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1、机电传动控制华中科技大学机械学院数控中心谢经明1课程概要机电传动控制是集电机、电器、电力电子学、可编程序控制器、自动控制系统于一体的机电综合性课程。机电传动控制的基础理论知识；机电传动控制系统的工作原理、特点、分析与设计方法；直流调速、交流调速以及伺服控制等各种开环、闭环控制系统的工作原理以及应用；通过实验环节，提高工程实践能力。2课程内容直线电机3w机电传动：机电传动的动力学基础；电动机的工作原理及特性；电动机的调速及实现；步进电机及其控制。w控制：继电器、接触器控制；PLC控制课程内容4w电动机的工作原理与特性：直流电机的原理与特性；交流电机的原理与特性；步进电机的原理与特性w电动机的速度
2、调节：电力电子学基础；直流电机调速原理与实现；交流电机的调速原理与实现；步进电机控制课程内容5w继电器、接触器控制：常用的控制电器与执行器件；基本控制电路；基本设计方法wPLC控制：PLC原理、组成；PLC的内部等效电路（继电器）；PLC的指令系统；PLC的应用与设计方法课程内容6教学要求会看：能看懂典型机电传动控制系统的电路原理图，了解各部分的组成及工作原理；会算：对各个环节的工作性能会进行定性或定量分析、估算；会选：能根据设计要求正确选择有关控制元器件；会做：能针对机电传动系统的一般性任务，大致选定实现方案，通过安装调试使其基本实现。在学习过程中，同学们要注意培养“四会”能力7考核方式考试
3、成绩：80%(闭卷)平时作业：10%（作业+到课率）实验课表现：10%（实验报告+动手能力）8任课老师联系方式办公电话：87557224电子邮件：xjmhust其它事项：每小班选课代表一名：负责作业收发和实验课的安排、以及教师的教学辅导工作。9第一章概论机电传动控制101.1机电传动控制的目的与任务一、机电系统的组成控制电动机的系统驱动生产机械的电动机及其控制系统机电系统完成生产任务的基础指的是驱动生产运动部件的原动机（这里指的是各种电动机）之总称；11二、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。三、机电
4、传动控制的目的从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产线、车间乃至整个工厂都实现自动化。从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能量的合理利用等。12随着生产工艺的发展，对机电传动控制系统的要求愈来愈高。一些精密机床要求加工精度百分之几毫米，甚至几微米，光刻机的精度到几十纳米；重型镗床为保证加工精度和粗糙度，要求在极慢的稳速下进给，即要求系统有很宽的调速范围；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械，操作频繁，要求在不到一秒的时间内完成从正转到反转的过程，即要求系统能迅速启动、制动和反向；对于电梯和提
5、升机，则要求启动和制动平稳，并能准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机以及造纸机的各个机架或分部，则要求各机架或各分部的转速保持一定的比例关系进行协调运转；为了提高效率，由数台或十几台设备组成的生产自动线，要求统一控制或管理。诸如此类的要求，都要靠电动机及其控制系统来实现。131.2机电传动控制的目的与任务机电传动及其控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。机电传动控制的发展可从机电传动和控制系统两方面来讨论。一、机电传动的发展成组拖动一台电动机拖动一根天轴（或地轴），然后再由天轴（或地轴）通过皮带轮和皮带分别拖动多台不同的生产机械。特点是生产效率低、劳动条件差、一旦电动机出现故障，将造成
6、成组的生产机械停车。单电机拖动一台电动机拖动一台生产机械的各个运动部件。这种拖动方式较成组拖动方式前进了一步，但当运动部件较多时，其传动机构仍十分复杂。多电机拖动一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电动机来拖动（无轴传动）。机械传动结构简单，而且控制灵活，被广泛使用。14二、机电传动控制系统的发展控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、放大器件的不断更新，机电传动控制系统的发展日新月异，它主要经历了以下个阶段：1、继电器接触器控制：出现在20世纪初，它借助于简单的接触器与继电器实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制。控制速度慢，控制精度差。2、电机放大机控制：出现在20世
7、纪30年代，控制系统从断续控制发展到连续控制，连续控制系统可随时检查控制对象的工作状态，并根据输出量与给定量的偏差对控制对象进行自动调整。3、磁放大器控制和大功率可控制水银整流器控制：出现在20世纪40年代50年代，晶闸管控制就取代了水银整流器控制，后又出现了功率晶体管控制。154、计算机数字控制（CNC）系统：出现在20世纪70年代初，不仅加强了自动化程度，而且提高了机床的通用性和加工效率，在生产上得到了广泛的应用。美国MIT研制出第一台数控机床(1952)西门子公司的CNC系统华中数控公司的CNC系统164、柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统:由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组
8、成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线，它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。日本Fanuc公司在1976年研制出由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元175、计算机集成制造系统(CIMS):机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成制造系统（CIMS）是人们今后的任务。186、网络化运动控制系统：当前的主流控制系统结构，控制器(PLC、工控机或专用运动控制器)通过控制网络
9、(现场总线或工业以太网等)与变频器或伺服驱动器相连，实现多轴运动控制。伺服电机伺服驱动器SPS控制器分布式IO19现场总线控制系统现场总线控制系统从从传传感感器执器执行行器器到到区区域域控控制制器器CNCCNC总线网关总线网关EthernetTCPIPEthernetTCPIPTCPIPEthernetTCPIPEthernetFieldbusFieldbusFieldbus#1Fieldbus#1Fieldbus#2Fieldbus#2工厂级工厂级车间级车间级现场级现场级通通信信平平台台配配置置软软件件通通信信摸摸板板PCVMEPCVMEVMEPCVMEPCPLCPLCDCSDCS网桥网桥2
10、0基于现场总线的分布式制造控制系统体系结构21基于现场总线飞剪同步控制TypicaltechnologyforcontinousrunningmachinesElectronicshaftRS485RS232-Touch-Webable227、制造装备数字化：制造业的全球化，对制造装备的要求（高速、高精、高可靠性）越来越高，并随着计算机技术的发展，出现了数字制造的概念。23调速技术的发展w直流调速：有级调速（串电阻，继电器、接触器控制）无级调速（调压调速、调磁调速，发电机-电动机方式，晶闸管方式，PWM方式）。w交流调速：有级调速（调压，变极）无级调速（变频调速）。24控制理论与技术的发展w开
11、环控制（步进电机、变频调速等）w闭环控制：经典控制理论、现代控制理论、非线性控制、自适应控制、智能控制w计算机控制技术和网络化控制技术25电动机的分类（供电方式）w直流电机：采用直流电源，调速特性好，但换相电刷影响其容量、使用范围和寿命。w交流电机：采用交流电源，克服了直流电机的缺点，现代交流调速技术的发展使其成为主流。w步进电机：运动距离和输入脉冲成正比，控制方便，但功率和精度较差。26电动机的分类(运动方式)w旋转电机：实现直线运动需要专门的机械传动装置，在高速、高精度应用中有一定缺陷（高速高精度、直接驱动）。w直线电机：电机的重要方向，可以实现高速、高精度加工，机械传动机构简单。（两个发展方向：一种是大推力，另外是高响应。）27必备的基础知识w数学(微积分和线性代数)w物理(力学、电磁学和守恒定律)w电路与磁路（磁路公式）w半导体器件（PN结和MOS管原理）w自动控制原理（负反馈的概念）w数字电子技术w微机原理和接口技术28机电一体化光机电一体化小大光刻机盾构机顶天立地意义：29远近可上九天揽月，可下五洋捉鳖。火星探测车深水机器人30
