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机电传动控制4机电传动控制系统的基础.ppt

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机电传动与控制资料课件

机电传动与控制资料课件

系统辨识是研究如何通过实验 数据来识别系统的参数和结构 的学科。在机电传动系统中， 系统辨识可用于识别控制系统 的参数和结构，优化控制性能。
鲁棒控制是研究如何在系统存 在不确定性和干扰时，保证控 制系统性能的学科。在机电传 动系统中，鲁棒控制可用于提 高控制系统的稳定性和抗干扰 能力。
03
机电传动控制系统的设计
要点三
数控机床的调速系统
数控机床的调速系统是实现机床稳定 运行的重要部分，包括机械调速、电 气调速和计算机控制调速等。
工业机器人传动控制系统实例分析
工业机器人的传动控 制系统概述
工业机器人是一种自动化生产设备， 其传动控制系统是实现机器人运动的 关键部分。
工业机器人的电机类 型及选用
工业机器人通常使用的电机包括交流 异步电机、直流电机、伺服电机等， 根据机器人的性能要求选用合适的电机。
电机性能的提升
采用高转矩、低惯量、高效率的电机，提高系统的响 应速度和能量转换效率。
减速机的优化
通过改变减速机的传动比、提高传动效率、降低传动 噪音等方面进行优化，提高系统的传动性能。
驱动装置的改进
采用先进的驱动装置，如矢量驱动、直接驱动等技术， 提高系统的驱动能力和稳定性。
控制系统稳定性的提高
控制系统的抗干扰能 力
实现对机电传动系统的精确控制，以满足生产工艺的要求，提高生产效率和质量。
任务
通过对机电传动系统的参数进行测量和控制，确保系统的稳定性和可靠性，同时优化系统的性能和效 率。
机电传动控制的发展历程
早期机电传动控制
主要依赖于手动控制，缺乏自动化和智能化。
现代机电传动控制
随着计算机技术和自动化控制技术的发展，机电传动控制逐渐实现了自动化、智能化和高效化。

《机电传动控制》PPT课件

《机电传动控制》PPT课件
都要靠电动机及其控制系统来实现。
机电传动控制的任务
一、机电传动的特点
• 5、机电传动系统构成：
电动机。产生原动力 生产机械。拖动对象 传动机构。传递机械能 电气控制设备。控制电动机运转 电源。对电动机和电气控制设备供电
一、机电传动的特点
• 它们之间的关系可表示为
电源
自控设 备
电动机
传动机构
的需要。
电动机
二、机电传动系统发展概况
• 1、传动方式经历了三个阶段：
成组拖动 单机拖动 多电机拖动
二、机电传动系统发展概况
传动方式 成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴
通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点： 效率低，故障影响广。
单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如
一 机电传动系统的动力学方程
电动机 （M）
TL
生产机械
TM
MM
+TL
单轴拖动系统
一 机电传动系统的动力学方程
• 单轴(单级)机电传动系统的运动方程
• 由牛顿第二定律
TM
TL

J
d
dt
(1.1)
J m 2 mD2 / 4
G mg TM----电动机转矩
GD2 J
4g
(1.2)
TL----负载转矩 GD2---飞轮矩
2 n
60
(1.3)
TM
TL

GD2 375
dn dt
(1.4)
n-----转速
t-----时间 ω 为角速度
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
• GD2=4J
• GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。

机电传动控制PPT课件

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3.2 直流电动机的机械特性
3.2.1他励电动机的机械特性
机械特性是指电动机的电磁转矩与转速 的关系，即n=f(T)

