机电传动控制基础知识
《机电传动控制》PPT课件
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。
机电传动控制复习资料
机电传动控制复习资料机电传动控制复习资料机电传动控制是现代工业领域中非常重要的一门学科，它涉及到机械、电气、自动化等多个学科的知识。
掌握机电传动控制的原理和技术，对于工程师和技术人员来说至关重要。
在这篇文章中，我们将为大家提供一些机电传动控制的复习资料，帮助大家更好地理解和掌握这门学科。
一、机电传动控制的基础知识1. 机电传动的基本概念：机电传动是指通过机械装置将电能转化为机械能，并实现对机械系统的控制。
机电传动系统由电机、传动装置和控制装置组成。
2. 电机的分类：电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机包括直流励磁电机和直流永磁电机；交流电机包括异步电机和同步电机。
3. 传动装置的分类：传动装置可以分为齿轮传动、带传动、链传动等多种类型。
每种传动装置都有其适用的场合和特点。
4. 控制装置的分类：控制装置可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指在控制过程中，输出信号不受输入信号的影响；闭环控制是指在控制过程中，输出信号受输入信号的反馈影响。
二、机电传动控制的原理和方法1. 机电传动系统的数学模型：机电传动系统可以用数学模型来描述。
通常采用的模型包括电机模型、传动装置模型和负载模型。
2. 机电传动系统的控制方法：机电传动系统的控制方法有很多种，常见的有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
不同的控制方法适用于不同的控制需求和系统特点。
3. 机电传动系统的性能指标：机电传动系统的性能指标包括速度响应、位置精度、稳定性等。
通过合理选择控制方法和参数，可以提高系统的性能。
4. 机电传动系统的故障诊断与维护：机电传动系统在长时间运行中可能会出现故障，及时的故障诊断和维护对于保证系统的正常运行非常重要。
常见的故障诊断方法包括振动分析、温度检测等。
三、机电传动控制的应用领域1. 工业自动化：机电传动控制在工业自动化领域中应用广泛。
它可以实现对生产线的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
2. 机器人技术：机电传动控制是机器人技术的核心。
机电传动控制复习总结
探讨不同类型的机电传动 装置，包括直接传动和间 接传动，以及它们的优缺 点。
机电传动控制的应ห้องสมุดไป่ตู้领域
工业领域
介绍机电传动控制在制造业中的应用，如自动化生产线和机器人。
交通运输
探讨机电传动控制在汽车、船舶和飞机等交通工具中的重要性。
能源行业
讨论机电传动控制在能源发电和输电系统中的关键角色。
机电传动控制的基本原理
链条和链轮
讨论链条和链轮的特点和用途。
机电传动控制的常见问题与故障排除
1
常见问题
列举机电传动控制中常见的问题和挑战。
2
故障排除技巧
分享故障排除的实用技巧和方法。
3
预防维护
介绍预防维护的重要性，以减少故障发生的可能性。
机电传动控制的未来发展趋势
1 智能化技术
探讨人工智能和物联网对机电传动控制的影响。
电动机原理 控制器与驱动器
传感器与反馈系统
解释电动机的工作原理和各种类型的电动机。
介绍控制器和驱动器的功能，以及它们在机电传 动控制中的作用。
探讨传感器和反馈系统在机电传动控制中的重要 性。
机电传动元件与装置
齿轮
介绍不同类型的齿轮以及它们的 应用领域。
皮带和滑轮
探讨皮带和滑轮在机电传动中的 作用和优势。
2 可持续性
讨论机电传动控制在可持续发展方面的应用。
3 先进材料
介绍新材料对机电传动控制性能的改进。
总结与展望
通过本次复习总结，我们回顾了机电传动控制的基础知识和应用领域，了解 了其基本原理和常见问题。我们对机电传动控制的未来发展趋势充满期待。
机电传动控制复习总结
欢迎参加本次机电传动控制复习总结，我们将一起回顾机电传动控制的基础 知识，并探讨其在不同应用领域中的重要性。
机电传动控制总复习
液压传动
优势：可靠、传动力矩高、速度可调节。
气动传动
2
应用：工程机械、船舶和航空器。
优势：干净、安全、速度快。应用：工
业自动化生产线和流体控制系统。
3
共同点
适用于需要远距离传输力和能量的场景，
如机械加工和能源转换。
传感器的分类和特点
温度传感器
光电传感器
测量温度变化，如热敏电阻和热电偶。
检测光线强度和光反射，如光电开关和光电计
数器。
压力传感器
其他传感器
测量气体或液体的压力，如压阻式压力传感器
包括接近传感器、加速度传感器和流量传感器
和压电式压力传感器。
等多种类型。
控制技术的分类与应用
可编程逻辑控制器 (PLC)
A rduino
运动控制
广泛应用于工业自动化，实现逻
开源平台，用于构建各种嵌入式
制系统和机器人。
