大学精品课件：机电传动复习提纲.doc

1、机电传动控制技术复习提纲 第一章 绪论 一、了解机电传动的目的、任务（重点） 1、 目的：把电能转换成机械能，实现设备的启动、停止、调速等动作，保证生产过程正常进行。 2、 任务：a、广义：实现设备、生产线、车间、工厂的自动化； b、狭义：增加产量、提高质量、降低能耗、改善工人工作条件。 二、了解机电传动的发展过程 1、 成组驱动 2、 单机驱动 3、 多机驱动、 三、了解控制系统的发展 1、 元件的发展： 2、 控制手段的发展 第二章 机电传动系统的动力学基础 教学目标和要求： 1、掌握机电传动系统的运动方程式及其含义； 2、掌握多轴拖动系统中转矩折算的基本原则和方法； 3、了解几种典型生产

2、机械的负载特性； 4、了解机电传动系统稳定运行的条件，并能用它来分析系统的稳定平衡点。 一、机电传动的运动方程 （由直线运动方程引出旋转运动方程） （重点） 二、惯性的慨念及物理意义 三、电机运动状态 1、 动态：系统处于加速或减速的运动状态 2、 静态：=常数或 ddt0 四、传动比与速度、转矩的关系（重点） 五、等效转动惯量的概念及折算（重点） 六、生产机械的机械特性：同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系，称为机械特性。 1、恒转矩型机械特性（TL为常数） 2、 恒功率型机械特性（P 为常数） 3、离心式通风机型机械特性 gGDmDmJ4/4/ 222 s rmN mNLmNM td n

3、dGD TT min/ 2 375 2 dt d JTT LM 22 1 1 L L MZ j J j J JJ LC L MC LL L j TT T 第 页，共 页 4、直线型机械特性 七、生产设备的稳定性判断准则（难点） 1、稳定运行的含义 1) 系统匀速运转 2) 在干扰消除后，系统恢复到原运行速度 2、稳定运行的条件 1) 必要条件 TM = TL ，方向相反；两特性曲线有 交点（即系统平衡点） 。 2) 充分条件 系统有稳定平衡点（a 点） 。 n n a ，TM 0，加速 八、 机电传动系统的过渡过程 本授课单元教学目标或要求： 1、 了解稳态、动态和过渡过程的概念 2、 了解影

4、响过渡过程的因素及提高系统响应的措施 （一） 、机电传动系统的一般要求 1、 过渡过程尽可能短（响应要快） ； 2、尽可能无超调、无静差； 3、 速度稳定波动小。 过渡过程：是指机电系统由一种稳定工作状态变化到另一稳定工作状态的过程。 （二） 、引起工作状态变化的因素： 1、 给定发生变化（根据工作要求人为改变给定，例如：加速、减速、停机等） ； 2、 负载波动（切削力突变） ； 3、 外界干扰（如电压波动） ； （三） 、影响机电系统过渡过程的因素： 1、 机械惯性，使速度不能突变； 2、 电磁惯性（电感、电容等储能元件影响电压、电流的变化） ； 3、热惯性（主要影响电阻和磁导率的变化） （

5、影响较小一般可不考虑） 。 （四） 、提高系统响应的措施（重点） 1、 选取力矩大且过载能力大的电机以获得大的 TM；（过载能力大意味着 T max/ GD2大）； 2、 减小电机及负载的 GD2，电机转子及执行机构尽可能做成细长型； 3、 选用效率高的中间减速机构减小 TL 第 页，共 页 4、 选取合适的减速比。当折算到电机输出轴的等效转动惯量 J /等于电机的转动惯量 J M时，系统响 应最快。 5、选取合适的 PID 控制参数或控制算法 第三章 直流电机的工作原理及特性 教学目标和要求： 1、掌握直流电机的基本工作原理及特性； 2、掌握直流电机的机械特性； 3、掌握直流电机的人为机械特

