机电传动控制2.ppt

1、第二章,机电传动系统的动力学基础,本 章 重 点,掌握机电传动系统的运动方程式及多轴拖动系统中转矩的折算；学会分析机电传动系统的运行状态。,本章内容不仅适用于直流电机拖动，也适用于交流电机拖动，是电力拖动系统的基础。,2.1 机电传动系统的运动学方程,1、单轴机电传动系统的运动学方程,直线：,旋转：,其中：TM 电磁转矩 TL 负载转矩 J 转动惯量, J=m2,2.1 机电传动系统的运动学方程,系统满足运动方程式：,在实际工程中：常用飞轮转矩GD2代替J，用n代替,动态转矩,2）当TM TL 时，dn/dt 0，系统加速， 当TMTL 时，dn/dt 0，系统减速。,讨论： 1）当 TM=T

2、L 时，加速度为零，电机转速为零或为常数，运动状态为静态（或稳态）；,2.1 机电传动系统的运动学方程,Notice: 对转矩的正方向作如下规定：以转速n为参考，电动机转矩TM 的方向：与转速n 的方向一致时，为正；与转速n 的方向相反时，为负。 负载转矩TL 的方向：与转速n 的方向相反为正，与转速n的方向一致时，为负。,2.1 机电传动系统的运动学方程,例：起重机提升重物时的启动和制动（即加速和减速上升） a）启动时: TM - TL =Td b）制动时: -TM - TL=Td,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴拖动系统：,等效为单轴拖动系统：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩

3、的折算,1.负载转矩的折算,a) 对于旋转运动：,折算原则： 功率守恒,电动状态：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,1.负载转矩的折算,a) 对于旋转运动：,折算原则： 功率守恒,制动状态：,b) 对于直线运动：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,折算原则： 功率守恒,2. 转动惯量的折算 折算原则：动能守恒 设传动系统有m个转动件和n个平动件组成，转动件的转动惯量和角速度分别为 Ji和i；平动件的质量和速度分别为mj和vj；系统总的动能为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,折算到电机轴上时，系统总动能为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,根据动能守恒：E2 =

4、E1 故：,3. 飞轮转矩的折算 依据转动惯量与飞轮转矩的关系，得到折算到电机轴上的总的飞轮转矩为：,2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.3 生产机械的机械特性,机械特性：力（力矩）与运动参数（包括位移、速度、 加速度）之间的关系。 生产机械的机械特性：n=f (T L) 电机的机械特性： n=f (T M),2.3 生产机械的机械特性,几种典型机械特性：,恒转矩型机械特性 特点：TL=常数。 例：提升机、皮带运输机等。包括反抗转矩和位能转矩,2. 风机型机械特性 特点：TL= C n 2 例：鼓风机、水泵等。,2.3 生产机械的机械特性,3. 直线型机械特性 特点：TL=C n 例如

5、：他励直流发电机。,4. 恒功率型机械特性 特点：TL=K/n 例如：车床加工 此外，还有其他形式的机械特性，如转矩随转角变化的，随机变化的；也可能是以上几种典型的综合。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,由机电传动系统的运动方程式： 知，系统的运动状态取决于电动机与生产机械双方。为了使系统运行合理，就要使电动机的机械持性与生产机械的机械特性尽量相配合。特性配合好的一个起码要求是系统要能稳定运行。,2.4 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： 1、系统应能以一定速度匀速运转； 2、系统受某种外部干扰作用使运行速度稍有变化时， 应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运

6、行速 度。 必要条件：生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特 性曲线有交点,即TMTL。 充分条件：扰动消除后仍能回到原来的平衡点。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,结论：a点是稳定的平衡点,TM,讨论： a点：当TL突然增大到TL时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL, n增大，TM减小，直到与TL相等，即在a点稳定运行。,TM,讨论： b点：当TL突然增大到TL时，因速度不能突变，电机转矩仍为TM，此时，TMTL n减小，TM减小， n进一步减小，直到停转；反之，过点。,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,结论： b点不是稳定的平衡点,TM,TM,2.4 机电传动系统稳定运行的条件,稳定运行的充要条件是： 1）生产机械的机械特性曲线与电动机的机械特性曲线有交点； 2）在平衡点对应的转速之上应保证TMTL。,第二章小结,1）掌握依据机电传动系统，写出其运动方程； 2）对于多轴系统，要学会根据功