机电传动控制——机电传动的动力学基础
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《机电传动控制》(第五版)教案第1章绪论1.1 机电系统的组成=机械运动部件+机电传动+电气控制系统。
1.机械运动部件——完成生产任务的基础,机械执行部分;2.机电传动———=电力传动或电力拖动,是驱动生产机械运动部件的原动机的总称;3.电气控制系统——控制电动机的系统。
1.2 机电传动的目的和任务1.机电传动的目的——将电能转变为机械能,实现生产机械的启动、停止、以及速度调节,满足各种生产工艺的要求,保证生产过程的正常进行2.机电传动的任务①广义上讲——使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化。
②狭义上讲——专指控制电动机驱动生产机械,实现产品数量的增加、质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用。
1.3 机电传动控制的发展概况一、驱动系统的发展阶段:1.成组拖动——一台电动机拖动一根天轴—→通过带轮和传动带—→分别拖动各(一组)生产机械。
生产效率低、劳动条件差,一旦电动机或传动环节发生故障则造成成组生产机械停车。
2.单电动机——一台电动机拖动一台生产机械,较成组拖动进了一步。
但当生产机械的运动部件较多时,其机械传动机构则十分复杂。
3.多电动机拖动——一台生产机械的每一个运动部件都有专门的电动机拖动。
不仅大大简化了生产机械的传动机构,而且控制灵活,为自动化提供了有利条件,是现代化机电传动的典型方式。
二、控制系统的发展阶段:1.接触器+继电器控制——出现在20世纪初,应用广泛、成本低;但控制速度慢、精度差。
2.电动机放大机控制(30年代)、磁放大机控制(40~50年代)——从断续控制发展到连续控制,并具有了输出反馈环节,简化了控制系统、减少了电路触点、提高了可靠性。
3.大功率可控电力半导体器件控制——具有效率高、反应快、寿命长、可靠性高、维修容易、体积小、重量轻等优点。
由此,开辟了机电传动控制的新纪元。
4.采样控制——数控技术+微机应用的高水平断续控制,由于采样周期<<控制对象的变化周期,∴≌连续控制。
机电传动系统的动力学基础基本要求:①掌握机电传动系统的运行方程式,学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态;②了解在多轴拖动系统中,为了列出系统的运动方程式,必须将转矩等进行折算,掌握其折算的基本原则和方法;③了解几种典型生产机械的机械特性n =f (TL);④掌握机电传动系统稳定运行的条件,并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。
难点:根据机电传动系统中TM 、TL、n的方向,确定TM 、TL是拖动转矩还是制动转矩,从而判别出系统的运行状态,是处于加速、减速还是匀速;在机械特性上判别系统稳定工作点时,如何找出TM 、TL。
2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统是一个由电动机拖动,并通过传动机构带动生产机械运转的机电运动的动力学整体。
2.1 机电传动系统的运动方程式机电传动系统的运动方程式是描述机电系统机械运动规律的最基本方程式,它决定着系统的运行状态。
dn动态转矩T d =T M -T L ;加速度 a =dt=0时,a=0 ,表示系统处于稳态,系统为匀速运动。
当Td≠0时,a≠0 ,表示系统处于动态,当TdT>0时,拖动转矩>制动转矩,a为正,系统加速运动;dT<0时,拖动转矩<制动转矩,a为负,系统减速运动。
d2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算机电传动系统运动方程式中的转矩、转动惯量及飞轮转矩等,均分别为同一轴上的数值。
若运动系统为多轴系统,则必须将上述各量折算到同一转轴上才能列出整个系统的运动方程式。
由于一般均以传动系统的电动机轴为研究对象,因此,一般都是将它们折算到电动机轴上。
转矩折算应依据系统传递功率不变的原则。
转动惯量和飞轮转矩折算应依据系统贮存的动能 不变的原则。
2.2.1 负载转矩的折算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)7.2(cL L LM L L L M L L L j T T j T T T T T ηωωωω'='='=='多轴旋转拖动系统⋯=⋯=321321 传动效率)(/ 速比ηηηηωωc LM j j j j多轴直线运动系统(下放重物))8.2(55.9602Mc L Mc L M L n FvT n Fv T T Fv ηπωωηω====)9.2(55.9c ML n FvT η'=c c cc ηηηη<'-='122.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算(旋转型)依据动能守恒原则,折算到电机轴上的总转动惯量为数。