第1-2章機(jī)電傳動(dòng)控制

1、機(jī)電傳動(dòng)控制第1章 概述 機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)； 機(jī)電傳動(dòng)的發(fā)展概況; 電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展概況; 機(jī)電傳動(dòng)控制課程的性質(zhì)和任務(wù).1.1 機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的傳遞（能量），其分類（按機(jī)械動(dòng)能傳遞方法）（1）機(jī)械傳動(dòng)：傳遞力或力矩（機(jī)械能）a.齒輪b.杠桿如：自行車驅(qū)動(dòng)力、鏈傳動(dòng)c.皮帶d.機(jī)構(gòu)等剎車、連桿機(jī)構(gòu)（2）流體傳動(dòng) a.液壓與氣動(dòng)（壓力能）b.液力傳動(dòng)（流體動(dòng)能）（3）機(jī)電傳動(dòng)(電力拖動(dòng))（4）另外還有其它的傳動(dòng)方式。注：有時(shí)，在一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械中由幾種傳動(dòng)形式聯(lián)合工作。1.1 機(jī)電傳動(dòng)的目的和任務(wù)2. 機(jī)電傳動(dòng)（本課程研究的內(nèi)容）以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象：各

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

3、組生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備 機(jī)構(gòu)復(fù)雜,損耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)-一臺(tái)設(shè)備 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件較多時(shí),機(jī)構(gòu)仍復(fù)雜,滿足不了生產(chǎn)工藝要求. 3) 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng) 一臺(tái)專門的電動(dòng)機(jī)-同一臺(tái)設(shè)備的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制靈活,便于生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化. 舉例:龍門刨床的刨臺(tái),左垂直刀架,右垂直刀架,側(cè)刀架,橫梁,夾緊機(jī)構(gòu),都是分別由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)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(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)起動(dòng),制動(dòng),有級(jí)調(diào)速控制; 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 連續(xù)控制方式和自動(dòng)控制系統(tǒng) 20世紀(jì)30年代的電機(jī)放大機(jī)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(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng),80年代以來(lái)的新型電力電子元件-交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng); 控制簡(jiǎn)單,可靠性高,連續(xù)控制,拖動(dòng)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(jī)技術(shù)的結(jié)合,是一臺(tái)按開(kāi)關(guān)量輸入的工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī); 具有邏輯運(yùn)算功能,定時(shí)/計(jì)數(shù)功能,數(shù)字運(yùn)算功能,通信功能. 4) 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) 1952年美國(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)控銑床,1958年出現(xiàn)加工中心,20世紀(jì)70年代CNC應(yīng)用于數(shù)控機(jī)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(jī)械的通用性和效率,實(shí)現(xiàn)機(jī)

5、械加工全盤自動(dòng)化.1.4 機(jī)電傳動(dòng)控制課程的性質(zhì)和任務(wù)1) 課程性質(zhì) 該課程是機(jī)械類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,是機(jī)電一體化人才所需電知識(shí)的驅(qū)體.它將電機(jī),電器,繼電器-接觸器控制,PLC,電力電子技術(shù),自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起. 2) 課程內(nèi)容 全書(shū)13章,分為5個(gè)單元: (1)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和過(guò)渡過(guò)程; (2)電機(jī)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(shí); (5)自動(dòng)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(chǎng)所. 了解電力拖動(dòng)的一般知識(shí), 了解最新

6、電氣控制技術(shù)在生產(chǎn)機(jī)械上的應(yīng)用. 3) 課程學(xué)習(xí)任務(wù)教學(xué)方式：講授+提問(wèn)+討論+自學(xué)注意本課程的學(xué)習(xí)方法:認(rèn)真聽(tīng)課，做好筆記。積極參與課堂討論。及時(shí)復(fù)習(xí)總結(jié)?？己朔绞剑浩谀┛荚?70%)+平時(shí)成績(jī)(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(jì)律： 25%分(提問(wèn)和其他活動(dòng),表現(xiàn)優(yōu)異獎(jiǎng)勵(lì)0參考書(shū)目: 1.齊占慶主編.機(jī)床電氣控制技術(shù)(第三版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004年6月. 2.陳伯時(shí)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(第三版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2003年8月. 3.程憲平主編.機(jī)電傳動(dòng)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(dòng)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2000年8月.第2章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式,用它來(lái)分析機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài); 了解多軸拖動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算方法; 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性; 掌握機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件.2.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式: 定義式工程計(jì)算式在上述兩個(gè)式子中: TM-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩; TL-負(fù)載轉(zhuǎn)矩; J-轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)TM=TL時(shí),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(dāng)TMTL時(shí),n為變數(shù),dn/dt 0,狀態(tài)為加速或減速;稱之為動(dòng)態(tài).2.系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩Td討論: 1)當(dāng)Td=0時(shí),系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài); 2)當(dāng)Td0時(shí),系統(tǒng)為動(dòng)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(jì)算式可寫為: TM-TL= Td 令系統(tǒng)動(dòng)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(fù),與n方向相同的TL為負(fù).舉例 例1:列出下圖系統(tǒng)

9、的運(yùn)動(dòng)方程式,并說(shuō)明運(yùn)動(dòng)狀態(tài).nTMTLnTMTL 解:TM與n反向?yàn)樨?fù),TL與n反向?yàn)檎?運(yùn)動(dòng)方程如下式;狀態(tài)為減速. 舉例例2:提升重物過(guò)程如左圖示,寫出運(yùn)動(dòng)方程式.解:(a)中,提升重物,TM為正,TL為正,運(yùn)動(dòng)方程式為: (b)中,仍為提升重物,但TM為負(fù),TL為正,運(yùn)動(dòng)方程式為:思考題:試分析圖(a)和圖(b)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).2.3 生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性機(jī)械特性： 生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸（電機(jī)軸）上的負(fù)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(diǎn):負(fù)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(jī)構(gòu), 提升機(jī)的行走機(jī)構(gòu), 皮帶運(yùn)輸機(jī), 機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng).2.

10、恒功率特性 特點(diǎn):負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比, 功率基本不變. 舉例:球磨機(jī), 碎石機(jī), 機(jī)床的主運(yùn)動(dòng).3.通風(fēng)機(jī)特性 特點(diǎn):負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平 方成正比. 舉例:水泵, 通風(fēng)機(jī). 風(fēng)機(jī),水泵電動(dòng)機(jī)的容量占工業(yè)用戶總用電量的70%.2.4 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件1.機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件: 1) 和 兩條特性曲線有交點(diǎn),該交點(diǎn)稱之為系統(tǒng)的平衡點(diǎn).2)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí),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(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。b點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。（ n n b ，TM TL ； n TL）nn=f(TM)n=f(TL)n0異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)工作時(shí)的特性2.穩(wěn)定工作點(diǎn)判別當(dāng)有外加干擾使n變化時(shí)，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(dāng)nTmTL穩(wěn)定運(yùn)行判別舉例例1, 試判別右圖所示三相異步電動(dòng)機(jī)特性曲線與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線組成系