机电传动控制技术系列讲座主讲老师：**生第二讲系列讲座简介机电传动控制技术系列讲座内容:第一讲：机电传动概述及控制系统中常用检测元件主要内容：讲述机电传动的目的和任务及发展概况，介绍机电传动控制系统中常用的元器件（如速度传感器、线位移传感器、角位移传感器等）。第二讲：机电传动控制系统主要内容：讲述机电传动控制系统的组成和分类，重点介绍机电传动控制系统调速方法。第三讲：步进电机控制系统主要内容：讲述步进电机的结构、原理和控制系统;重点介绍步进电机的控制与应用等方面的知识。机电传动控制技术机电传动控制技术系列讲座系列讲座内容：2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.2调速系统主要性能指标2.3晶闸管—电动机调速系统第二讲机电传动控制系统2.1机电传动系统的组成及动力学基础1.组成电气控制系统电力拖动或机电传动机械运动部件机电传动控制系统一般可分三大部分组成：机电传动控制机电系统的一般组成2.1机电传动系统的组成及动力学基础1.组成在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电机，而且还包括控制电动机的一整套控制系统，以满足生产过程自动化的要求。也就是说，现代机电传动是和各种控制组成的自动控制系统联系在一起的。2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础转矩T与角速度ω（或转速n）之间的函数关系称为运动方程式。2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础dt在实际工程计算中，往往用转速n代替角速度ω，用飞轮惯量GD其中，ρ和D分别定义为惯性半径和惯性直径，而质量m和重力G的关系是G=mg，g为重力加速度，所以，J与GD将式（2）和式（3）代入式（1），就可得运动方程的实用形式：dtdnGD2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础运动方程是研究机电传动系统最基本的方程式，它决定着系统运动的特征。时，a=dn/dt0为负，传动系统为减速运动。系统处于加速或减速的运动状态称为动态。处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩:dtdnGDdtdnGD2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础这样运动方程式（1）或（4）也可写成转矩平衡方程dtdnGDdtdnGD就是说，在任何情况下，电动机所产生的转矩总是由轴上的负载转矩（即静态转矩）和动态转矩之和所平衡JDB电子。dt2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础由于传动系统有多种运动状态，相应的运动方程式中的转速和转矩就有不同的符号。因为，电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以转动方向为参考来确定转矩的正负。约定：设电动机某一运动方向的转速n为正，则约定电动机转与n相反的方向为正。2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础约定设电动机某一运动方向的转速n为正，则约定：电机转矩T与n一致的方向为正，负载转矩T2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础为制动转矩2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础为拖动转矩2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础例1：如图7、图8所示，在提升重物过程中，试判定卷扬机启动和制动时电机转矩T为拖动转矩解：先判方向，后列运动方程式dtdnGDdtdnGDdtdnGD375375375加速运行状态减速减速图中箭头方向表示转矩的实际方向:试列出几种情况下的系统的运动方程式,并说明系统的运行状态是加速、减速、还是匀速?2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础2.1机电传动系统的组成及动力学基础2.机电传动系统的动力学基础dtdnGD例3：试列出以下几种情况下系统的运动方程式，并说明系统的运行状态是加速、减速还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）a匀速b减速c减速d加速e减速f匀速2.1机电传动系统的组成及动力学基础3.负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算机电传动系统类型负载转矩要折算单轴拖动系统图10多轴拖动系统旋转运动图11多轴拖动系统直线运动转动惯量要折算GDGDGD把式（6）和式（7）代入式（4），就得到多轴拖动系统的运动方程：dtdnGDdtdnGD2.2调速系统的主要指标调速系统主要有直流调速系统和交流调速系统两种。直流调速系统以直流电动机为动力，交流调速系统要交流电动机为动力。直流调速系统虽不象交流电动机那样结构简单、制造方便维修容易、价格便宜等，但具有良好的调速性能，很宽的平滑调速范围。目前，直流调速系统仍应用于控制性能要求较高的一些生产机械上，而从控制技术的角度来看，直流调速系统又是交流调速系统的基础。图11多轴拖动系统直线调速系统的主要指标如一般冷轧机S0.2；普通机床S0.3；龙门刨床S0.5；而高精度的造纸机S0.04minmaxminmax(10)当静差度为一定数值时，冷轧机D=3～15；普通机床D=20～120；龙门刨床D=20～40；机床的进给机构D=5～30000等。max图12自动调速系统的动态特性100%一般在10%～35%(3)过渡过程(2)振荡次数2.2调速系统的主要指标图13自动调速系统动态性能的比较系统1时间过长系统2振荡次数多系统3较好5%2.2调速系统的主要指标2.3晶管管－电动机直流调速系统目前，晶闸管－电动机直流调速系统仍在大功率系统中广泛使用。常用的晶闸管－电动机直流调速系统有：单轴拖动系统图10多轴拖动系统旋转运动图11多轴拖动系统直线晶管管－电动机直流调速系统1、单闭环直流调速系统分类：（1）有静差调速系统（2）无静差调速系统图10多轴拖动系统旋转运动图11多轴拖动系统直线运动单纯由被调量负反馈组成的比例控制的单闭环系统属有静差调速系统按积分（或比例积分）控制的单闭环系统属无静差调速系统2.3晶管管－电动机直流调速系统1、单闭环直流调速系统（1）转速负反馈调速系统1）有静差调速系统图14有静差转速负反馈调速系统电动机比较器GPASR控制器（放大）执行器（比例运算）调节机构转速传感器2.3晶管管－电动机直流调速系统1）有静差调速系统图14有静差转速负反馈调速系统电动机给定电路GPASR比例放大器执行器（比例运算）调节机构转速传感器当负载突然发生变动时,电动机转速会随之发生变化,系统就将进行自动调节。2.3晶管管－电动机直流调速系统1）有静差调速系统图14有静差转速负反馈调速系统电动机给定电路GPASR比例放大器执行器（比例运算）调节机构 转速传感器 该系统中反馈信号是控制转速n本身，且反馈电压U 的极性相反，故称之为转速负反馈调速系统。2.3 晶管管－电动机直流调速系统 1）有静差调速系统 图14 有静差转速负反馈调速系统 电动机给定电路 GPASR 比例放大器执行器（比例运算） 调节机构 转速传感器 一个调速系统必须包括调速和稳速两大功能： 调速－改变电路参数从而改变电动机的转速； 稳速－抑制负载变化或其它干扰因素引起的转速变化。 2.3 晶管管－电动机直流调速系统 1）有静差调速系统 图14 有静差转速负反馈调速系统 电动机给定电路 GPASR 比例放大器执行器（比例运算） 调节机构 转速传感器 带转速负反馈的有静差调速系统的机械特性方程为： 图15有静差机械特性 2.3 晶管管－电动机直流调速系统 1）有静差调速系统 图11 有静差转速负反馈调速系统 电动机给定电路 GPASR 比例放大器执行器（比例运算） 调节机构 转速传感器 开环系统的机械特性方程为： 图16开环机械特性2.3 晶管管－电动机直流调速系统 1）有静差调速系统 比较式（11）与式（12），不难看出以下三点： （11）在给定电压一定时，有： 如果闭环与开环的空载转速调得一样时，则： 在最大运行转速和最大允许静差度不变下：