第二章-机电传动系统的动力学基础

1、第二章第二章 机电传动系统的动力学基础机电传动系统的动力学基础机电一体化系统设计机电一体化系统设计 2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式 2.2 2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 2.3 2.3 生产机械的机械特性生产机械的机械特性 2.4 2.4 机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件 2.5 2.5 机电传动系统的过渡过程机电传动系统的过渡过程内容提要内容提要M+TLM电动机电动机（M）生产机械生产机械TLTM图图2.1 单轴拖动系统单轴拖动系统0/tLMddcnTT0/tLMddcnTT静态静态（稳态）（稳态）

2、动态动态（加速或（加速或减速）减速）2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式 单轴机电传动系统的运动方程式单轴机电传动系统的运动方程式) 1 . 2(dtdJTTLM)4.2(375)3.2(602)2.2(44/2222dtdnGDTTngGDJmgGmDmJLMTM-电动机转矩电动机转矩TL-负载转矩负载转矩GD2-飞轮矩飞轮矩n-转速转速t-时间时间2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式 动态转矩动态转矩)6 . 2()5 . 2(3752dLMdTTTdtdnGDTdLMdLMdLMTTTTTTTTT0 恒速恒速（静态转矩）（静态转矩）

3、正值正值 加速（动态转矩）加速（动态转矩）负值负值 减速（动态转矩）减速（动态转矩）2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式 TM与与n同向为正向同向为正向 TL与与n相反为正向相反为正向启动时启动时制动时制动时dtdnGDTTdtdnGDTTLMLM37537522拖动矩拖动矩（TM、n同同向）向）制动矩制动矩（TM、n反向）反向）2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式 例例2-12-11.1.列出系统的运动方程式；列出系统的运动方程式；2.2.说明系统运行的状态。说明系统运行的状态。2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动

4、方程式解：dtdnGDTTdtdnGDTTdtdnGDTTLMLMLM375375375222加速运行状态加速运行状态 减速减速 减速减速拖动拖动转矩转矩制动矩制动矩拖动拖动转矩转矩制动矩制动矩 例例2-12-11.1.列出系统的运动方程式；列出系统的运动方程式；2.2.说明系统运行的状态。说明系统运行的状态。2.1 2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式2.2.1 2.2.1 负载转矩的折算负载转矩的折算依据系统传递功率不变的原则依据系统传递功率不变的原则T)7 . 2(cLLLMLLLMLLLjTTjTTTTT多轴旋转多轴旋转拖动系统拖动系统实际负载功率实际负载功率= =

5、折算后的负载功率折算后的负载功率传动效率传动效率速比速比)(/321321jjjjLMc2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算cccc12多轴直线多轴直线运动系统运动系统)9 . 2(55. 9cMLnFvT）（ 8 . 255. 9602McLMcLMLnFvTnFvTTFv（下放重物下放重物）n2.2.1 2.2.1 负载转矩的折算负载转矩的折算2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.2.22.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算转动惯量和飞轮转矩的折算 依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总依据动能守恒

6、原则，折算到电机轴上的总转动惯量为转动惯量为（旋转型）（旋转型）、式中：MMLMLLMZZZjJJJjJjJJJ1111221)10. 2(1电机轴、中间轴、负载轴电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量；上的转动惯量；电动机轴与中间传动轴之电动机轴与中间传动轴之间的速比；间的速比；2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算、MLMLMLZZj11n2.2.22.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算转动惯量和飞轮转矩的折算2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总飞轮转矩为依据动能守恒原

7、则，折算到电机轴上的总飞轮转矩为经验公式经验公式、221222212122)11. 2(LMLLMZGDGDGDjGDjGDGDGD电机轴、中间轴、生产机电机轴、中间轴、生产机械轴上的飞轮转矩。械轴上的飞轮转矩。式中式中（旋转型）（旋转型）25. 11 . 1)13. 2()12. 2(22222LLMZLLMZjGDGDGDjJJJ2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算直线运动系统直线运动系统折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为)15. 2(365)14. 2(2222212122222211MLLMZMLLM

8、ZnGvjGDjGDGDGDvmjJjJJJ)16. 2(3752dtdnGDTTMZLM多轴系统的运动方程式多轴系统的运动方程式2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算例例2-2 Z2/Z1=3，Z4/Z3=5，22222423222214 .4708 .450294196494 .784 .2992. 0mNTGDGDmNGDGDGDmNGDLLMc2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.2 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.2 2.2 负载转矩、转动惯

