电气传动与可编程控制器(PLC)

1电气传动与可编程控制器（PLC）主讲：西南科技大学制造学院任同电话：6508587E-mail:[e-mail]2第一章概论1.1课程的性质、基本要求、意义和目标对本课程的基本要求：熟悉先修的课程，学习后应了解什么？掌握什么？学会什么？1、掌握常用电机、电器、晶闸管等及其电路的工作原理、主要特性，了解其应用和选用的方法；本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门主干技术基础课。3第一章概论2、掌握继电器-接触器控制、PLC控制器的基本原理，学会用它们来实现生产过程的自动控制；3、掌握常用的开环、闭环驱动控制系统的基本工作原理和特点、了解其性能及其应用场所；4、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力；5、掌握机电传动的基本规律，学会分析控制系统的基本方法；4机电传动与控制课程的内容，包含拖动生产机械的电动机，和控制电机的一整套控制系统。其它要求：迎评创优、作业、实验等要求教材选用：《机电传动控制》邓星钟，华中科技大学出版社，2001年3版及其《学习辅导与习题》学习本课程旨在培养具有创新精神和实践能力的“机电复合型”人才。第一章概论5第一章概论本课程的特点和学好课程的方法：学习时首先了解问题是如何提出的，特别注意对基本概念、原理、公式的理解和掌握，相互联系，了解其应用。做有关的习题、思考题及自测练习。坚持老师为主导，学生为主体的思想。根据学科的发展与其内在规律，以伺服驱动系统为主导，以控制为线索，学习和掌握机电一体化技术所需的强电控制知识。6第一章概述第二章机电传动系统的动力学方程第三—七章电机特性第八章继电器-接触器控制第九章PLC第十章晶闸管电路（简介）第十一、十二章直、交流传动控制第十三章步进电机传动控制系统简介实验4学时1.2机电传动控制课程安排71.3机电传动的目的和任务：电动机+生产机械+控制系统→机电传动系统目的：电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、调速，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常运行。任务：指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加，质量的提高，生产成本的降低，劳动条件的改善以及能量的合理利用。81.4机电传动及控制系统的发展概况1.机电传动的发展概况（3个阶段）成组拖动→单电机拖动→多电机拖动2.控制系统的发展概况（4个阶段）20C初的继电控制；→30-40年代出现的电机放大控制，磁放大控制；→50年代末出现晶闸管、功率管控制、采样控制；→70年代CNC和80年代以来FMS→CIMS；9第二章机电传动系统的动力学基础本章基本要求：掌握机电传动系统的运行方程式，用它来分析和判别机电传动系统的运行状态；为列出多轴拖动系统的运行方程式，必须将转矩等进行折算，掌握其折算的原则和方法；了解几种典型的生产机械的机械特性；)(LTfn10掌握机电传动系统稳定运行的条件，运用其来分析和判断系统的稳定平衡点；重点：①运用运动方程式分别判别机电传动系统的运行状态；②运用稳定运行的条件来判别机电传动系统的稳定运行点，第二章机电传动系统的动力学基础112.1机电传动系统的运动方程式（单轴）dtdnGDTTLM3752dLMTTTnwgGDDgGmDJ602/414141222dtdwJTTLM12系统运动状态：设电动机某一转动方向n为正，TM与n一致方向为正；TL与n相反的方向为正。当Td＞0时，系统加速；当Td＜0时，系统减速；当Td=0时，系统恒速。转矩正方向约定：13根据上述约定，可以从转矩与转速的符号上来判定TM、TL的性质（拖动转矩或制动转矩）。若TM与n符号相同(同为正或同为负)，则表示TM的作用方向与n相同、TM为拖动转矩；若TM与n符号相反，则表示TM的作用方向与n相反，TM为制动转矩。系统运动状态：14系统运动状态：而TL若与n符号相同，则表示的作用方向与n相反，为制动转矩；若TL与n符号相反，则表示的作用方向与n相同，TL为拖动转矩。这点很重要，是今后分析系统的运行状态（系统处于加速、减速还是匀速）的一个主要依据。也是本章的一个难点。本章的另一个难点在机械特性上判别系统稳定工作点时，如何找出它们。152.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算实际运动系统一般常是多轴系统，为了列出这个系统的运动方程，必须把上述各量折算到某一轴上（电机轴），即折算成为单轴系统。折算时的基本原则是折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在能量关系或功率关系上保持不变。162.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1、负载转矩的折算基本原则：功率守恒原则。即折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在功率关系上保持不变。对于旋转运动，如下图所示，当系统匀速运动时，生产机械的负载功率是：LLLTP17MLMTP则电动机轴上的负载功率是：设折算到电动机轴的负载转矩是LTLT2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算18考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗，这个损耗可以用传动效率来表示，即：cMLLLMLcTTPP输入功率输出功率于是得到折算到电动机轴上的负载转矩：jTTTcLMcLLLLMj传动机构速比2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算19对于直线运动，如下图卷扬机构所示，2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算生产机械的负载功率是：vFPL20反映到电动机轴上的负载功率是：MLMTP如电动机拖动生产机械旋转或运动，传动机构中的损耗由电动机承担，根据功率平衡关系，有：cMLFvTnM602McLnFvT55.92.