大學(xué)精品課件：機(jī)電傳動(dòng)第一章1

1、自我介紹,姓名：黎勉 職稱:高級(jí)工程師(機(jī)電專業(yè)) 技術(shù)專長(zhǎng)：機(jī)、液、電、計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用，擅長(zhǎng)方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)成果：（略） 其中兩項(xiàng)科研成果獲省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng) 取得實(shí)用新型專利30多項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng) 聯(lián)系電話： 公共郵箱： 郵箱密碼,機(jī)電傳動(dòng)控制,考試課、專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課,主要參考教材機(jī)電傳動(dòng)控制（第五版）馮清秀、鄧星鐘主編華中科技大學(xué)出版社,機(jī)電傳動(dòng)控制概述,機(jī)電傳動(dòng)控制”課程是機(jī)械電子工程專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是機(jī)電一體化人才所需電知識(shí)結(jié)構(gòu)的驅(qū)體。對(duì)我們測(cè)控專業(yè)來說也是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程?，F(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)使得電力傳動(dòng)控制裝置和機(jī)械設(shè)備形成一個(gè)不可分割的整體，如

2、大家熟悉家電產(chǎn)品，洗衣機(jī)、VCD、電腦的軟、硬驅(qū)、打印機(jī)、掃描儀、汽車等，工業(yè)產(chǎn)品那就更不用說了，如：數(shù)控機(jī)床、加工中心、自動(dòng)化生產(chǎn)線、立體倉(cāng)庫(kù)等,本課程與測(cè)控專業(yè)的關(guān)系,顧名思義，測(cè)控就是檢測(cè)與控制，前述的應(yīng)用全部離不開檢測(cè)與控制，我們專業(yè)的就業(yè)的主要方向，是品質(zhì)工程師，即產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)工程師，和機(jī)電工程師。面對(duì)的被測(cè)對(duì)象和檢測(cè)設(shè)備大量的是機(jī)電產(chǎn)品,對(duì)大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品還要自己設(shè)計(jì)專門的自動(dòng)檢測(cè)裝置，如果你對(duì)機(jī)電傳動(dòng)原理不熟悉、就不知道怎樣選購(gòu)相應(yīng)的儀器設(shè)備，怎么設(shè)計(jì)相應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)裝置。 所以本課程對(duì)我們專業(yè)、以及你們將來找工作，可以用四個(gè)字來形容“至關(guān)重要,個(gè)人機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu),檢測(cè) （傳感器課

3、程,控制 （微機(jī)原理等課程,驅(qū)動(dòng) （本課程,關(guān)節(jié)臂式測(cè)量?jī)x,伺服電機(jī),聯(lián)軸器,工件,下模板,氣缸固定板,電機(jī)固定板,扭轉(zhuǎn)銷,上模板,氣缸組件,自動(dòng)纏膠帶機(jī),本課程的任務(wù),l 了解最新控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,l 了解機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)的一般知識(shí),l 掌握常用交、直流電機(jī)的工作原理、特性和選用方法,l 掌握繼電器、接觸器、晶閘管的工作原理、特性和選用方法,l 掌握常用的控制系統(tǒng)工作原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合,本書的編寫意圖與指導(dǎo)思想,在編寫時(shí)著重考慮了以下幾個(gè)辯證關(guān)系的處理,5）掌握與了解對(duì)現(xiàn)有正在廣泛應(yīng)用的知識(shí)要掌握，對(duì)現(xiàn)已出現(xiàn)并開始應(yīng)用的新技術(shù)要了解,1）原理與應(yīng)用兩者并重，注意理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)

4、合,2）元件與系統(tǒng)兩者緊密結(jié)合，但元件著重外部特性，為在系統(tǒng)中應(yīng)用服務(wù),3）定性與定量重在定性，但建立必要的數(shù)量概念,4）保舊與建新既要保舊，以反映我國(guó)機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)的現(xiàn)狀；又要建新，以適應(yīng)當(dāng)前機(jī)電傳動(dòng)控制新技術(shù)發(fā)展的需要,第一章 概述,上述是機(jī)電傳動(dòng)的具體目的，其更一般的目的是：提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度、提高效率、擴(kuò)大工藝范圍、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 （如洗衣機(jī),11 機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù),一、機(jī)電傳動(dòng)的涵義（又稱電力傳動(dòng)或電力拖動(dòng)）就是指以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱,二、機(jī)電傳動(dòng)的目的 將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止以及速度調(diào)節(jié)，完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的