6、性； 4、掌握直流电机的启动、调速、制动的方法及其优缺点； 一、预备知识： 1、电磁感应定律 (楞次定律)（感应电动势总是阻碍原磁场的变化） e=N d/dt （右手定则） 2、运动电动势：e=BLv 3、电磁力定律：F=BLI； T=BLRI； （左手定则） 二、了解直流电机的工作原理及构成 1、 电枢、定子、电刷、换向器的作用 a、 转子的作用：实现能量转换： b、 换向器的作用：与电刷配合，改变流进（电动机） 、流出（发电机）电枢绕组的电流的方向。 c、 电刷的作用： 通过换向器使转动的电枢与固定的外部电路保持接触。 向执行机构提供 （电动机） 或收集（发电机）电荷。 d、 定子的作用：

7、产生固定的磁场。 2、 直流电机的励磁方式：他励、并励、串励、复励 3、 他励电机的数学模型（难点） 4、 他励直流电机的机械特性（重点） 三、人为机械特性 人为机械特性是指人为改变（3 13）中的相关参数得到的机械特性。 1、电枢绕组串接电阻 2、改变电枢电压 3、改变磁通 四、直流电机的启动、停止、换向、制动、调速方式（重点） （一） 、启动条件： 1、启动转矩要足够大； 2、启动电流不要太大； 3、启动要平稳。 （二） 、调速 1、改变电枢电阻调速 2、改变电枢电压调速 3、改变磁通（调磁） （三） 、反转（换向） 第 页，共 页 1、改变励磁电流的方向。 2、或改变电枢电流的方向。 （

8、四） 、制动：是指在电机轴上施加一个与电机旋转方向相反的力矩，使电机强行减速。 （T 与 n 反 向） 1、机械制动 2、电磁制动 （1）反接制动 （2）能耗制动 （3） 发电回馈制动 第四章 交流电动机工作原理及特性 本授课单元教学目标或要求： 1、了解异步电机的基本结构和工作原理； 2、熟悉异步电机的机械特性； 3、掌握异步电机的启动、调速方式和特点； 4、理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。 一、 三相异步电机的分类 （一） 、同步电机（定、转子磁场同速） ： 1、永磁同步电机（永磁体） 2、励磁同步电机（换成励磁） （二） 、异步电机（感应电机。定、转子磁场不同速） ） 1、绕线异步

9、电机（电源换成电阻） 2、鼠笼异步电机（把电阻去掉） 二、三相异步电机的工作原理及结构 1、 定子旋转磁场的建立； （难点） 2、 异步电机的基本结构和工作原理； （重点） 3、 异步电机的机械特性； （重点） 三个重要转矩： a.额定转矩 TN b.、最大转矩 Tmax c .、起动转矩 Tst 机械特性曲线的四个特征点 ： 1）、理想空载工作点 A T=0、 n=n0 、 S=0 2）、 额定工作点 B T=TN、 n=nN 、 S=SN 3）、 启动工作点 C T=Tst、n=0 、 S=1 4）、临界工作点 D T=Tmax、n= nm 、S=Sm 4、人为机械特性 1) U1 变化对

10、机械特性的影响 ；2）R2 变化对机械特性的影响 5、影响异步电机转速的参数； 2 20 2 2 2 12 )(sXR UsR KT T 第 页，共 页 本授课单元教学目标或要求： 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等） ： 6、异步电机的启动方式、调速方式和特点（重点） 1） 、起动问题：起动电流大，起动转矩小。 a. 直接起动 b. 降压起动 Y- 换接起动 （仅适用于正常运行为三角形接法的电机，且为空载或轻载起动 的场合。 c. 转子串电阻起动 2） 、调速 a、变频调速 (无级调速) 速度刚性不变，启动转矩大，可实现无级平滑调速,调速性能

11、优异， 是目前异步电机最理想的调速方法。 b、变极调速 (有级调速) 调速时其转速呈跳跃性变化 c、变转差率调速 (无级调速) 绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备 简单投资少，缺点是能耗较大。 3） 、制动 a、机械制动 b、电气制动 （a） 、能耗制动 （b） 、反接制动 （c） 、发电反馈制动 6、定子绕组的接线方法（Y） ； 7、电机力矩、功率的计算； （重点） 三、同步电动机工作原理及失步问题。 四、单相异步电机的工作原理 授课题目（教学章节或主题） ： 第五章 控制电机 一、控制电机的用途与要求 1、 用途：用于自动控制、自动调节、远程控制、伺服控制系统。 2、

