前言
隨著人工智能、機(jī)器人及高端裝備制造領(lǐng)域新技術(shù)的迅猛發(fā)展,機(jī)電傳動(dòng)控制正經(jīng)歷著前所未有的變革。為適應(yīng)技術(shù)發(fā)展與教學(xué)改革的需求,編者根據(jù)使用教材的一線教師的意見和學(xué)生的使用情況,對(duì)本書進(jìn)行了再版修訂。修訂內(nèi)容如下:
第2章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)了多軸傳動(dòng)系統(tǒng)的基本分析方法與多軸傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo),指出了多軸傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析的傳遞法與折算法的本質(zhì)區(qū)別。
第5章控制電動(dòng)機(jī),針對(duì)機(jī)器人、精密自動(dòng)化設(shè)備中的高動(dòng)態(tài)性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展情況,精簡(jiǎn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的內(nèi)容,補(bǔ)充了關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、無(wú)框伺服電機(jī)的介紹,為學(xué)生參加相關(guān)機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽、后續(xù)數(shù)控機(jī)床的電主軸等知識(shí)的學(xué)習(xí)提供引導(dǎo)。
第6章繼電接觸器控制,按照新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),刪減了部分舊的文字和圖形符號(hào)?紤]到現(xiàn)有電氣圖紙?zhí)蕴瓡?huì)有滯后時(shí)間,在部分電路圖中保留了行業(yè)和企業(yè)慣用的熱繼電器的文字符號(hào)TH。
第7章可編程控制器,進(jìn)一步優(yōu)化了PLC應(yīng)用舉例,提高了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及梯形圖表達(dá)的規(guī)范性,糾正了個(gè)別的遺漏失誤。
需要指出的是:習(xí)題參考答案并非唯一,特別是有的參考答案并不完整,而是給出了相關(guān)提示,希望能因勢(shì)利導(dǎo),讓讀者經(jīng)過(guò)自己的思考找到正確解決方案,提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
本書提供了PPT課件及基于傳遞法的多軸傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析與創(chuàng)新的授課視頻,供師生和讀者參考,如有需要,請(qǐng)發(fā)電子郵件至cipedu@163.com獲取,或登錄www.cipedu.com.cn免費(fèi)下載。
本書再版得益于很多高校教師及企業(yè)工程師們的寶貴建議,在此表示衷心感謝。
限于編者水平,書中疏漏之處敬請(qǐng)讀者提出寶貴意見,謝謝!
編者
2025年7月
第一版前言
生產(chǎn)機(jī)械的先進(jìn)性和電氣自動(dòng)化程度反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平,現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)是機(jī)電一體化的綜合系統(tǒng),電氣傳動(dòng)與控制已成為現(xiàn)代化機(jī)械的重要組成部分。機(jī)電傳動(dòng)與控制課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)的核心課程,主要研究和解決與生產(chǎn)機(jī)械電氣傳動(dòng)控制有關(guān)的問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電力拖動(dòng)、繼電器接觸器控制、可編程序控制器、電力電子技術(shù)知識(shí)都集中在這一門課程中。機(jī)電傳動(dòng)控制課程的任務(wù)是使學(xué)生了解機(jī)電傳動(dòng)控制的一般知識(shí),學(xué)會(huì)電機(jī)、電器、電子器件及可編程序控制器的工作原理及使用方法,掌握常用的開環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程、特點(diǎn)、性能及應(yīng)用場(chǎng)所,了解最新控制技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用。
本書根據(jù)《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》并參考普通高等學(xué)校本科工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),按照減少學(xué)時(shí)、強(qiáng)調(diào)基本方法、注重提高學(xué)生處理復(fù)雜工程問(wèn)題能力的原則進(jìn)行編寫。
本書主要特點(diǎn)如下:
① 從最基本的物理學(xué)原理和力學(xué)分析方法出發(fā),推導(dǎo)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維習(xí)慣和敢于挑戰(zhàn)、勇于創(chuàng)新的思想理念,提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
② 充實(shí)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)重要的先進(jìn)技術(shù)和代表機(jī)電傳動(dòng)控制的發(fā)展水平與發(fā)展方向的內(nèi)容,具體體現(xiàn)在增加機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)、三閉環(huán)控制知識(shí),為后續(xù)機(jī)器人課程、數(shù)控技術(shù)課程,特別是其中的多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)軌跡控制打下基礎(chǔ);順應(yīng)新工科教學(xué)改革的大方向和工程教育專業(yè)認(rèn)證精簡(jiǎn)理論學(xué)時(shí)的特殊要求,精簡(jiǎn)步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的內(nèi)容,注重基本原理。
③ 優(yōu)化繼電器接觸器控制系統(tǒng)與可編程控制器的內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)基本的設(shè)計(jì)方法,歸納總結(jié)這兩種系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別與設(shè)計(jì)過(guò)程遵循的共同規(guī)律。
④ 本書的內(nèi)容已制作成用于多媒體教學(xué)的PPT課件,如有需要,請(qǐng)發(fā)電子郵件至cipedu@163.com獲取,或登錄www.cipedu.com.cn免費(fèi)下載。
本書可作為高等院校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、車輛工程專業(yè)及高職、電大、函大、網(wǎng)大學(xué)生和其他機(jī)械類與相近專業(yè)教材,亦可供從事機(jī)電一體化工作的工程技術(shù)人員參考。為方便學(xué)習(xí),書末附有各章節(jié)部分習(xí)題的求解參考。
鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院李偉、李瑞芳和鄭州科技學(xué)院趙紀(jì)國(guó)是本書的主編,負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)編和定稿。鄭州科技學(xué)院趙紀(jì)國(guó)負(fù)責(zé)第1章~第3章和附錄的編寫;鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院王國(guó)虎主要負(fù)責(zé)第4章、第5章的編寫;鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院田彥彥主要負(fù)責(zé)第6章、第7章的編寫;鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院張翠杰主要負(fù)責(zé)第8章、第9章的編寫;鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院許洋洋、王婷對(duì)本書提出了許多寶貴意見,促進(jìn)了本書的修改。
限于編者水平,書中難免有不足之處,懇請(qǐng)批評(píng)指正。
編者
2019年6月
第1章緒論001
1.1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成001
1.2機(jī)電傳動(dòng)控制的發(fā)展概況002
1.3課程的性質(zhì)和任務(wù)003
習(xí)題003
第2章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)004
2.1單軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程004
2.2多軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的分析方法006
2.2.1研究對(duì)象的確定006
2.2.2受力分析007
2.2.3多軸機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程008
2.3機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特性010
2.4機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程011
2.5機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件014
習(xí)題015
第3章直流電機(jī)的工作原理及特性017
3.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理017
3.1.1直流電機(jī)的基本工作原理017
3.1.2直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)019