于机器人和数控机床等设备。
机电元件的分类和特性
电机
传动装置 ⚙️
传感器
了解不同类型的电机及其特性，
掌握齿轮传动、带传动和链传动
熟悉温度传感器、光电传感器和
如直流电机、交流感应电机和步
等常见传动方式。
压力传感器等常用传感器的工作
进电机。
原理和应用。
电机的分类和性能
直流电机
交流电动机
步进电机
简单、可调速、不大规模的电
机电传动控制总复习
欢迎来到机电传动控制总复习。本次复习将涵盖机电传动的基础知识回顾、
机电元件的分类和特性、电机的分类和性能等内容。
机电传动的基础知识回顾
1
定义清晰
了解机电传动的基本概念、原理和应用。
机电传动知识点
机电传动控制知识点1、机电传动控制系统的基本要素及其功能。
答：2、机电传动控制系统中，动力源是指什么？答：动力源是指驱动电动机的电源、驱动液压系统的液压源和驱动气压系统的气压源。
3、机电传动控制系统中，执行装置用于实现驱动功能和能量转换功能，包括以电、气压和液压等作为动力源的各种元器件及装置，常见的执行装置有哪些？答：以电作为动力源的直流电动机、直流伺服电动机、三相交流异步电动机、变频三相交流电动机、步进电动机、比例电磁铁、电动调节阀及电磁泵等；以气压作为动力源的气动马达和气缸；以油压作为动力源的液压马达和液压缸等。
4、自动控制系统的三个基本要求答：（1）稳定性：自动控制系统的最基本要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。
（2）快速性：在系统稳定的前提下，希望控制过程（过渡过程）进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差（偏差）过大。
合理的设计应该兼顾这两方面的要求。
（3）准确性：即要求动态误差和稳态误差都越小越好。
当与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。
5、能够根据控制系统的工作示意图。
指出系统的输入量、输出量和被控对象，并画出系统的方块图。
6、按讨论域，机电控制系统数学模型的分类。
答：时域模型—微分方程；复频域模型—传递函数、动静态框图；频域模型—频率特性、Bode图等。
7、分析控制系统，建立控制系统的微分方程、传递函数。
例，图中所示为由两个RC电路串联而成的滤波网络。
试建立输入电压ui和输出电压uo 之间动态关系的微分方程。
解设回路电流i 1和i 2为中间变量。
根据基尔霍夫电压定律对前一回路，有对后一回路，有且由上三式消去中间变量i 1和i 2，整理即得u i 和u o 之间动态关系的微分方程⎰-+=dt i i C i R u i )(121111⎰⎰+=-dt i C i R dt i i C 22222111)(1⎰=dt i C u o 221io o o u u dt du C R C R C R dt u d C R C R =++++)(2122112222118、传感器的构成，灵敏度的定义。
《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2、机电传动的动力学基础
详细描述
机电传动系统是将电能转换为机械能以驱动机械设备 运转的系统。它主要由电机、传动机构和控制装置三 部分组成。电机是将电能转换为机械能的核心部件， 通过电机的旋转运动实现机械能的输出；传动机构则 是将电机的输出与机械设备连接，实现减速、变速或 传递扭矩等功能；控制装置则是控制电机的启动、停 止、调速等操作，以实现对机械设备的精确控制。
该系统通常采用交流伺服电机驱动， 通过高精度编码器和反馈控制系统实 现精确的位置和速度控制。
此外，该系统还具有强大的故障诊断 和安全保护功能，以保障设备和操作 人员的安全。
工业机器人机电传动控制系统
工业机器人是自动化生产线上 不可或缺的重要设备，其机电 传动控制系统是实现高精度、
高效率、高可靠性的关键。
该系统通常采用直流伺服电机 驱动，通过高精度编码器和反 馈控制系统实现精确的位置和
速度控制。
工业机器人的机电传动控制系 统还具有高刚度、低惯量、低 摩擦等特性，以确保稳定、准 确的运动轨迹。
此外，该系统还具有强大的故 障诊断和安全保护功能，以保 障设备和生产线的稳定运行。
风力发电机的机电传动控制系统
机电传动控制2
contents
目录
• 机电传动系统概述 • 机电传动的动力学基础 • 机电传动系统的控制原理 • 机电传动系统的设计方法 • 机电传动控制系统的实现 • 机电传动控制系统的应用实例
01 机电传动系统概述
机电传动系统的定义与组成
总结词
机电传动系统是由电机、传动机构和控制装置组成的 ，用于实现机械能与电能之间转换的系统。
机电传动系统的分类
• 总结词：根据应用领域和功能特点，机电传动系统可分为直流电机传动、交流 电机传动、步进电机传动和伺服电机传动等类型。
机电传动控制重点内容总结
