机电系统设计第六章

1、14270D第6章机电一体化系统控制6.1顺序控制6.2时间控制6.3速度控制6.4轨迹控制14270D6.1顺序控制6.1.1实现顺序控制的程序形式和工作方式6.1.2顺序控制的实现14270D6.1.1实现顺序控制的程序形式和工作方式图6-1继电器逻辑控制系统与PLC控制系统比较a)继电器逻辑控制系统b)PLC控制系统14270D6.1.1实现顺序控制的程序形式和工作方式图6-2继电器逻辑控制简图14270D6.1.1实现顺序控制的程序形式和工作方式图6-3PLC控制简图14270D6.1.1实现顺序控制的程序形式和工作方式图6-4顺序起动逆序停车的控制电路14270D6.1.2顺序控制的

2、实现1.继电器逻辑控制实现顺序控制2.PLC实现顺序控制14270D1.继电器逻辑控制实现顺序控制图6-5动力头控制系统时序图14270D2.PLC实现顺序控制图6-7动力头控制系统的顺序功能图和梯形图14270D2.PLC实现顺序控制图6-8具有记忆功能的电路14270D6.2时间控制6.2.1时间继电器6.2.2FX2系列PLC中的定时器6.2.3时间继电器控制线路6.2.4(FX2系列)PLC定时指令及编程方法时间控制 时间继电器也称为延时继电器，是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。空气阻尼式电动式晶体管式直流电磁式按结构分按延时方式分通电延时型:断电延时型:通电延时动作，断电立

3、即复位通电立即动作，断电延时复位通电延时型空气式时间继电器释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理时间继电器线圈通电后瞬时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理延时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出

4、气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1断电后立刻复位恢复弹簧调节螺钉1结构及工作原理释放弹簧橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈恢复弹簧调节螺钉微动开关微动开关断电延时时间继电器活塞释放弹簧杠杆动铁心静铁心线圈进气孔出气孔调节螺钉瞬时动作的触点断电延时时间继电器通电后延时动作的触点橡皮膜活塞释放弹簧杠杆静铁心进气孔出气孔调节螺钉断电后开始延时线圈微动开关微动开关橡皮膜活塞释放弹簧杠杆静铁心进气孔出气孔调节螺钉断电后开始延时线圈微动开关微动开关橡皮膜活塞释放弹簧杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈恢复弹

5、簧调节螺钉微动开关断电后开始延时延时触点归位橡皮膜活塞2、符号KT线圈KT延时闭合的常开触头KT延时打开的常闭触头常开KTKT常闭断电延时型时间继电器的符号线圈KT延时闭合的常闭触头KT延时打开的常开触头KT通电延时型时间继电器符号时间控制线路1、通电延时型控制线路SB2KA+ KT+ tKM+2、断电延时型控制线路SB2KA+KT+ KM+SB1KA KT t KM14270D6.3速度控制6.3.1直流伺服系统的调速6.3.2交流伺服电动机的调速14270D6.3.1直流伺服系统的调速1.直流伺服电动机的类型2.直流伺服电动机的调速3.直流速度控制单元调速控制方式直流电机及调速系统 从图中

6、可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转即图中S的方向。直流电机工作原理 随着转子的转动，线圈边位置互换，这时要使转子连续转动则应使线圈边中的电流方向也加以改变要进行换向。由于换向器与静止电刷的相互配合作用，线圈不论转到何处，B刷h始终与运动

7、到N极下的线圈边相接触，而电极A始终与运动到S极下的线圈边相接触这就保证了电流总是经电刷经N极下导体流入，再沿S极导体经电刷B流出。因而电磁力和电磁转矩的方向始终保持不变，使电机沿逆时针方向连续转动。 直流电机工作原理电磁式直流电机的种类电磁式直流电机的种类永磁式直流伺服电机结构直流伺服电机构成直流伺服电机的电源特点直流伺服电机的类型直流电机的基本方程_1静态方程静态方程是指电机稳态下的机械平衡方程，电压平衡方程。Ia直流电机的基本方程_1动态方程过渡状态 停止/启动、加速、减速、加载、减载I直流电机的基本方程_1动态方程过渡状态 停止/启动、加速、减速、加载、减载I(t)直流电机的基本方程_

