机电传动控制课程设计--讲稿_图文.ppt
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《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。
大学课件-机电传动控制(完整)
柔性制造系统（FMS） —由数控机床、工业机器人、自动搬运 车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线，它是实现自 动化车间和自动化工厂的重要组成部分。
机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计 算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和 制造过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量管 理这一全过程实现自动化。
单电机拖动——一台电动机拖动一台生产机械的各运动部件。 这种拖动方式较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运 动部件较多时，其传动机构仍十分复杂；
多电机拖动——一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电 动机来拖动。
二．机电传动控制系统的发展 控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、
依据系统传递功率不变的原则:
实际负载功率=折算后的负载功率
负载功率:
TLL
电动机轴上的功率:
传动效率：
TLM
c
TLL TLM
TL TL j
TL
TL
jc
2.7
多轴旋转拖动系统
速比 传动效率
j M / L
c
18
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
2.2.1 负载转矩的折算
负载功率:
Fv
TLM
Fv
TM
TL
GD2 375
dn dt
加速运行状态
1
TM
TL
GD2 375
dn dt
减速
TM
TL
GD2 375
dn dt
减速
16
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
为了对多轴拖动系统进行运行状态的分析，一般是将多轴拖动系统等效折算为 单轴系统。
《机电传动控制》课件
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
《机电传动控制教案》课件
04
机电传动控制系统的实现
控制系统的硬件实现
01
02
03
控制器选择
根据系统需求选择合适的 控制器，如PLC、单片机 、DSP等。
传感器与执行器
选择并安装适当的传感器 和执行器，确保系统能够 准确检测和响应。
电路设计与布线
根据系统架构进行电路设 计和布线，确保安全可靠 。
控制系统的软件实现
算法设计
光电传感器
利用光电效应检测物体的存在 和运动。
霍尔传感器
利用霍尔效应检测磁场变化。
超声波传感器
利用超声波检测物体的距离和 位置。
压力传感器
利用压力变化检测压力值。
执行器种类与工作原理
电磁阀
利用电磁力控制流体流动。
电动执行器
利用电机驱动执行器动作。
气动执行器
利用压缩气体驱动执行器动作。
液压执行器
利用液压系统驱动执行器动作。
控制系统设计的优化与改进
算法优化
根据实际运行情况，优化控制算法，提高系 统响应速度和稳定性。
硬件升级
根据技术发展，升级系统硬件，提高系统性 能和可靠性。
软件升级
定期更新软件版本，修复漏洞，增加新功能 ，提高软件性能和安全性。
系统维护与改进
定期对系统进行检查和维护，根据用户反馈 和实际需求进行改进和优化。
网络化
随着物联网技术的发展，机电传动 控制系统将逐渐实现网络化，能够 实现远程监控和远程控制等功能。
02
机电传动系统的组成与工作 原理
电机种类与工作原理
直流电机
利用磁场和电流在电机 内部产生转矩，实现电
能和机械能的转换。
交流电机
利用交流电在电机内部 产生旋转磁场，驱动电
《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