9、量和飞轮转矩的折算负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算2.3 2.3 机电传动系统的负载特性机电传动系统的负载特性 2.3.2 2.3.2 离心式通风机型机械特性离心式通风机型机械特性 2.3.3 2.3.3 直线型机械特性直线型机械特性 2.3.4 2.3.4 恒功率型机械特性恒功率型机械特性离心式通风机离心式通风机型机械特性型机械特性Tn0 T020CnTTLTn0直线型机械特性直线型机械特性CnTL恒功率型机械特性恒功率型机械特性Tn0nKTL/2.3 2.3 机电传动系统的负载特性机电传动系统的负载特性2.4 2.4 机电传动系统的稳定运行条件机电传动系统的稳定运行条件稳定运行稳定运行包

10、含两重含义：包含两重含义：1 1）系统应能以一定的速度）系统应能以一定的速度匀速运转匀速运转；2 2）系统受某种外部干扰作用（如电压波动、）系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负载转矩波动等）而使运行速度稍有变化负载转矩波动等）而使运行速度稍有变化时，应保证系统在时，应保证系统在干扰消除后能恢复到原干扰消除后能恢复到原来的运行速度来的运行速度。2.4 2.4 机电传动系统的稳定运行条件机电传动系统的稳定运行条件TmaxSm系统稳定运行的必要充分系统稳定运行的必要充分条件条件（1 1）两机械特性有交叉点两机械特性有交叉点（2 2）在平衡点处有一速度在平衡点处有一速度 n时，TMTL TM-TLT

11、L TM-TL0a点是稳定平衡点，点是稳定平衡点，b点不点不 是是。2.4 2.4 机电传动系统的稳定运行条件机电传动系统的稳定运行条件 例例2-3 判断下图判断下图b点是否是系统的稳定平衡点？点是否是系统的稳定平衡点？2.4 2.4 机电传动系统的稳定运行条件机电传动系统的稳定运行条件 例例2-3 判断下图判断下图b点是否是系统的稳定平衡点？点是否是系统的稳定平衡点？ 解解 系统中有交叉点，系统中有交叉点， 当时ML TM-TL0 b点是平衡稳定点点是平衡稳定点注意注意：1.1.两机械特性曲两机械特性曲线的区别；线的区别； 2.2.同时满足二稳同时满足二稳定平衡条件。定平衡条件。 2.4 2

12、.4 机电传动系统的稳定运行条件机电传动系统的稳定运行条件2.5 2.5 机电传动系统的过渡过程机电传动系统的过渡过程 机电传动系统过渡过程机电传动系统过渡过程 由一个稳态向另一个稳态过渡由一个稳态向另一个稳态过渡的过程（的过程（动态过程动态过程启动、制动、反转和调速）启动、制动、反转和调速） 外因外因 系统转矩平衡关系被系统转矩平衡关系被破坏破坏 内因内因 贮能的贮能的惯性惯性元件（机械惯性、电磁惯性和热惯性）元件（机械惯性、电磁惯性和热惯性） 实际意义实际意义 满足生产的需要，必须研究转速、转矩、电流满足生产的需要，必须研究转速、转矩、电流对对时间时间的变化规律才能正确地选择机电传动装置、

13、控制电的变化规律才能正确地选择机电传动装置、控制电路等路等2.5.1 2.5.1 研究机电传动系统过渡过程的实际意义研究机电传动系统过渡过程的实际意义2.5.2 2.5.2 加快过渡过程的方法：加快过渡过程的方法： 减少系统的飞轮矩减少系统的飞轮矩GDGD2 2（采用细长圆柱形转子）（采用细长圆柱形转子） 增加动态转矩增加动态转矩T Td d 采用多极电动机（极对数采用多极电动机（极对数p p多的）多的） 减少回路电阻减少回路电阻R Ra a（减少功率放大器内阻）（减少功率放大器内阻） 选用机械特性硬度大的电动机选用机械特性硬度大的电动机 选用力矩惯量比大的电动机选用力矩惯量比大的电动机2.5

14、 2.5 机电传动系统的过渡过程机电传动系统的过渡过程基本要求基本要求1. 1. 掌握机电传动系统的运行方程式，并学会用它掌握机电传动系统的运行方程式，并学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态；来分析与判别机电传动系统的运行状态；2. 2. 掌握在多轴拖动系统，列出系统的运动方程式掌握在多轴拖动系统，列出系统的运动方程式，必须将转矩等进行折算，掌握其折算的基本，必须将转矩等进行折算，掌握其折算的基本原则和方法；原则和方法；3. 3. 了解几种典型生产机械的机械特性了解几种典型生产机械的机械特性 ；4. 4. 掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用掌握机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。它来分析与判别系统的稳定平衡点。)(LTfn 2.6 2.6 小结小结 重点与难点重点与难点 重点重点1.1.运用运动方程式分别判别机电传动系统的运用运动方程式分别判别机电传动系统的运行状态。运行状态。2.2.运用稳定运行的条件来判别机电传动系统运用稳定运行的条件来判