第1-2章機電傳動控制

1、機電傳動控制第1章 概述 機電傳動的目的和任務(wù)； 機電傳動的發(fā)展概況; 電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況; 機電傳動控制課程的性質(zhì)和任務(wù).1.1 機電傳動的目的和任務(wù)傳動運動的傳遞（能量），其分類（按機械動能傳遞方法）（1）機械傳動：傳遞力或力矩（機械能）a.齒輪b.杠桿如：自行車驅(qū)動力、鏈傳動c.皮帶d.機構(gòu)等剎車、連桿機構(gòu)（2）流體傳動 a.液壓與氣動（壓力能）b.液力傳動（流體動能）（3）機電傳動(電力拖動)（4）另外還有其它的傳動方式。注：有時，在一個生產(chǎn)機械中由幾種傳動形式聯(lián)合工作。1.1 機電傳動的目的和任務(wù)2. 機電傳動（本課程研究的內(nèi)容）以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的傳動系統(tǒng)服務(wù)對象：各

2、種生產(chǎn)機械電能 機械能電動機生產(chǎn)機械它是一種由電能轉(zhuǎn)變成機械能的傳動系統(tǒng)，所以有時也稱為電力傳動或電力拖動1.1 機電傳動的目的和任務(wù)3. 機電傳動控制目前：由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)機械的自動化程度和生產(chǎn)精度不斷提高，所以要求機電傳動系統(tǒng)不僅完成能量轉(zhuǎn)換的工作還要對傳動過程進行控制。本課程所研究的就是這二部分內(nèi)容。傳動及控制。所以課程名稱叫機電傳動控制1.1 機電傳動的目的和任務(wù)4. 機電傳動控制的任務(wù)控制 電動機 驅(qū)動生產(chǎn)機械設(shè)備，實現(xiàn)具體的工作要求。舉例：天車的吊起、制動、機床切削過程、電梯平穩(wěn)升降及定位、軋機的換向等。1.2 機電傳動發(fā)展的概況1) 成組拖動 一臺電動機-一根天軸-一

3、組生產(chǎn)機械設(shè)備 機構(gòu)復(fù)雜,損耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 單臺電動機拖動 一臺電動機-一臺設(shè)備 當生產(chǎn)機械設(shè)備運動部件較多時,機構(gòu)仍復(fù)雜,滿足不了生產(chǎn)工藝要求. 3) 多臺電動機拖動 一臺專門的電動機-同一臺設(shè)備的每一個運動部件 機構(gòu)簡單,控制靈活,便于生產(chǎn)機械的自動化. 舉例:龍門刨床的刨臺,左垂直刀架,右垂直刀架,側(cè)刀架,橫梁,夾緊機構(gòu),都是分別由一臺電動機拖動的. 1.3 電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況1) 繼電器-接觸器控制系統(tǒng) 能對控制對象實現(xiàn)起動,制動,有級調(diào)速控制; 結(jié)構(gòu)簡單,動作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 連續(xù)控制方式和自動控制系統(tǒng) 20世紀30年代的電機放大機控制,4

4、0-50年代的磁放大器控制和水銀整流器控制,1958年以后的晶閘管-直流電動機無級調(diào)速系統(tǒng),80年代以來的新型電力電子元件-交流電動機無級調(diào)速系統(tǒng); 控制簡單,可靠性高,連續(xù)控制,拖動性能好.1.3電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況3) 可編程序控制器(PLC) 是繼電器常規(guī)控制技術(shù)與微機技術(shù)的結(jié)合,是一臺按開關(guān)量輸入的工業(yè)控制專用計算機; 具有邏輯運算功能,定時/計數(shù)功能,數(shù)字運算功能,通信功能. 4) 計算機數(shù)字控制系統(tǒng) 1952年美國出現(xiàn)第一臺數(shù)控銑床,1958年出現(xiàn)加工中心,20世紀70年代CNC應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心,80年代出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)(FNS); 提高了生產(chǎn)機械的通用性和效率,實現(xiàn)機

5、械加工全盤自動化.1.4 機電傳動控制課程的性質(zhì)和任務(wù)1) 課程性質(zhì) 該課程是機械類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,是機電一體化人才所需電知識的驅(qū)體.它將電機,電器,繼電器-接觸器控制,PLC,電力電子技術(shù),自動調(diào)速系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起. 2) 課程內(nèi)容 全書13章,分為5個單元: (1)機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)和過渡過程; (2)電機及繼電器-接觸器控制系統(tǒng); (3)可編程序控制器; (4)電力電子技術(shù)的基本知識; (5)自動調(diào)速系統(tǒng).掌握繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的工作原理和元件選擇, 掌握PLC的編程方法與應(yīng)用, 掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理與性能及其應(yīng)用場所. 了解電力拖動的一般知識, 了解最新