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
机电传动课程设计PPT课件
第6页/共30页
❖ 机械动力滑台
机械动力滑台由滑台、滑座和双电机（快速及进给电机） 传动装置三部分组成。快速进给电动机用来拖动滑台快进和 快退运动，工进电动机拖动滑台工作进给运动，在工进时， 只允许工进电机单独工作，快速进给电机由制动器制动。滑 台的自动工作循环是靠传动装置将动力传递给丝杠来实现的。
第15页/共30页
课程设计的设计图纸资料如下：
• 1.绘制三面铣组合机床的加工工件示意图； • 2.绘制三面铣组合机床的加工过程图；（工作循环
图） • 3.设计并绘制PLC的I/O分配表； • 4.设计并绘制PLC的外接线I/O接线图（按实际PLC
的 I/O接线绘制）； • 5.设计并绘制单循环自动工作图，功能表图，梯形
第2页/共30页
第3页/共30页
第4页/共30页
二、三面铣组合机床概述
1、基本结构 三面铣组合机床主要由底座、床身、铣削动力头、
机械动力滑台、工件松紧油缸等组成。机床底座上安放 有床身，床身上一头安装有动力滑台，工件及夹紧装置 放于滑台上。床身的两边各安装有一台铣销头，上方有 立铣头。
第5页/共30页
星期三
设计PLC的自动工作程 序（包含工作循环图、 顺序功能图、梯形图设 计）
星期四
设计手动程序，回原位 程序；列写电器元件一 览表
星期五
设计控制面板；编写使 用说明书
第14页/共30页
地点
第二周： 星期一：（1）检查、掌握进度
（2）检查程序 星期一下午～星期三：实验室调试、上机（画图、写 设计报告） 星期四：答辩，地点：
图1-1 加工工件的示意图
第9页/共30页
2、工件的加工过程 三面铣组合机床的加工过程如图1-2所示。 操作者将要加工的零件放在工作台的夹具中，在其他准备 工作就绪后，发出加工指令。工件夹紧后压力继电器动作，动 力滑台（工作台）开始快进，到位转工进，同时起动左和右1铣 头开始加工，加工到某一位置，立铣头开始加工，加工又过一 定位置右1铣头停止，右2铣头开始加工，加工到终点三台电机 同时停止。待电机完全停止后，滑台快退回原位，工件松开， 一个自动工作循环结束。操作者取下加工好的工件，再放上未
机电传动控制PPT课件
电机铭牌数据绘制；
3.2.3它励直流电动机的人为机械特性
人为机械特性 是指供电电压U或磁通Φ 不是额定值，电枢电路接有外加电阻 Rad时的机械特性.
1. 电枢串电阻；（图2-9） n
n0
R +
If
U
M
E
Ia
Rf
_
T
由公式可以推导出：
n= n0 - Δn
与固有特性比较可以看出:二者的n0 是一样 的,而转速降Δn却变大了,即特性变软；
2.4机电传动系统稳定运行的的条件
含义:一是系统能以一定速度稳定运行;二 是能经受干扰
上次课复习
生产机械运动方程 : TM-TL=J dω/dt （注意各转矩方向与旋转方向的关系） 各种生产机械的特性:
1、恒转矩负载特性； 2、离心式通风机负载特性； 3、直线型负载转矩 4、恒功率负载转矩特性 稳定运行的的条件（TM与TL关系）
2.改变电动机供电电压 n0＝U/KeΦ
这时n0受电压变化而改变，而Δn则因与电 压无关所以不变，特性如图
n n0
T
特点是： 1. 斜率不变，各条特性曲线互相平行； 2. 理想空载转速n0与U成正比； 3. 由于一般要求外加电压不超过额定电压，
所以改变电压时曲线是下移的。
4. 3.改变磁通 5. 由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ。
3.3.2. 所以一般的直流电动机不允许直接
启动
解决方法：在启动时设法限制电枢电流 （1）降压启动使U从小到大逐渐增加到
UN 注:对于降压启动需要电源电压可调。 （2）电枢回路串联电阻启动
3.3.3. 电枢串联电阻启动
（1）单段（串联一级电阻）
当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当 到TL时， KM合，由于n 不能突变，所以 从A到B点产生冲击T比较大，这时，有 较大的Ia和T
3.2.3它励直流电动机的人为机械特性
人为机械特性 是指供电电压U或磁通Φ 不是额定值，电枢电路接有外加电阻 Rad时的机械特性.