12、对控制电机的一般要求：动作灵敏、响应快、控制精度高、稳定性好。 二、伺服电机的特点： 1、调速范围大（由几分钟一转到每分钟上万转） 2、转子的惯性小（即转动惯量小） ； 3、控制功率小、过载能力强； 三、交流伺服电机的工作原理； （重点） 1、自转及消除自转的措施； （难点） 四 伺服控制系统的一般组成及分类 1、位置伺服： 以保证位置精度为控制目标； 2、速度伺服： 以保证速度精度为控制目标； 3、加速度伺服： 以保证加速度精度为控制目标； 4、力伺服： 以保证力或力矩精度为控制目标 五、目前常用的轴角速度的检测方法 cos3 1NNI UP 第 页，共 页 第六章 继电器与接触器控制系统

13、教学目标或要求： 1、了解控制电器的分类及用途； 2、熟悉继电器、接触器的工作原理； 3、熟悉各种控制电器的表示符号； 4、掌握继电器、接触器控制电路的设计方法，并能分析复杂控制电路 一、常用低压电器简介 1、低压电器的分类 2、电器元件的符号 二、基本控制线路（自锁、互锁、连锁的实现；顺序、行程、时间控制的实现） （重点、难点） 1、电机起动、停车（点动、连续运行、多地点控制、顺序控制等） 2、 电机正反转控制 3、 行程控制 4、 时间控制 三、电动机的保护 1、失压保护：采用继电器、接触器控制 2、短路保护：加熔断器 3、过载保护：加热继电器 第八章 电力电子学晶闸管及其基本电路 教学目

14、标或要求： 1、掌握晶闸管的基本工作原理； 2、掌握可控整流电路的工作原理； 3、了解触发电路的基本工作原理； 4、了解逆变器的工作原理。 一、电力半导体器件工作原理及优、缺点： 1、优、缺点 2、工作原理 二、单相可控整流电路 1、控制角（晶闸管元件承受正向电压起始点到触发脉冲作用点之间的电角度） ， 2、导通角（晶闸管在一周期时间内导通的电角度） ， 第 页，共 页 三相桥式全控整流电路 （重点、难点） 三、逆变器 1、整流：把交流电变成直流电供给负载，称为整流； 2、逆变：把直流电变成交流电，称之为逆变。 （整流的逆向过程） 逆变要解决的两个基本问题 1）幅值控制； 2）频率控制。 五、

15、晶闸管的触发电路 1、单结晶体管的特性曲线 2、单结晶体管触发电路 ） ： 第九章 直流传动控制系统 教学目标或要求： 1、了解机电传动控制系统的组成和分类； 2、掌握自动调速系统中各个基本环节、各个反馈环节的作用和特点； 3、根据生产机械的特点和要求正确选择和使用机电传动控制系统。 一、机电传动系统的组成与分类 1、分类 按驱动动力划分可分为： a、直流传动控制系统； b、交流传动控制系统。 按控制方式划分可分为： a、断续控制系统； b、连续控制系统。 2、组成 机电传动控制系统通常由给定信号、控制装置（系统） 、驱动装置（系统） 、反馈装置（系统）组 成。 （反馈系统不是必需的） 二、开

16、环控制系统（重点） （一） 、开环控制系统的定义：只有控制量（输入量）对被控制量（输出量）的单向控制作用，而没 有被控制量对控制量的影响的系统称为开环控制系统。 （二)、开环控制系统的特征与特点： 系统的输出不参与控制（特征） ，因此没有自动调节作用（特点） 。 （三） 、开环控制系统适用的场合 1、速度刚性很硬的系统（同步电机、步进电机调速系统） ； 2、精度要求不太高的应用场合； 3、调速范围不大、负载变化不大的应用场合。 三、闭环控制系统（重点） （一） 、闭环控制系统的定义：控制量（输入量）与被控制量（输出量）有相互联系与影响，被控制 量参与控制的系统称为闭环控制系统。 （二） 、闭环