T=TM+T0
T--电动机电磁转矩即机械特性转矩;
TM_--输出转矩; T0—空载转矩(工程计算时可忽略)
1、电原理图(图2-5)
由电路原理公式，推导出
U=E+IaRa；而E=Keφn；T=KtφIa整理出:
继电器-接触器控制、可编程序控制、电力电子 技术、检测技术、直流伺服、交流伺服、步进 电动机伺服等强电控制的内容。 突出应用性
第二章 机电传动的动力学基础
2.1机电传动的运动方程式（图１－１）
TM-TL=J dω/dt 式中：TM－－电动机输出的转矩。
TL－－单轴传动的负载转矩 J －－转动惯量
注意：额定容量，对直流发电机来说，是指电刷 端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上 输出的机械功率。
所以，直流发电机的额定容量为：
PN U N I N
而直流电动机的额定功率为：
PN U N I NN
3.1.3 直流电机的基本工作原理
以单个电枢绕组线圈为例说明 一、发电机（根据右手定则）
ω－－传动系统的角速度
意义：１）当TM＝ TL时；
２）当TM＞ TL时；
３）当TM＜TL时；
考虑：方向性问题１）拖动： 动： TM 与n转动相反。
TM
与n转动相同；２）制
当Tm>TL时，加速 当Tm<TL时，减速
Tm
Tm
n
n
当Tm=TL时，匀速（平衡） 3.Tm与TL的正反。 以转速的方向为准（n）
3.1直流电机的基本结构和原理

机电传动控制系统ppt课件

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决定； 静差度S和调速范围D由生产机械的要求决定； 当上述三个参数确定后，则要求静态速降是
一个定值。
超调量
二、动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种
稳定速度运转（启动、制动过程仅 是特例而已），由于有电磁惯性和 机械惯性，过程不能瞬时完成，而 需要一段时间，即要经过一段过渡 过程，或称动态过程。
1. 最大超调量
开环： D nemaSx2
nN(1S2 )
闭环 ：
D f. nN n m (1 f S a2 S x 2)1 n n K N em (1 S aS 22 x)(1K)D
结论： ➢提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。 系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放 大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。 ➢由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为0，因此，上述系统只能维 持速度基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈 控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。 ➢采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、 晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。
式中: RRxRa 电枢回路的总电阻； R x 可控整流电源的等效内阻； Ra 电动机的电枢电阻。
可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为K2 ，则：UdK2Uk
放大器电路 设放大器的放大倍数为KP ，则：U k K P U K p ( U g U f)
反馈电路 速度反馈信号电压与转速n 成正比，设放大系数为Kf，则：
U E I a (R a R 3 )
I a (U E )/R ( 3 R a )
UabRU 1R2R2

《机电传动控制》课件

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感应电机
基于电磁感应原理，具有成本低 、可靠性高的优点，在工业自动 化、家用电器等领域广泛应用。
先进控制算法的研究与应用
滑模控制
01
通过在状态空间中设计滑模面并选择合适的切换规则，实现对
系统状态的快速响应和鲁棒性。
模糊控制
02
பைடு நூலகம்
利用模糊集合理论将不确定性因素转化为可计算的语言变量，
实现对复杂系统的有效控制。
03
机电传动控制系统的设计与实现
系统需求分析与设计
需求分析
明确系统的功能要求、性能指标和约束条件，为后续 设计提供依据。
总体设计
根据需求分析，确定系统的总体架构、组成模块和相 互关系。
详细设计
对每个模块进行详细设计，包括电路设计、机械结构 设计、软件设计等。
控制算法的选择与实现
算法选择
根据系统需求和性能要求， 选择合适的控制算法，如PID 控制、模糊控制等。
机床的运动状态和加工参数。
数控机床控制系统的应用范围包括航空、航天、汽车、模具等领域，为 现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
智能家居控制系统
智能家居控制系统是实现家庭智能化和舒适化的重要手段 之一，它通过控制家庭设备的开关、调节设备的运行状态 和参数等，为家庭生活提供便利和舒适。
智能家居控制系统通常采用无线通信和网络技术，实现家 庭设备的互联互通和控制，同时通过传感器和执行器，实 时监测和调整家庭设备的运行状态和环境参数。
步进电机
利用脉冲信号控制电机转子步 进旋转的原理，实现精确的角
度和位置控制。
伺服电机
利用伺服系统控制电机旋转角 度和速度的原理，实现高精度
和高动态性能的控制。
控制器类型与工作原理