3.2直流電機(jī)的基本方程021
3.2.1直流電機(jī)的勵(lì)磁方式021
3.2.2直流發(fā)電機(jī)的基本方程022
3.2.3直流電動(dòng)機(jī)的基本方程023
3.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性024
3.3.1直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性024
3.3.2直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性025
3.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性026
3.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性027
3.5.1改變電樞電路外串電阻028
3.5.2改變電動(dòng)機(jī)供電電壓029
3.5.3改變電動(dòng)機(jī)主磁通029
3.6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性029
3.6.1回饋制動(dòng)030
3.6.2反接制動(dòng)031
3.6.3能耗制動(dòng)032
習(xí)題034
第4章交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性035
4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理035
4.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)035
4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)036
4.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理039
4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)040
4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性042
4.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路042
4.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩045
4.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性046
4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性049
4.4.1鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法049
4.4.2線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法052
4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法與特性054
4.5.1調(diào)壓調(diào)速054
4.5.2轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速055
4.5.3改變極對(duì)數(shù)調(diào)速055
4.5.4變頻調(diào)速055
習(xí)題056
第5章控制電動(dòng)機(jī)057
5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)057
5.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類與工作原理057
5.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)061
5.2直流伺服電動(dòng)機(jī)062
5.3交流伺服電動(dòng)機(jī)062
5.3.1交流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)063
5.3.2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)063
5.3.3正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)065
5.4直線電動(dòng)機(jī)066
5.4.1直線異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)066
5.4.2直線異步電動(dòng)機(jī)的工作原理067
5.4.3直線電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用068
習(xí)題068
第6章繼電接觸器控制070
6.1常用低壓電器070
6.1.1接觸器072
6.1.2繼電器075
6.1.3保護(hù)電器079
6.1.4主令電器080
6.2電氣原理圖083
6.2.1電氣原理圖中的圖形符號(hào)和文字符號(hào)083
6.2.2電氣原理圖的繪制原則085
6.3基本控制線路086
6.3.1異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制電路086
6.3.2異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路089
6.3.3異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路091
6.3.4其他控制電路093
6.4繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)094
6.4.1繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則094
6.4.2電氣控制線路設(shè)計(jì)方法舉例095
習(xí)題096
第7章可編程控制器098
7.1可編程控制器基礎(chǔ)098
7.1.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展098
7.1.2PLC的基本組成100
7.1.3PLC的分類101
7.1.4PLC的編程語(yǔ)言102
7.1.5PLC的工作過(guò)程103
7.2PLC的編程等效元件104
7.3基本指令107
7.4梯形圖設(shè)計(jì)113
7.4.1梯形圖程序設(shè)計(jì)規(guī)則與方法113
7.4.2繼電接觸器控制電路與梯形圖程序設(shè)計(jì)比較115
7.4.3PLC應(yīng)用舉例116
7.5狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與步進(jìn)指令121
7.6功能指令130
7.6.1功能指令的表達(dá)形式130
7.6.2數(shù)據(jù)長(zhǎng)度130
7.6.3指令執(zhí)行方式131
7.6.4功能指令簡(jiǎn)介131
習(xí)題137
第8章電力電子器件139
8.1電力半導(dǎo)體器件139
8.1.1晶閘管139
8.1.2晶體管146
8.1.3電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展現(xiàn)況146
8.2可控整流電路148
8.2.1單相半波可控整流電路148
8.2.2單相橋式可控整流電路150
8.2.3三相可控整流電路155
8.3斬波電路與PWM技術(shù) 160
8.3.1斬波電路的分類160
8.3.2PWM技術(shù)166
8.4電力半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)167
8.4.1晶閘管的觸發(fā)電路168
8.4.2典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路169
習(xí)題171
第9章機(jī)電傳動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)173
9.1機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分類173
9.2按靜態(tài)誤差分類的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)173
9.2.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)174
9.2.2無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)183
9.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)185
9.3.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成185
9.3.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析186
9.4直流脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)(PWM系統(tǒng))188
9.4.1晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理188
9.4.2晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要特點(diǎn)189
9.4.3晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成189
9.4.4晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的分析194
9.5計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)195
9.5.1用微機(jī)取代ASR、ACR兩個(gè)電子調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)196
9.5.2保留ASR、ACR兩個(gè)電子調(diào)節(jié)器的微機(jī)控制系統(tǒng)196
9.5.3微機(jī)控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)197
9.5.4微機(jī)控制的多閉環(huán)系統(tǒng)198
9.5.5數(shù)字伺服系統(tǒng)199
習(xí)題201
習(xí)題參考答案203
附錄1電氣圖用文字符號(hào)和圖形符號(hào)227
附錄2常用電器元件主要技術(shù)數(shù)據(jù)232
參考文獻(xiàn)235