5、正常進(jìn)行,在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的要求，機(jī)電傳動(dòng)不僅包括拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)，而且包含控制電動(dòng)機(jī)的一整套控制系統(tǒng)，兩者緊密地聯(lián)系在一起。因此,現(xiàn)在講機(jī)電傳動(dòng)實(shí)際上講的是 “機(jī)電傳動(dòng)控制,三、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù),狹義專指控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、改善工人勞動(dòng)條件，節(jié)約能源,廣義使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間、甚至整個(gè)工廠都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,很大的調(diào)速范圍：如重型鏜床為保證加工精度和控制粗糙度，要求在極慢的穩(wěn)速下進(jìn)給，同時(shí)為提高生產(chǎn)率，非加工過程需要很高速的移動(dòng)。因此要求在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速,隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)提出了愈來愈高的要求,高精度

6、的要求：例如，一些精密機(jī)床要求加工精度達(dá)百分之幾毫米，甚至幾微米,多設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)：對(duì)于自動(dòng)生產(chǎn)線，則要求各臺(tái)設(shè)備或同一臺(tái)設(shè)備各分部的轉(zhuǎn)速保持一定的比例關(guān)系進(jìn)行，上述要求都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的。如造紙、拉絲等,滿足頻繁啟、停：如電子元件的自動(dòng)插件、數(shù)控工作臺(tái)的移動(dòng)等操作頻繁，要求在不到一秒的時(shí)間內(nèi)就得完成數(shù)次從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程，即要求能迅速地準(zhǔn)確啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn),運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確：在輸送設(shè)備紡織設(shè)備（紡紗）、印刷設(shè)備如我們很熟悉的彩色打印機(jī),應(yīng)用舉例,薄 片 切 割 機(jī),貼 標(biāo) 機(jī),定位準(zhǔn)確,機(jī) 充 填 機(jī),成 形,多設(shè)備協(xié)調(diào),多設(shè)備協(xié)調(diào),印刷,帖標(biāo)簽,1802年奧斯特

7、發(fā)現(xiàn)了電流在磁場(chǎng)中受力的物理現(xiàn)象導(dǎo)致了直流電動(dòng)機(jī)的誕生。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律,為生產(chǎn)制造發(fā)電機(jī)提供了依據(jù)。隨后制成了直流發(fā)電機(jī)，在電機(jī)與電力拖動(dòng)發(fā)展史上首先得到應(yīng)用的是直流電機(jī),直流電動(dòng)機(jī)的誕生,1871年凡麥爾發(fā)明了交流發(fā)電機(jī), 1885年費(fèi)拉利斯發(fā)現(xiàn)了兩相電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一年以后制成了兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的模型。 1888年多里沃多勃羅沃爾斯提出了三相制，并制成了三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，到20世紀(jì)初，各種三相交流電動(dòng)機(jī)均已設(shè)計(jì)制造成功,交流電動(dòng)機(jī)的誕生,12 機(jī)電傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況,成組拖動(dòng)； 單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)； 多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),機(jī)電傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)總是隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的。

8、單就機(jī)電傳動(dòng)而言，它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了如下三個(gè)階段,一、機(jī)電傳動(dòng)的發(fā)展,一）、成組拖動(dòng) 就是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一根天軸，然后再由天軸通過皮帶輪和皮帶分別拖動(dòng)各生產(chǎn)機(jī)械，這種拖動(dòng)方式生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)條件差，一旦電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，將造成成組的生產(chǎn)機(jī)械停車,二）、單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 就是用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械，（如普通車床）它雖較成組拖動(dòng)前進(jìn)了一步，但當(dāng)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件較多時(shí)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，有時(shí)甚至不可能，如打印機(jī),三）、多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件分別由一臺(tái)專門的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，例如，打印機(jī)，送紙運(yùn)動(dòng)、打印頭移動(dòng)分別由不同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 大家不妨設(shè)想一下，用一臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)送紙和打