直流电机——电机拖动控制(机电传动控制)课件PPT

直流电机——电机拖动控制(机电传动控制)课件PPT

Ia
n0
n
n
U Ke
Ra KeKm2
T
n0
n
特点：特性硬度变软，n0变大，∆n变大、起动力矩Tst变小。
注意：Φ=0时，理论上n→∞，实际上n上升到超过机械强度
容许的值，发生“飞车”。
他励直流电动机运行中，决不允许励磁电路短开或If=0。 措施：1）起动前先加励磁；2）设置“失磁”保护。
n
Φn>Φ1>Φ2>Φ3
图3--17
5.他励电动机的人为机械特性 固有机械特性
n
U Ke
Ra Ke
Ia
n
U Ke
Ra KeKm2
T
获得人为机械特性的方法只有3种（改变U、φ、Rad）： ☆电枢回路中串接电阻Rad ☆改变电枢电压U ☆改变磁通φ
（1）电枢回路中串接电阻 Rad的人为机械特性
n
UN Ke
Ra Rad KeKm2
机电传动控制
第三章 直流电机的工作原理及特性
3.1 直流电机的基本结构和工作原理 3.2 直流电动机的机械特性 3.3 直流他励电动机的启动特性 3.4 直流他励电动机的调速特性 3.5 直流他励电动机的制动特性 3.6 串励直流电动机
3.1 直流电机的基本结构和工作原理
一、 直流电机的工作原理
二、直流电机的基本结构
n0 A
nA Δn
B
0
T1
图3-26
T2
T
二、调速方法：
n
U Ke
Ra Rad KeKm2
T
☆改变电动机电枢电路外串电阻Rad调速 ☆改变电动机电枢电压U调速 ☆改变电动机主磁通φ调速
1. 改变电枢电路外串电阻Rad调速

《机电传动控制教案》PPT课件

《机电传动控制教案》PPT课件
28
29
8.2.3 生产机械中常用的自动控制方法
自动化生产工艺过程中，工作状态的转换要求自动进行。因此出现了各种 各样的自动控制方法。
❖ 利用电动机主电路的电流来控制 如：交流异步电动机或直流他励电动机中，机械力与负载大小往往与电流成 正比。所以，机床进刀量的控制，机床夹紧机构的夹紧程度等，都可根据 电流来控制。
33
顺序控制 （程序控制）
2.按时间的自动控制
根据反映时间长短的元件的动作来实现控制。 1）时间继电器KT：是一种触点能延时通或断的控制电器。可以实现 从0.05s~几十小时的延时
得电延时型：(延时吸合) 线圈得电后，开始延时 延时时间到，触头动作。
按延时 性质分
失电延时型： （延时释放） 线圈得电时，触头立即动作 线圈失电时，开始延时，延 时到则触头复位。
+
2SB
1SB KM
KM
防止电磁铁线圈过压和触头烧损的控制线路
-
+
KM YA
-
C
KM
R
YAΒιβλιοθήκη +CVD-
KM
R
+ KM YA - + KM
YA -
R
R
电磁离合器的控制线路
启动时，C、R、VD使27电流上升速度加快。 关断时，C对YA反向放电，加快消磁。
• 要求三台电动机按一定顺序工作，1M先启动，2M在1M启动后才能启动，3M在2M启动后 立即自动启动，2M能实现点动工作，停止时同时停止，设计主电路与控制电路。
欠电流继电器
19
2.交流异步电动机正、反转控制线路 实现正、反转的办法：更换电动机供电相序。
正转 KM1
总停
正转按钮

机电传动控制(第四版)

机电传动控制(第四版)

1.机电传动发展的概况 1.机电传动发展的概况
1) 成组拖动 一台电动机---一根天轴 一组生产机械设备 一根天轴--一台电动机---一根天轴---一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机---一台设备 一台电动机---一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂, 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不 了生产工艺要求. 了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架, 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架, 横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的. 横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.
2.系统动态转矩 2.系统动态转矩Td 系统动态转矩T
令系统动态转矩: 令系统动态转矩:
GD 2 dn Td = 375 dt
则工程计算式可写为: 则工程计算式可写为: TM-TL= Td
讨论: 讨论 1)当Td=0时,系统为稳态 系统为稳态; 当 时 系统为稳态 2)当Td≠0时,系统为动态 系统为动态: 当 时 系统为动态 (1) Td＞0,dn/dt=a＞0, ＞ 系统加速; 系统加速 (2) Td＜0,dn/dt=a＜0, ＜ 系统减速. 系统减速 有大小,有方向 有方向. 因此,T 因此 M,TL有大小 有方向
思考题
图(a)中,要能提升重 物,必须有TM>TL,系 统加速.
图(b)中,电动机转矩为负, 也是制动转矩,系统减速提 升,直至停止.