1. 电枢串电阻；（图2-9） n
n0
R +
If
U
M
E
Ia
Rf
_
T
由公式可以推导出：
n= n0 - Δn
与固有特性比较可以看出:二者的n0 是一样 的,而转速降Δn却变大了,即特性变软；
2.4机电传动系统稳定运行的的条件
含义:一是系统能以一定速度稳定运行;二 是能经受干扰
上次课复习
生产机械运动方程 : TM-TL=J dω/dt （注意各转矩方向与旋转方向的关系） 各种生产机械的特性:
1、恒转矩负载特性； 2、离心式通风机负载特性； 3、直线型负载转矩 4、恒功率负载转矩特性 稳定运行的的条件（TM与TL关系）
2.改变电动机供电电压 n0＝U/KeΦ
这时n0受电压变化而改变，而Δn则因与电 压无关所以不变，特性如图
n n0
T
特点是： 1. 斜率不变，各条特性曲线互相平行； 2. 理想空载转速n0与U成正比； 3. 由于一般要求外加电压不超过额定电压，
所以改变电压时曲线是下移的。
4. 3.改变磁通 5. 由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ。
3.3.2. 所以一般的直流电动机不允许直接
启动
解决方法：在启动时设法限制电枢电流 （1）降压启动使U从小到大逐渐增加到
UN 注:对于降压启动需要电源电压可调。 （2）电枢回路串联电阻启动
3.3.3. 电枢串联电阻启动
（1）单段（串联一级电阻）
当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当 到TL时， KM合，由于n 不能突变，所以 从A到B点产生冲击T比较大，这时，有 较大的Ia和T
《机电传动控制》课件第1章
电气控制系统和液压、气动控制系统将充分发挥各自的
自20世纪70年代以来，单片机发展很快。由于单片机的 结构和指令系统都是针对工业控制的要求而设计的，其成本 低、集成度高，可灵活地组成各种智能控制装置，解决从简 单到复杂的各种任务，实现较佳的性能价格比，而且从单片 机芯片的设计制造开始，就考虑了工业控制环境的适应性， 因而它的抗干扰能力较强，特别适合于在机电一体化产品中 应用，在机电传动与控制中也有许多应用。
5. 信息处理与控制装置(控制功能) 机电传动控制系统的核心是信息处理与控制。机电传动 控制系统的各个部分必须以控制论为指导，由控制器(继电器、 可编程控制器、微处理器、单片机、计算机等)实现协调与匹 配，使整体处于最优工况，实现相应的功能。在现代机电一 体化产品中，机电传动系统中控制部分的成本已占总成本的 50%。特别是近年来随着微电子技术、计算机技术的迅速发 展， 越来越多的控制器使用具有微处理器、计算机的控制系 统，输入/
机械制造自动化的高级阶段是实现设计、制造一体化， 即利用计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)形成 产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直至装 配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。为了实现制造 过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成生产系统
(CIMS)
近些年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、 高功率-重量比、大功率和低成本控制系统提出的要求，促使 了液压、气动控制系统的迅速发展。液压、气动控制系统和 电气控制系统一样，由于各自的特点，在不同的行业得到了
所谓单电动机拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机 械，它虽较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动 部件较多时，机械传动机构仍十分复杂。多电动机拖动即一 台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动。 例如，龙门刨床的刨台、左右垂直刀架与侧刀架、横梁及其 夹紧机构，均分别由一台电动机拖动。这种拖动方式不仅大 大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械 的自动化提供了有利的条件。所以，现代化机电传动基本上
自20世纪70年代以来，单片机发展很快。由于单片机的 结构和指令系统都是针对工业控制的要求而设计的，其成本 低、集成度高，可灵活地组成各种智能控制装置，解决从简 单到复杂的各种任务，实现较佳的性能价格比，而且从单片 机芯片的设计制造开始，就考虑了工业控制环境的适应性， 因而它的抗干扰能力较强，特别适合于在机电一体化产品中 应用，在机电传动与控制中也有许多应用。
5. 信息处理与控制装置(控制功能) 机电传动控制系统的核心是信息处理与控制。机电传动 控制系统的各个部分必须以控制论为指导，由控制器(继电器、 可编程控制器、微处理器、单片机、计算机等)实现协调与匹 配，使整体处于最优工况，实现相应的功能。在现代机电一 体化产品中，机电传动系统中控制部分的成本已占总成本的 50%。特别是近年来随着微电子技术、计算机技术的迅速发 展， 越来越多的控制器使用具有微处理器、计算机的控制系 统，输入/
机械制造自动化的高级阶段是实现设计、制造一体化， 即利用计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)形成 产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直至装 配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。为了实现制造 过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成生产系统
(CIMS)
近些年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、 高功率-重量比、大功率和低成本控制系统提出的要求，促使 了液压、气动控制系统的迅速发展。液压、气动控制系统和 电气控制系统一样，由于各自的特点，在不同的行业得到了
所谓单电动机拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机 械，它虽较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动 部件较多时，机械传动机构仍十分复杂。多电动机拖动即一 台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动。 例如，龙门刨床的刨台、左右垂直刀架与侧刀架、横梁及其 夹紧机构，均分别由一台电动机拖动。这种拖动方式不仅大 大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械 的自动化提供了有利的条件。所以，现代化机电传动基本上