机电传动控制重点内容总结概述机电传动控制的目的与任务机电系统的组成电力拖动电气控制系统机械机电传动控制的任务将电能转换为机械能实现生产机械的启动、停止以及速度的调节完成各种生产工艺过程的要求保证生产过程的正常进行机电传动控制的目的第二章机电传动系统的运动学基础单轴拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式TM TL J d 2 dn J dt 60 dt 转动惯量和飞轮转矩的折算几种常见的负载特性恒转矩负载，离心式通风机型负载，直线型负载恒功率负载机电系统稳定运行的条件和判定方法第三章直流电机的工作原理及特性直流电机的基本结构和工作原理基本结构定子转子换向器工作原理发电机原理电动机原理电动势的大小和方向电磁转矩的大小和方向E K e nTM K m I a 直流他励电动机的机械特性机械特性的一般形式Ra U n Ia K e K e Ra U n T 2 K e K e K M 固有机械特性人为机械特性Ra U n T 2 K e K e K MU E I a RaP T 9.55 n PE K e n TM K m I a直流他励电动机的启动特性电动机固有的启动特性启动电流大启动转矩大启动方法电枢串电阻启动的方法启动电阻的选择直流他励电动机的调速特性调速方法特点电枢串电阻恒转矩调速特性电枢外加电压恒功率调速特性励磁磁通直流他励电动机的制动特性反馈制动产生的原因、制动过程与特点反接制动产生的原因、制动过程与特点能耗制动作用与特点第四章过渡过程过渡过程分析机电时间常数加快过渡过程的方法第五章交流电动机的工作原理及特性三相交流电动机的基本结构和工作原理基本结构定子转子工作原理旋转磁场的旋转速度旋转磁场的旋转方向转子的旋转速度三相交流电动机的额定参数定子绕组的连接方法额定参数连接方法的选用60 f n0 pn0 n S n0三相交流电动机的转矩特性与机械特性60 f n0 p S R2 n0 nm m X n0 20 U2 Tmax K 2 X 20 R2U 2 Tst K 2 2 R2 X 20 T max TN K 1 / f , X f 20三相交流电动机的启动、制动和调速特性固有启动特性启动方法调速方法与特点制动方法与特性单相交流电动机结构特点启动方法同步交流电动机结构特点特性启动方法第六章控制电机交直流伺服电机的工作原理如何消除自传现象第八章继电器接触器控制系统常用电器工作原理与使用场合接触器热继电器电流继电器电压继电器熔断器基本电路的分析与设计按钮、行程开关等继电器接触器电路的组成常用电动机控制电路按时间原则控制的电路按行程原则控制的电路按电流原则控制的电路按速度原则控制的电路各种保护第十三章步进电动机控制系统步进电动机的结构与工作原理齿数、相数通电方式步距角主要特性第十四章电机的选择电机容量的选择原则电机的发热和冷却不同工作制下电机容量的选择等效功率，力矩的折算电机种类，电压，转速，结构的选择。
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n0
60 f p
n0—旋转磁场的转速 f—电源频率（Hz） p—电机的极对数
异步电动机的转差率—S
S n0 n n0
电动机转速：
S=0.02~0.05
n n0 (1 S )
2020/4/23
基础知识
异步电动机
• 用途
• 三相笼型异步电动机具有结构简单、维修方 便、运行可靠等特点，与同容量其他电动机 相比，重量轻、成本低、价格便宜，因此应 用非常广泛。
n0
60 f p
2020/4/23
基础知识
同步电动机
• 用途：主要用作发电机，也用于大型机械如轧 钢机、压缩机、鼓风机、球磨机等的驱动电机。 应用同步电机时需要在定子（交流）和转子 （直流）都加电压，称为双边砺磁。
2020/4/23
基础知识
词汇表
• 机床电气控制：electrical control of machinery • 低压电器：low-voltage electrical appliances • 开关:switch • 熔断器:fuse • 交流接触器:AC contactor • 按钮:button • 行程开关:position limit switch • 继电器:relay • 三相笼型异步电动机：three-phase squirrel-cage asynchronous motor • 数控机床：Numerical Control machine • 加工中心：Machining Center • 直接数字控制：Direct Numerical Control • 柔性制造系统：Flexible Manufacturing System • 集成制造系统：Computer Integrated Manufacturing System
三相绕线型 异步电动机
直流电动机
• 直流电动机的构造
• 定子 • 转子
2020/4/23
基础知识
直流电动机
• 工作原理：左手定律
换向器
2020/4/23
基础知识
直流电动机
• 用途
