

8、TL为制动转矩为制动转矩例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。例：如图所示电动机拖动重物上升和下降。 设重物上升时速度设重物上升时速度n的符号为正，下降时的符号为正，下降时n的符号为负。的符号为负。 22 多轴拖动系统的简化多轴拖动系统的简化 一、多轴拖动系统的组成一、多轴拖动系统的组成 二、负载转矩的折算二、负载转矩的折算 -按功率守恒的原则按功率守恒的原则 1.对旋转运动：对旋转运动：jTTTcLMcLLL 2.对直线运动（上升）：对直线运动（上升）： 3.对直线运动（下降）：对直线运动（下降）： min/c/L55. 9rsmNnvFT min/L55. 9rsmNcnvFT23 生产机

9、械的机械特性生产机械的机械特性 在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性一、恒转矩型机械特性 恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。恒转矩型机械特性根据其特点可分为反抗转矩和位能转矩两种。分别如图所示：分别如图所示：1反抗转矩反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：又称摩擦性转矩，其特点如下：恒与恒与n反向。反向。转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；2位能转矩位能转矩 , 其特点为：其特点为：转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；方向不变方向不变二、离心式通风型机械特

10、性二、离心式通风型机械特性 2LCnT 其中：其中：C为常数。为常数。三、直线型机械特性三、直线型机械特性 CnT L其中：其中：C为常数。为常数。 恒功率型机械特性的负载转矩恒功率型机械特性的负载转矩TL的大小与速度的大小与速度n的大小成反比，的大小成反比，即即 nCT L其中：其中：C为常数为常数四、恒功率型机械特性四、恒功率型机械特性 2.4 机电系统稳定运行的条件机电系统稳定运行的条件 一、机电系统稳定运行的含义一、机电系统稳定运行的含义 1. 系统应能以一定速度匀速运行；系统应能以一定速度匀速运行； 2. 系统受某种外部干扰（如电压波动、负载转矩波动等）使运系统受某种外部干扰（如电压

11、波动、负载转矩波动等）使运行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行行速度发生变化时，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。速度。 二、机电系统稳定运行的条件二、机电系统稳定运行的条件n=f(T)和和n=f(TL)必须有交点，交点被称为必须有交点，交点被称为平衡点平衡点。 2. 充分条件充分条件 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：当干扰使速度上升时，有当干扰使速度上升时，有 TTL 。这是稳定运行的充分条件。这是稳定运行的充分条件。 符合稳定运行条件的平衡点称为符合稳定运行条件的平衡点称为稳定稳定平衡点。

12、平衡点。 1. 必要条件必要条件 电动机的输出转矩电动机的输出转矩T和负载转矩和负载转矩TL大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。 分析举例分析举例1异步电动机异步电动机的机械特性的机械特性生产机械生产机械的机械特的机械特性性交点交点a 分析举例分析举例2，曲线，曲线1为异步电动机的机械特性，曲线为异步电动机的机械特性，曲线2为异步电为异步电动机拖动的生产机械的机械特性。动机拖动的生产机械的机械特性。异步电动机异步电动机的机械特性的机械特性生产机械的生产机械的机械特性机械特性TLTLn 2.3 试列出以下几种情况下试列出以下几种情况下(见题图见题图2.3)系统的运动方程式，并针系统的运动方程

13、式，并针对各系统说明：对各系统说明：1） TM、TL的性质和符号并代入运动方程的性质和符号并代入运动方程2） 运动状态是加速、减速还是匀速？运动状态是加速、减速还是匀速？ 2.6 如图如图2.3(a)所示，电动机轴上的转动惯量所示，电动机轴上的转动惯量TM=2.5kgm2，转速，转速nM900rmin；中间传动轴的转动惯量；中间传动轴的转动惯量J1=2kgm2，转速，转速n1300rmin；生产机械轴的转动惯量；生产机械轴的转动惯量JL16kgm2，转速，转速nL=60rmin。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。试求折算到电动机轴上的等效转动惯量。 2.7 如图所示，电动机转速如图所示，电动机转速nM950rmin，齿轮减速箱的传动，齿轮减速箱的传动比比j1= j2=4，卷简直径，卷简直径D=0.24m， 滑轮的减速比滑轮的减速比j3=2，起重负荷力，起重负荷力F=100N，电动机的飞轮转矩，电动机的飞轮转矩GDM2=1.05Nm2，齿轮、滑轮和卷筒，齿轮、