8、2电流直流电机的调速原理电压调速直流电机的速度控制原理_1机械特性方程的推导Ia直流电机的基本特性_1理想转速转速降IaK值的大小反映了什么？KM 也被称为转速降n，其物理意义是负栽对转速的影响机械特性曲线直流伺服电机的基本特性_2启动电压启动电压的物理意义？启动特性曲线电机调速基本概念恒功率调速nMnP电机调速基本概念恒转矩调速nMnP电机调速基本概念调速范围额定转速在额定电压，额定负载条件下（电机铭牌上所给出的数据）电机调速基本概念调速范围静差度额定转速在额定电压，额定负载条件下（电机铭牌上所给出的数据）电机调速基本概念调速范围静差度由静差度许可值求调速范围额定转速在额定电压，额定负载条件

9、下（电机铭牌上所给出的数据）直流电机的基本特性_1理想转速转速降IaIa普通直流电机的铭牌数据额定工作转速额定工作转矩额定工作电压额定工作电流电机线圈直流内阻电机调速基本概念直流电机调速的基本概念：什么是恒转距调速？什么是恒功率调速？什么是动态平衡方程？什么是静态平衡方程？这两类方程的应用场合。理想转速转速降Ia直流电机的控制方法单片机工业PC可编程控制器机床在加工过程中、需要按不同的加工要求，调整主轴的转速、进给速度。为保证工件表面质量和精度求调速系统调速稳定能迅速消除扰动(主要是负载和电枢电压波动)而引起的转速波动。要求系统具有足够的动态稳定性和快速性，使起动、制动、调速过程平稳迅速。电机

10、调速系统的作用直流电机调速系统开环调速系统电机调速系统的基本结构_1控制驱动电机机械速度控制直流电机调速系统速度负反馈闭环调速系统（半闭环）电机调速系统的基本结构_2控制驱动电机机械测量速度控制直流伺服电机调速驱动单元结构实例速度指令测速电机速度单元电机直流伺服电机调速驱动单元结构实例速度环速度指令测速电机电机直流伺服电机调速驱动单元结构实例电流环速度环电压脉冲变换速度指令测速电机电机直流伺服电机调速驱动单元结构实例电流环速度环电压脉冲变换速度指令测速电机电机14270D6.3.2交流伺服电动机的调速图6-21永磁交流伺服电动机结构1定子2转子3定子三相绕组4编码器5出线盒14270D2.进给

11、系统中交流伺服电动机的调速方法由于新型大功率电力电子器件、新型变频技术的发展，以及现代控制理论、微机的数字控制技术等在实际应用中取得的重要进展，促进了交流伺服驱动技术的发展，使得交流伺服驱动逐渐替代直流伺服驱动。14270D3.PWM型变频器图6-22单相逆变电路a)桥式电路b)交流波波图14270D3.PWM型变频器图6-23双极性SPWM通用型主回路(三相逆变电路)14270D3.PWM型变频器图6-24调制波形式14270D6.4轨迹控制6.4.1脉冲增量插补原理6.4.2数据采样插补原理14270D6.4.1脉冲增量插补原理1.逐点比较法直线插补2.逐点比较法圆弧插补3.象限与坐标变换4.逐点比较法的终点判别14270D1.逐点比较法直线插补图6-25直线插补过程14270D表6-3逐点比较法直线插补运算举例表6-3逐点比较法直线插补运算举例14270D2.逐点比较法圆弧插补图6-26圆弧插补过程14270D表6-4逐点比较法圆弧插补运算举例表6-4逐点比较法圆弧插补运算举例14270D3.象限与坐标变换图6-28直线和圆弧不同象限的走向14270D4.逐点比较法的终点判别逐点比较法除能插补直线和圆弧之外，