17、控制系统的特征与特点：系统的输出部分或全部参与控制（特征） ； 特点： 1、系统有自动调节作用； 2、放大倍数比开环时小为开环放大倍数的 1/（1+Kf ） ； 3、系统可能出现不稳定，振荡甚至发散（由于反馈相位滞后过大形成正反馈） 。 四、机电控制系统调速方案的选择 第 页，共 页 （一） 、机械与电气调速方法： 1、机械调速 2、液压调速 3、气动调速 4、电气调速 5、联合调速 （二） 、机械传动的优缺点 （三） 、电气传动的优缺点 （四） 、机电传动控制方案确定的原则 五、晶闸管-电动机直流调速系统（重点）（重点） 1、有静差调速系统（静差形成的原因之一是因为受输入设备的分辨率的限制。

18、 ） 特点：放大器为比例放大器 2、无静差调速系统 第十章 交流传动控制系统（一） 教学目标或要求： 1、掌握交流调速的基本原理及类型； 2、熟悉交流电机调速的特性、特点及适用场合； 3、了解交流变频调速的原理和特性。 4、了解交流变频调速的原理和特性。 5、了解矢量控制变频调速的原理和特性。 一、交流电机的主要调速方法：异步电动机的调速方法大致分为三种，即改变转差率 s、改变极对数 p、和改变频率 f 1、电磁转差离合器调速系统 2、交流调压调速系统（电机软启动器主要采用交流调压调速方式实现） 3、变频调速 二、晶闸管变频调速（重点） 1、采用 V/F 控制的变频调速的工作原理 2、电压型逆

19、变器与电流型逆变器的主要区别 1）电压型逆变器：直流电源并联有大容量滤波电容器 Cd。 2）电流型逆变器：直流电源上串联了大电感 Ld 3、 、改变变频器压频比的常用调制方式 1） 、三角波 PWM 调制法； 2） 、电流跟踪 PWM 调制法； 三、采用变频调速要注意的问题 1、直流过压 2、过流 3、共振点的避让 4、压频比的选择 四、交-交变频调速（直接把固定频率的交流电转变成所需频率的交流电。但只能降频不能升频） 1、交-交变频调速原理（难点） 2、交-交变频的输出频率与调速范围 fo=p fi/6 3、交-交变频器的特点 第 页，共 页 五、异步电机矢量控制原理（矢量控制的实质就是把普

20、通变频三相同频同幅的控制，变成三相同频 不同幅的控制。 ） （重点） 六、无换向器电动机及其调速系统 授课题目（教学章节或主题） ： 第十一章 步进电机传动控制系统 本授课单元教学目标或要求： 1、掌握步进电机的基本结构与工作原理； 2、了解步进电机的驱动方式与驱动电路； 3、了解环形分配器的实现方式。 本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，以及引导学生解决重点难点的方法、例题等） ： 一、步进电机的分类 1、定位电磁铁原理的步进电机； 2、反应式步进电机（变磁阻式） ； 3、永磁式步进电机； 4、混合式步进电机。 二、步进电机的结构与工作原理（重点） 三、步进电机的步距角、和拍的定义 1、步距角、分辨率与控制精度的关系； 2、相与拍的关系； 3、步进电机的转速与相和拍的关系 四、提高步进电机分辨率的方法： 1、增加转子齿数 Z（设计成小步距角的步进电机） ； 2、增加定子绕组相数 m（做成多相） ； 3、做成多段式结构； 4、采用电流细分技术 五、环形分配器的实现 1、硬件环形分配器； 2、软件环形分配器 六、步进电机的驱动电路 1、单电压限流型驱动电路 2、双电源高低压切换型驱动电路 七、引起步进电机失步的原因 1、步进电机的力矩不够； 2、加减速过快； 八、步进电机控制的优缺点 九、步进电机步距角的细分技术。