9、印頭，將是何等的困難！因此，現(xiàn)代機(jī)電傳動(dòng)基本上均采用這種多電機(jī)拖動(dòng)形式。它不僅大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且控制靈活，為生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化提供了有利的條件。 數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、機(jī)械手是典型的多電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備,Hexa 6X 三維模型,立 柱,萬向鉸鏈,伸縮桿,主軸部件,工作臺(tái),兩層固定平臺(tái),兩層固定平臺(tái),兩層動(dòng)平臺(tái),這是一臺(tái)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,二、控制系統(tǒng)的發(fā)展,控制系統(tǒng)的發(fā)展是伴隨控制器件的發(fā)展而發(fā)展。隨著功率器件、放大器件的不斷更新，機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，它主要經(jīng)歷了四個(gè)階段,1、簡(jiǎn)單的接觸器與繼電器控制（斷續(xù)控制） 最早的機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)初，它僅借助于接觸器與繼電器等電

10、器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的啟動(dòng)、停車以及有級(jí)調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度差,2、電機(jī)放大機(jī)控制 （連續(xù)控制） 上世紀(jì)30年代出現(xiàn)了電機(jī)放大機(jī)控制，它使控制系統(tǒng)從斷續(xù)控制發(fā)展到連續(xù)控制，并根據(jù)輸出量與給定量的偏差對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，它的快速性及控制精度都大大超過了最初的斷續(xù)控制，并簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，減少了電路中的觸點(diǎn)，提高了可靠性，使生產(chǎn)效率大為提高,3、磁放大器控制和大功率可控水銀整流器控制 上世紀(jì)40年代50年代出現(xiàn)了磁放大器控制和大功率可控水銀整流器控制；磁放大器的實(shí)質(zhì)就是變壓器，原邊是輸入，副邊是輸出，放大比就是匝數(shù)比,4、大功率固體可控整流元件晶閘管、晶體管 50年代末期出現(xiàn)了大功

11、率固體可控整流元件晶閘管，晶體管、晶閘管具有效率高、控制特性好、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)容易、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，它的出現(xiàn)為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)開辟了新紀(jì)元,上述發(fā)展主要在控制元件方面的發(fā)展，下面的發(fā)展主要在控制手段方面的發(fā)展,在控制手段方面的發(fā)展,1、采樣控制 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特別是微 型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，又使控制系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)新階段采樣控制，它也是一種斷續(xù)控制，但是和最初的斷續(xù)控制不同，它的控制間隔（采樣周期）比控制對(duì)象的變化周期短得多，因此，在客觀上完全等效于連續(xù)控制，它把晶閘管技術(shù)與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，使晶體管與晶閘管控制具有強(qiáng)大的生命力,

12、2、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC） 20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心，這不僅加強(qiáng)了自動(dòng)化程度，而且提高了機(jī)床的通用性和加工效率，在生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人的誕生，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工全盤自動(dòng)化創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ),CNC裝置的組成,3、柔性制造系統(tǒng)（FMS） 80年代以來，出現(xiàn)了由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)搬運(yùn)車等組成的統(tǒng)一由中心計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工自動(dòng)線柔性制造系統(tǒng)（FMS），它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化車間和自動(dòng)化工廠的重要組成部分,4、利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM） 機(jī)械制造自動(dòng)化高級(jí)階段是走向設(shè)計(jì)、制造一體化，即利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的完整系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至裝配、試驗(yàn)和質(zhì)量管理這一全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 5、今后的任務(wù)(發(fā)展方向） 實(shí)現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質(zhì)量，研制計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS,往高柔性化發(fā)展,往智能性化發(fā)展,往智能性化發(fā)展,往民用化發(fā)展,13 課程的任務(wù),電控系統(tǒng)包含弱電控制（主要為計(jì)算機(jī)控制）和強(qiáng)電控制（各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制，如交、直流電機(jī)控制等） 本課程的任務(wù)主要