【正文】 機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展 ? 傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展（簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)、直接驅(qū)動(dòng)） ? 電動(dòng)機(jī)的發(fā)展（交流、直線、高性能、大、小等） ? 調(diào)速技術(shù)的發(fā)展（交流、大范圍、高精度） ? 控制理論與技術(shù) 的發(fā)展（現(xiàn)代控制理論、非線性控制、模糊智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)） ? 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展（分布式控制、現(xiàn)場(chǎng)總線、 FMS/CIMS） 傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展 ? 動(dòng)力源 ： 蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī) ? 機(jī)電傳動(dòng)方式 ： ? 成組拖動(dòng)：一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)多臺(tái)設(shè)備，老方式，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，效率低。 ? 多電機(jī)拖動(dòng)：多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)設(shè)備，現(xiàn)代的傳動(dòng)方法。 ? 交流電機(jī)：采用交流電源，克服了直流電機(jī)的缺點(diǎn)，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使其成為主流。 電動(dòng)機(jī)的分類 ? 旋轉(zhuǎn)電機(jī)： 實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)需要專門的機(jī)械傳動(dòng)裝置，在高速、高精度應(yīng)用中有一定缺陷（高速高精度、直接驅(qū)動(dòng)）。（兩個(gè)發(fā)展方向：一種是大推力，另外是高相應(yīng)。控制速度慢，控制精度差?？焖傩约翱刂凭榷即蟠蟪^(guò)了最初的斷續(xù)控制，并簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，減少了電路中的觸點(diǎn)，提高了可靠性，也提高生產(chǎn)效率； ?晶閘管 、 晶體管控制： 40年代 ~50年代 ， 晶閘管控制就取代了水銀整流器控制 ， 后又出現(xiàn)了功率晶體管控制 ， 由于晶體管 、 晶閘管具有效率高 、 控制特性好 、 反應(yīng)快 、 壽命長(zhǎng) 、 可靠性高 、 維護(hù)容易 、 體積小 、 重要輕等優(yōu)點(diǎn) ， 它的出現(xiàn)為機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)辟了新紀(jì)元 。 ?CNC（ Computer Numerical Control） /FMS/CIMS：現(xiàn)代控制 控制系統(tǒng)的發(fā)展及比較 控制理論與技術(shù)的發(fā)展 ? 開(kāi)環(huán)控制（步進(jìn)電機(jī)、變頻調(diào)速等） ? 閉環(huán)控制：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、自適應(yīng)控制、模糊控制、智能控制 ? 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) SYSMAC CQM1 OMRONCQM1 I/O Link 單元 8/16點(diǎn)遠(yuǎn)程 I/O 終端 16點(diǎn)遠(yuǎn)程 8點(diǎn)傳感器終端 2/4點(diǎn)模擬量終端 C200HWDRM21V1 主單元 CVM1DRM21V1 主單元 3G8B3DRM21E VME 工控機(jī)主站板 New 3G8E2DRM21E 配置器 (PCMCIA) 3G8F5DRM21E 配置器 (ISA Board) New New New New 產(chǎn)品線 PID、溫度、高速 計(jì) 數(shù) 終 端 New T型分支 終 端 電 阻 產(chǎn)品線 主干線 分支線 多層現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)總線在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備作為從站 所有的元件都支持現(xiàn)場(chǎng)總線 混和式 考慮擴(kuò)展的方案 必備的基礎(chǔ)知識(shí) ? 高等數(shù)學(xué) ? 物理 ? 電路與磁路 ? 模擬電子技術(shù) ? 數(shù)字電路 ? 微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù) ? 控制工程 教學(xué)安排與考試 ? 課內(nèi)講課和習(xí)題課時(shí)間 56學(xué)時(shí) 1. 教材內(nèi)容講授 2. 課堂作業(yè)（ 45次） ? 實(shí)驗(yàn) 8學(xué)時(shí)， ? 復(fù)習(xí)、練習(xí)、寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等課外時(shí)間 140學(xué)時(shí) ? 成績(jī)以期末考試、作業(yè)和課堂作業(yè)三方面為主 第二章：機(jī)電傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)： ? 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式； ? 多軸傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和 方法； ? 了解幾種典型生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性； ? 了解機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件以及學(xué)會(huì)分析實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 一、單軸拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 二、 運(yùn)動(dòng)方程式 dtdnJdtdJTTLM 602 ?? ???dLM TTT ??運(yùn)動(dòng)方程式 轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩（ ） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（ ） 角速度（ rad/s） 速度（ r/min） 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài) 四、 的參考方向 nTTLM 、? 運(yùn)動(dòng)方程式是根據(jù)前圖中關(guān)于轉(zhuǎn)矩正方向的約定：由于傳動(dòng)系統(tǒng)有各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ， 相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩就有不同的符號(hào) 。 ? 當(dāng) TM的實(shí)際作用方向與 n的方向 相同 時(shí) ， TM取與 n相同的符號(hào) ， 否則取與 n相反的符號(hào)； ? 當(dāng) TL的實(shí)際作用方向與 n的方向 相反 時(shí) ， TL取與 n相同的符號(hào) ， 否則取與 n相反的符號(hào) 。 ? 