第一章概述 1.1机电传动控制的目的与任务 机电系统的组成 在现代工业中,为了实现生产过程自动化的要求,机电传动不仅包括拖动生产机械的 电动机,而且还包括控制电动机的一整套控制系统,也就是说,现代机电传动是和各种控制 元件组成的自动控制系统联系在一起。所以机电系统一般可分为三大部分,如图1所示: i-------------千 电力拖 动或机 系统 电传动 动部們 机电传动控制 图1.1机电系统的组成 机电传动控制的任务 1.将电能转换为机械能 2.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 4.保证生产过程的正常进行 三、机电传动控制的目的 从现代化生产的要求来说,机电传动控制的目的从广义和狭义两种意义上来讲: 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,则专指控制电动机驱动生产机械,实现生产产品数量的增加(生产效率) 质量的提高(加工精度)、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。 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 例如 些精密机床要求加工精度百分之几毫米,甚至几微米
第一章 概 述 1．1 机电传动控制的目的与任务 一、 机电系统的组成 在现代工业中，为了实现生产过程自动化的要求，机电传动不仅包括拖动生产机械的 电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制系统，也就是说，现代机电传动是和各种控制 元件组成的自动控制系统联系在一起。所以机电系统一般可分为三大部分，如图 1 所示： 图 1.1 机电系统的组成 二、 机电传动控制的任务 1． 将电能转换为机械能； 2． 实现生产机械的启动、停止以及速度的调节； 3． 完成各种生产工艺过程的要求； 4． 保证生产过程的正常进行。 三、 机电传动控制的目的 从现代化生产的要求来说，机电传动控制的目的从广义和狭义两种意义上来讲： 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，则专指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数量的增加（生产效率）、 质量的提高（加工精度）、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。 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。 例如： 一些精密机床要求加工精度百分之几毫米，甚至几微米；
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就得完成从 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 1.2机电传动控制的发展 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。 机电传动的发展 就机电传动而言,它的发展大体经历了成组拖动、单电机拖动和多电机拖动等三个阶 段,如表1所示。 表1.1电力拖动的几个发展阶段 名称 组 成 特 点 一台电动机拖动一根天轴(或地轴),然后生产效率低、劳动条件差 成组拖动再由天轴(或地轴)通过皮带轮和皮带分一旦电动机出现故障,将造 别拖动多台不同的生产机械。 成成组的生产机械停车 单电机拖一台电动机拖动一台生产机械的各个运动运动部件较多时,其传动机 了件 构仍十分复杂 多电机拖一台生产机械的各个运动部件分别由不同机械传动结构,而且控制灵 的电动机来拖动。 活 多电机拖动方式为生产机械的自动化提供了有利条件,所以,现代机电传动基本采用 这种拖动方式
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就得完成从 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。 1．2 机电传动控制的发展 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 就机电传动而言，它的发展大体经历了成组拖动、单电机拖动和多电机拖动等三个阶 段，如表 1 所示。 表 1.1 电力拖动的几个发展阶段 名 称 组 成 特 点 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。 生产效率低、劳动条件差、 一旦电动机出现故障，将造 成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。 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。 机械传动结构，而且控制灵 活。 多电机拖动方式为生产机械的自动化提供了有利条件，所以，现代机电传动基本采用 这种拖动方式
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,它主要经历了四个阶段,如表2所示: 表12控制系统的几个阶段 名称 年代 组成 特 借助于简单的接触器器控制速度慢,控制精度差 与继电器实现对控制对 继电器一接20世纪初象的启动、停车以及有级 触器控制 调速等控制。 控制系统从断续控制发快速性及控制精度都大大超 展到连续控制,连续控制过了最初的断续控制,并简 系统可随时检查控制对化了控制系统,减少了电路 电机放大机 30年代象的工作状态,并根据输|中的触点,提高了可靠性 控制 出量与给定量的偏差对使生产效率大为提高 控制对象进行自动调整。 由于晶体管、晶闸管具有效 率高、控制特性好、反应快 晶闸管控制就取代了水|寿命长、可靠性高、维护容 磁放大器控40年代50年银整流器控制,后又出现易、体积小、重要轻等优点, 制和大功率 代 了功率晶体管控制 它的出现为机电传动自动控 可控制水银 制系统开辟了新纪元 整流器控制 随着数控技术的发展,计客观上完全等效于连续控 计算机数字 算机的应用特别是微型制,它把晶闸管技术与微电 控制 70年代初计算机的出现和应用,又子技术、计算机技术紧密地 使控制系统发展到一个结合在一起,使晶体管与晶 新阶段一一采样控制。闸管控制具有强大的生命 计算机数字控制(CNC)系统应用于数控机床和加工中心,这不仅加强了自动化程度
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，它主要经历了四个阶段，如表 2 所示： 表 1.2 控制系统的几个阶段 名 称 年 代 组 成 特 点 继电器 — 接 触器控制 20 世纪初 借助于简单的接触器.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。 电机放大机 控制 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。 快速性及控制精度都大大超 过了最初的断续控制，并简 化了控制系统，减少了电路 中的触点，提高了可靠性， 使生产效率大为提高； 磁放大器控 制和大功率 可控制水银 整流器控制 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 由于晶体管、晶闸管具有效 率高、控制特性好、反应快、 寿命长、可靠性高、维护容 易、体积小、重要轻等优点， 它的出现为机电传动自动控 制系统开辟了新纪元； 计算机数字 控制 70 年代初 随着数控技术的发展，计 算机的应用特别是微型 计算机的出现和应用，又 使控制系统发展到一个 新阶段——采样控制。 客观上完全等效于连续控 制，它把晶闸管技术与微电 子技术、计算机技术紧密地 结合在一起，使晶体管与晶 闸管控制具有强大的生命 力。 计算机数字控制（CNC）系统应用于数控机床和加工中心，这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。工业机器人的诞生,为 实现机械加工全盘自动化创造了物质基础。80年代以来,出现了由数控机床、工业机器人 自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线一一柔性制造系统(FMS), 它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。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,研制计算机集成生产系统(CIMS)是人们 今后的任务
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。工业机器人的诞生，为 实现机械加工全盘自动化创造了物质基础。80 年代以来，出现了由数控机床、工业机器人、 自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线——柔性制造系统（FMS）， 它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。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，研制计算机集成生产系统（CIMS）是人们 今后的任务