《机电传动控制》PPT课件

《机电传动控制》PPT课件

三 相
通过电刷与外电路相连
， 一
绕线式转子绕组
般
接
接线示意图
成
星
形
有可能在转子电路中
串接电阻，改善电动
机运行性能
2021/3/26
鼠笼式转子绕组
8
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——定子绕组
定子铁心： 参与电动机磁路 嵌放定子线圈 定子绕组： 三个彼此独立的绕组 空间相差120°电角度
转磁场同向)→电动机转动.
N
转子与旋转磁场的转速不
同
转差率
S
n0 n
TC
n
n0
S
所以这种电动机称为异步电动机，也叫感应电动机。
2021/3/26
11
第一节 相异步电动机的结构和工作原理
三、旋转磁场的形成
iA Im sint iB Im sin(t 2 /3) iC Im sin(t 4 /3)
定子铁心 定子绕组 机座
转子
转子铁心 转子绕组 转轴
线绕式 鼠笼式
2021/3/26
6
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——鼠笼绕组
2021/3/26 铜条转子
铸铝转子
7
第一节 三相异步电动机的结构和工作原理
三相交流异步电动机的结构——转子绕组
各相引出线连到滑环上，
滑环套在转轴上并与之绝缘，
3) 额定负载转矩TN：电动机在额定转速下输出额定功
20率21/3时/26 ,电机轴上的负载转矩。TN=9550PN/nN (PN k20w)
第三节 三相异步电动机的转矩与机械特性
一、 三相异步电动机的转矩