• 一般用在低电压要求的电路中，直流电源可 以方便携带如电动自行车就是用直流电动机， 又如电脑风扇、收录机电机等都是。
内容提要
• 电器的分类与作用 • 常用低压电器 • 电动机
2020/4/23
绪论
电器的分类与作用
交流1200V以上、 直流1500V以上。
高压电器
一种能控制电路的设备
电器
用于交流1200V、直流1500V及 以下的电路中起通断、保护、控
低压电器
制或调节作用的电器产品。
其 它 电
器
行 程 开
关
熔 断 器
基础知识
热继电器
• 原理：两种金属线胀系数不同（α1，α2）当电流超 过额定值，金属片弯曲变形接通或断开电路。
2020/4/23
基础知识
时间继电器
• 空气阻尼式
• 阻容式时间继电器
2020/4/23
基础知识
速度继电器
• 结构：转子、定子和触点组成。
2020/4/23
基础知识
电动机
• 电动机的用途和分类 • 直流电动机 • 异步电动机 • 同步电动机
• 在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型 精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设 备要求严格线速度一致的地方等，通常都采 用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。
2020/4/23
基础知识
定子：产生磁场
• 主磁极（电磁铁）； • 换向极：换向极装在两主磁极之间，也是由铁心
和绕组构成； • 机座：固定主磁极、换向极和端盖； • 电刷装置：把直流电压、直流电流引入或引出。
2020/4/23
基础知识
定子：产生旋转磁场
• 定子铁芯：安放定子绕组 • 机座：固定与支撑定子铁芯 • 定子绕组：Y形或△形
2020/4/23
基础知识
转Hale Waihona Puke ：产生电磁转矩，并输出机械能• 转轴 • 转子铁芯 • 转子绕组
• 鼠笼式转子 • 绕线式
2020/4/23
基础知识
同步电动机
• 同步电动机的结构
基础知识
开关与熔断器
• 自动开关（空气开关）
• 熔断器（保险丝、fuse）
2020/4/23
基础知识
交流接触器
• 交流接触器结构
• 电磁机构：电磁线圈、动铁芯、定铁芯 • 触头机构：主触头（动合）、辅助触头（动合、动断）
2020/4/23
基础知识
按钮与行程开关
• 按钮
• 行程开关
2020/4/23
2020/4/23
基础知识
主磁级和换向极
电刷装置
2020/4/23
基础知识
转子(电枢)：产生电磁转矩和感应电动势
• 电枢铁芯 • 电枢绕组 • 换向器 • 轴和风扇等
电枢铁芯
2020/4/23
基础知识
异步电动机
• 概念：电机的转子转动的速度与定子所产生的旋转磁 场的旋转速度不一致，有一个转差。
开 关 电
器
继
接
电
触
器
器
指 示 灯
…
按 钮
微 动 式
滚 动 式
直 动 式
刀 开 关
组 合 开
关
自 动 开
关
熔 断 器
速 度 继 电
器
时 间 继 电
器
电交 热 磁流 继 式接 电 继触 器 电器
器
直 流 接 触
器
快 速 式
螺 旋 塞
式
管 式
智 能 式
开 启 式
装 置 式
电 子 式
电 动 式
空 气 阻 尼
式
直电 流流 电继 磁电
式器
中 间 继 电
器
电 压 继 电
器
2020/4/23
基础知识
常用低压电器
• 开关与熔断器 • 交流接触器 • 按钮与行程开关 • 热继电器 • 时间继电器 • 速度继电器
2020/4/23
基础知识
开关与熔断器
• 刀开关（闸刀开关 ）：
• 组合开关（转换开关）：
2020/4/23
• 也是由定子和转子构成，定子与异步电机结构相 同，转子不同，是个磁极，其铁芯上有砺磁绕组， 用直流砺磁。
2020/4/23
基础知识
同步电动机
• 同步电动机的工作原理
• 同步电动机接电源起动时，起动转短为零，因此， 必须采用某种方法（异步起动法 ）起动同步电动 机。当电动机的转速接近同步转速时，将直流励磁 电源通入转子，使转子励磁。这时，旋转磁场就能 紧紧地牵着转子一起转动。以后，两者转速保持相 等，即同步。
2020/4/23
基础知识
电动机的用途和分类
• 电动机：是一种把电能转换成机械能，并输出机械 转矩的动力设备。
• 结构：定子、转子
• 工作原理：利用通电导体在线圈磁场中产生的磁力
工作。
电动机
• 分类：
直流电动机
交流电动机
同步电动机
异步电动机
单相异步电动机 三相异步电动机
2020/4/23
基础知识
三相笼型异 步电动机
• 分类： • 按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机。 • 按照转子型式可分为鼠笼型和绕线型。 • 根据机壳不同的保护方式，可分为开启式、防护式、 封闭式和防爆式等。
2020/4/23
基础知识
异步电动机
• 结构
• 定子 • 转子
2020/4/23
基础知识
三相异步电动机
• 工作原理
同步转速：