若 TL與 n的符號(hào)相同 （ 同為正或同為負(fù) ） ， 則表示 TL的作用方向相同 ， 為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；若 TL與n的符號(hào)相反 ， 則表示 TL的作用方向相同 ， 為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。TM、 TL、 n的方向如圖（ a）所示 dtdnJTTLM 602 ???舉例 ? 當(dāng)重物下降時(shí)， TM的作用方向與 n的方向相反，故 TM的符號(hào)與 n的符號(hào)相反， n為負(fù)， TM為正；而 TL的作用方向與 n的方向相同，故 TL的符號(hào)與 n的符號(hào)相反，為正。 折算的原則是：靜態(tài)時(shí) ， 折算前后系統(tǒng)總的 傳輸功率 不變 。 ?不同類型的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中受阻力的性質(zhì)不同，其機(jī)械特性曲線的形狀也有所不同。 機(jī)械加工過(guò)程中切削力產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是反抗轉(zhuǎn)矩 。轉(zhuǎn)矩大小恒定不變； 按 的約定可知 ， 反抗轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速 n取相同的符號(hào) ， 即n為正方向時(shí) TL為正 ， 特性在第一象限； n為負(fù)方向時(shí)TL為負(fù) ， 特性在第三象限 ， 位能轉(zhuǎn)矩：由物體的的重力和彈性體的壓縮 、 拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用而產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ， 其特點(diǎn)為： 作用方向不變 ， 與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān) ， 即在某一方向阻礙運(yùn)動(dòng) ， 而在另一方向促進(jìn)運(yùn)動(dòng) 。 （ 好理解嗎 ？？？ ） 十一、 離心式通風(fēng)型機(jī)械特性 2CnT L ?虛線表示在有摩擦負(fù)載的實(shí)際情況 十二、直線型機(jī)特性械 CnT L ?實(shí)驗(yàn)室中模擬負(fù)載用的他勵(lì)電動(dòng)機(jī) ， 當(dāng)勵(lì)磁電流和電樞電阻固定不變時(shí) ， 其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比 ， 即呈現(xiàn)直線型機(jī)械特性 。但在不同轉(zhuǎn)速下 ， 切削功率基本不變 。 十四、幾種負(fù)載比較 十五、 機(jī)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的含義 ?系統(tǒng)應(yīng)能一定速度勻速運(yùn)行； ?系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動(dòng)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等）使運(yùn)行速度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復(fù)到原來(lái)的運(yùn)行速度。 ? 系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力，即：當(dāng)干擾使速度上升時(shí)，有 TMTL；否則，當(dāng)干擾使速度下降時(shí)，有 TMTL 。 舉例 1 舉例 2 ? 負(fù)載特性曲線各電機(jī)特性曲線有交點(diǎn)（平衡點(diǎn)） ? 當(dāng)有擾動(dòng)使得負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速下降，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩下降的速度比電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快，所以總的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩還是隨轉(zhuǎn)速下降增大，使得系統(tǒng)返回平衡點(diǎn)， ? 所以此點(diǎn)是穩(wěn)定的，為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 空載特性： 空載時(shí) ，輸出電壓與 勵(lì)磁電流 的關(guān)系 外特性：額定轉(zhuǎn)速和一定勵(lì)磁 下，輸出電壓和 輸出電流 之間 的關(guān)系 (由于電樞反應(yīng)不是直線 ) 分析電機(jī)特性的三個(gè)平衡 ? 轉(zhuǎn)矩平衡 ? 功率平衡 ? 電壓平衡 并 勵(lì)發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性 U=EIaRa Ia =（ EU） /Ra I=U/R If =U/Rf Ia =I+If Rf》 R， Ia =I 正常工作條件： 剩磁 勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與剩磁方向相同 E=IfRf和 E=f（ If）有交點(diǎn) 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 %1 0 00/,002?????????????????????????????nTdndTKUnnTnnTKKRKUnKTIIKTIKRKUnnKERIEUemeaemaamaeaeeaa?機(jī)械特性硬度：時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速：機(jī)械特性硬度 ? 為了衡量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化的情況，即機(jī)械特性的平直度引入機(jī)械特性硬度： ，如直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)等軟特性（（流異步電動(dòng)機(jī)的上部等交，如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，硬特性（（），如同步電動(dòng)機(jī)等絕對(duì)硬特性（機(jī)械特性硬度：)10)3)10)2)1(%1 0 0?????????????nTdndT一、固有機(jī)械特性 ? 固有機(jī)械特性：自然特性，指額定條件下 （額定電壓和額定磁通）下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時(shí)的 的機(jī)械特性，可以由銘牌數(shù)據(jù)求出。 ? 由上述數(shù)據(jù)可以求出 Ra， Ke?， n0， TN NNaNNaNNNNNNNNNNNaaaIURIURIIUIUIUPIUPRIR/)1)(~()1)(~((1:%75%50)122????????????????????為電動(dòng)機(jī)的效率））（輸出功率輸入功率占總功耗的銅耗：在額定負(fù)載下估算電樞電阻??????????性。 ? 為什么需要人為機(jī)械特性？？？ 電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 nnKRRKUnRTKRKUnNeadaNeNadNeaNeN?????????????022串（ 1） 二者的理想空載轉(zhuǎn)速是相同的； （ 2）轉(zhuǎn)速降卻變大了，即特性變軟。 由于電機(jī)的絕緣強(qiáng)度等因素， 只能在額定電壓以下改變其 特性。變大，減小磁通量，所以改變磁通一般只能接近飽和狀態(tài)，由于額定狀態(tài)下，磁通變的要快。 ?????? mLaLam KTITIKT /串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 為一直線。以上函數(shù)為近似雙曲線電流成正比，即：勵(lì)磁電流，也就是電樞和飽和，磁通、負(fù)載較輕時(shí)，磁路未??????????????????2///122CKRKCTKUTKKRKUnKCTCKIKTCIeameNmeaeNmmama由于串勵(lì)電