机电传动与控制资料课件

机电传动与控制资料课件

03
CATALOGUE
机电传动控制系统
控制系统的基本组成与工作原理
控制系统的基本组成
控制器、执行器、被控对象和反馈环节。
工作原理
通过反馈环节获取被控对象的输出信息，与 设定值进行比较，控制器根据比较结果产生 控制信号，执行器根据控制信号调整被控对
象的输入，从而改变其输出。
常用控制策略与方法
PID控制
02
CATALOGUE
电机与电力电子器件
电机的工作原理与分类
电机的工作原理
电机是机电传动与控制中的重要组成部分，其工作原理基于电磁感应定律和磁场对电流的作用力。当 电流通过电机内部的导体时，会产生磁场，该磁场与电流相互作用产生转矩，从而使电机转动。
电机的分类
根据工作原理和应用场景的不同，电机有多种分类。常见的电机类型包括直流电机、交流电机、步进 电机、伺服电机等。
04
CATALOGUE
机电传动系统的控制技术
数字控制技术
总结词：高效精确
详细描述：数字控制技术通过将控制信号数字化，实现对机电传动系统的精确控制。它具有高效、可靠、灵活的特点，能够 提高系统的稳定性和精度。
智能控制技术
总结词：自主决策
详细描述：智能控制技术利用人工智能、神经网络等技术，使系统具备自主学习和决策的能力。它可 以自动识别和适应不同的工况，优化控制效果，提高系统的智能化水平。
常用电力电子器件及其应用
晶体管
晶体管是一种常用的电力电子器件，具有电 流放大作用。晶体管在电路中可以作为开关 或放大器使用，常见于各种电子设备和控制 系统，如计算机、通信设备等。
可控硅整流器
可控硅整流器是一种具有开关功能的电力电 子器件，广泛应用于交流电的控制和整流。 可控硅整流器在工业自动化、电力控制等领 域有广泛应用，如变频器、调速器等。
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6
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
二. 转速控制的调速指标
1、调速范围 生产机械要求电动机提供的
最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围。
用字母 D 表示，即：
D
nmax nmin
其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速。
对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床， 也可用实际负载时的转速。
nmin
静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。
S1
nN n01
＜
S2
nN n02
8
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
三. 静差度与机械特性硬度的区别
稳定性更好 △nN′
静差度和机械特性硬度有区别。 一般调压调速系统在不同转速 nmax
稳定性好
下的机械特性是互相平行的。
电 传
4-1 机电传动控制系统的
动 控
基本要求
组成及方案选择 制
①了解机电传动自动调速系统的组成；
②了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；
③知道调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合
重点
理匹配的重要性。
开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式 D = nmax ·SL/△nN(1－SL)与 Df =(1－K)D
电 传
一、机电传动控制系统的组成和分类
动 控
制
变换
串联
变换
执行
被控 输出量
放大
校正 -
放大
元件
对象
反馈校正
测量元件
闭环控制系统的一般组成
数控机床伺服系统组成
5
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
一. 转速控制的要求
需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能有一定要求。
例如：
稳定性好
在1000r/min时降落10r/min， nmax 只占1%；
稳定性差
在100r/min时也降落10r/min， nmin 停止 就占10%；
在只有10r/min时，
再降落10r/min， 就占100%，
静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。
这时电动机已经停止转动， 转速全部降落完了。
对于同样
对于同样
nmin
稳定性差
硬度的特性， 的理想空载
理想空载
转速，特性
转速越低时， 硬度越小时，
静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。
静差度越大， 转速的相对稳定性越差。
S1
nN n01
＜
S2
nN n02
9
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
三. 静差度与机械特性硬度的区别
归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：
① 调速
在一定的最高转速和最低转速范围内，
分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；
② 稳速
以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种
干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；
③ 加、减速
频繁起动制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率；
不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动制动尽量平稳。
n0min nmin nN
nmin
静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。
S1
nN n01
＜
S2
nN n02
11
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
四. 调速范围、静差度和额定速降之间的关系
设电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，
该系统的静差度应该是
测量元件 闭环控制系统的方框图
3
输入量
-
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
一、机电传动控制系统的组成和分类
动 控
制
变换
串联
变换
执行
被控 输出量
放大
校正 -
放大
元件
对象
反馈校正
测量元件
闭环控制系统的一般组成
输入量
控制器
对象 输出量 或过程
测量元件 闭环控制系统的方框图
4
输入量
-
机
第4章 机电传动控制系统的基础
S1
nN n01
＜
S2
nN n02
10
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
三. 静差度与机械特性硬度的区别
因此，调速范围和静差度
这两项指标
nmax
必须同时提才有意义。
调速系统的静差度指标 应以最低速时 所能达到的数值为准。
S S2 SL nN nN
机
目录 ·第4章
电 传
动
控
第4章 机电传动控制系统的基础
制
➢ 4-1 机电传动控制系统的组成及方案选择
➢ 4-2 选择电动机额定功率的基本依据
➢ 4-3 电动机的发热与冷却
➢ 4-4 不同工作方式下电动机容量的选择
➢ 4-5 电动机的种类、额定电压、额定转速
及形式的传动控制系统的基础
最低速时的静差度，即：S SL
nN n0min
nN nmin nN
于是，最低转速为： 而调速范围为：
nmin
nN SL
nN
(1 SL )nN SL
D nmax nmin
将上面的式代入 nmin，得 ：
D
nmax SL nN (1 SL )
12
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
7
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
二. 转速控制的调速指标
2、静差度 当系统在某一转速下运行时， nmax 负载由理想空载到额定值时
所对应的转速降落 nN ， 与理想空载转速 n0 之比， 称作静差度S，即：
S n0 nN nN
n0
n0
或： S nN 100% n0
中各物理量之间的辩证关系，扩大调速范围的有效方法；
难点
恒转矩调速与恒功率调速问题， 特别是电动机的调速性质与生 产机械的负载特性相配合问题；
2
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
一、机电传动控制系统的组成和分类
动 控
制
输入量
控制器
对象 输出量 或过程
开环控制系统的方框图
输入量
控制器
对象 输出量 或过程
结论
一个调速系统的调速范围，
是指在最低速时还能满足所需静差度的转速可调范围。
13
机
第4章 机电传动控制系统的基础
电 传
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
五. 在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法
二、机电传动控制系统调速方案的选择
动 控
制
四. 调速范围、静差度和额定速降之间的关系
右式表示： 调压调速系统的 调速范围D、静差度SL和额定速降nN 之间所应满足的关系。
D
nmax SL nN (1 SL )
对于同一个调速系统， nN 值一定，由上式可见， 如果对静差度要求越严，即要求S值越小时， 系统能够允许的调速范围也越小。