6、電氣控制技術(shù)在生產(chǎn)機械上的應(yīng)用. 3) 課程學(xué)習任務(wù)教學(xué)方式：講授+提問+討論+自學(xué)注意本課程的學(xué)習方法:認真聽課，做好筆記。積極參與課堂討論。及時復(fù)習總結(jié)?？己朔绞剑浩谀┛荚?70%)+平時成績(30%) 考勤： 25%（曠課每次5，遲到2，3次曠課以0分記載）作業(yè)： 25%（一次未交5，作業(yè)按A,B,C,D記錄）課堂紀律： 25%分(提問和其他活動,表現(xiàn)優(yōu)異獎勵0參考書目: 1.齊占慶主編.機床電氣控制技術(shù)(第三版).北京:機械工業(yè)出版社.2004年6月. 2.陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)(第三版).北京:機械工業(yè)出版社.2003年8月. 3.程憲平主編.機電傳動與控制(第二版).武漢

7、:華中科技大學(xué)出版社.2003年9月. 4.魏炳貴主編.電力拖動基礎(chǔ).北京:機械工業(yè)出版社.2000年8月.第2章 機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,用它來分析機電傳動系統(tǒng)的運動狀態(tài); 了解多軸拖動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法; 了解幾種典型生產(chǎn)機械的機械特性; 掌握機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件.2.1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式1.單軸機電傳動系統(tǒng)運動方程式: 定義式工程計算式在上述兩個式子中: TM-電動機轉(zhuǎn)矩; TL-負載轉(zhuǎn)矩; J-轉(zhuǎn)動慣量; GD2-飛輪轉(zhuǎn)矩,且J=1/4(GD2); n-轉(zhuǎn)速; -角速度.討論.在上式中: 1)當TM=TL時,n為常數(shù).d

8、n/dt=0,狀態(tài)為恒速;稱之為穩(wěn)態(tài)或靜態(tài). 2)當TMTL時,n為變數(shù),dn/dt 0,狀態(tài)為加速或減速;稱之為動態(tài).2.系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩Td討論: 1)當Td=0時,系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài); 2)當Td0時,系統(tǒng)為動態(tài): (1) Td0,dn/dt=a0, 系統(tǒng)加速; (2) Td0,dn/dt=a0, 系統(tǒng)減速. 因此,TM,TL有大小,有方向. 則工程計算式可寫為: TM-TL= Td 令系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩:3.TM,TL的正方向及性質(zhì) 以轉(zhuǎn)速n為參考量 (先定下n的正方向); 規(guī)定: 與n方向相同的TM為正,與n方向相反的TL為正; 與n方向相反的TM為負,與n方向相同的TL為負.舉例 例1:列出下圖系統(tǒng)

9、的運動方程式,并說明運動狀態(tài).nTMTLnTMTL 解:TM與n反向為負,TL與n反向為正,運動方程如下式;狀態(tài)為減速. 舉例例2:提升重物過程如左圖示,寫出運動方程式.解:(a)中,提升重物,TM為正,TL為正,運動方程式為: (b)中,仍為提升重物,但TM為負,TL為正,運動方程式為:思考題:試分析圖(a)和圖(b)系統(tǒng)的運動狀態(tài).2.3 生產(chǎn)機械的機械特性機械特性： 生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)軸（電機軸）上的負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。分為以下幾種：1.恒轉(zhuǎn)矩特性 1)特點:負載轉(zhuǎn)矩為常數(shù); 2)分類:反抗轉(zhuǎn)矩, 位移轉(zhuǎn)矩. 舉例:設(shè)備的提升機構(gòu), 提升機的行走機構(gòu), 皮帶運輸機, 機床進給運動.2.

10、恒功率特性 特點:負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比, 功率基本不變. 舉例:球磨機, 碎石機, 機床的主運動.3.通風機特性 特點:負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平 方成正比. 舉例:水泵, 通風機. 風機,水泵電動機的容量占工業(yè)用戶總用電量的70%.2.4 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件1.機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件: 1) 和 兩條特性曲線有交點,該交點稱之為系統(tǒng)的平衡點.2)當轉(zhuǎn)速大于平衡點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時,有: TM1 n a ，TM TL ，即n(干擾)，消除后TM - TL 0，減速 n TL ，即n(干擾)，消除后TM - TL 0，加速nnnanaaa例如：異步電動機拖動直流他勵發(fā)電機的工作狀態(tài)。b點是穩(wěn)定平衡點。（ n n b ，TM TL ； n TL）nn=f(TM)n=f(TL)n0異步電動機拖動直流他勵發(fā)電機工作時的特性2.穩(wěn)定工作點判別當有外加干擾使n變化時，干擾消除后n應(yīng)能自行恢復(fù)到原狀態(tài)。這件條件的判斷原則是:當nTmTL穩(wěn)定運行判別舉例例1, 試判別右圖所示三相異步電動機特性曲線與恒轉(zhuǎn)矩負載特性曲線組成系