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算212.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算如果是生产机械拖动电动机旋转，传动机构中的损耗由负载承担，根据功率平衡关系，有：McLnFvT55.9222.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1、负载转矩的折算基本原则：功率守恒原则。即折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在功率关系上保持不变。对于旋转运动，如下图所示，当系统匀速运动时，生产机械的负载功率是：LLLTP23MLMTP则电动机轴上的负载功率是：设折算到电动机轴的负载转矩是LTLT2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算24考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗，这个损耗可以用传动效率来表示，即：cMLLLMLcTTPP输入功率输出功率于是得到折算到电动机轴上的负载转矩：jTTTcLMcLLLLMj传动机构速比2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算25对于直线运动，如下图卷扬机构所示，2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算生产机械的负载功率是：vFPL26反映到电动机轴上的负载功率是：MLMTP如电动机拖动生产机械旋转或运动，传动机构中的损耗由电动机承担，根据功率平衡关系，有：cMLFvTnM602McLnFvT55.92.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算272、转动惯量和飞轮转矩的折算基本原则：动能守恒原则。2211LLMZjJjJJJ11MjLMLj22212122LLMZjGDjGDGDGD2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算28222211MLLMZvmjJjJJJ对于直线运动时：2222212122365MLLMZnGvjGDjGDGDGD2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算29dtdnGDTTzLM3752最后将折算后的负载转矩、飞轮转矩代入单轴系统的方程式，可得到多轴系统方程式。2.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算302.3生产机械的机械特性同一轴上的负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。)(LTfn恒转矩型机械特性常数LT312.3生产机械的机械特性离心式通风机型机械特性2CnTL直线型机械特性CnTL322.3生产机械的机械特性恒功率型机械特性nKTL332.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统的稳定运行包含两重含义：一是系统应能以一定的速度匀速运转。曲线1代表电动机机械特性，曲线2代表负载机械特性。34二是系统受到某种外部干扰而使运行速度稍有变化，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。2.4机电传动系统稳定运行的条件35充分而必要条件是：1、电动机机械特性曲线和生产机械的机械特性曲线有交点（平衡点AB）。)(MTfn)(LTfn2.4机电传动系统稳定运行的条件LMTT362、当转速大于平衡点所对应的转速时，必须有当转速小于平衡点所对应的转速时，必须有LMTTLMTT2.4机电传动系统稳定运行的条件37只有满足上述两个条件的平衡点，才是具有恢复到原平衡状态能力而进入稳定运行。2.4机电传动系统稳定运行的条件38所以：A点是稳定的平衡点，B点不是稳定的平衡点。LMTTLMTT转速小于平衡点所对应的转速时，转速大于平衡点所对应的转速时，2.4机电传动系统稳定运行的条件39另一种方法是：引进一个机械特性硬度的概念，即机械特性在平衡点的切线nddT系统稳定运行的充分条件是：0nLnMddTddT机械特性硬度是可正可负，注意判别。2.4机电传动系统稳定运行的条件电动机的机械特性硬度应小于负载的40由上分析，对于恒转矩负载，电动机的转速增加时，必须具有向下倾斜的机械特性，系统才能稳定。（因为负载的机械特性硬度是0，电动机的机械特性硬度应为负值）对于右图情况，B点是稳定的平衡点。负载的机械特性硬度大于电动机机械特性硬度。2.4机电传动系统稳定运行的条件41练习右图：0nLnMddTddT2.4机电传动系统稳定运行的条件图a电动机的机械特性硬度为负,生产机械的机械特性硬度为正。图b电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性硬度均为正。但后者大一些（硬）。图c电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性硬度均为负。但后者的绝对值小一些。