机电传动与控制

机电传动与控制教学大纲2023一、课程基本信息课程名称：机电传动与控制课程代码：＿____课程类别：专业核心课学分：＿____总学时：＿____理论学时：＿____实践学时：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质本课程是机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要的专业核心课程。

它是一门综合性较强的课程，涉及机械、电气、控制等多个学科领域的知识，旨在培养学生综合运用机电知识解决实际工程问题的能力。

（二）课程目标1、知识目标了解机电传动系统的基本组成和工作原理。

掌握常用电机的工作原理、特性及选择方法。

熟悉电气控制电路的基本原理和设计方法。

理解可编程控制器（PLC）的工作原理及编程方法。

掌握机电传动系统的调速方法和制动原理。

2、能力目标能够正确选择和使用电机，并能对其进行简单的维护和故障诊断。

能够设计和分析简单的电气控制电路。

能够运用 PLC 进行控制系统的设计和编程。

能够对机电传动系统进行调速和制动控制的设计与调试。

3、素质目标培养学生的工程意识和创新思维能力。

提高学生的团队协作和沟通能力。

增强学生的责任心和敬业精神。

三、课程内容与要求（一）机电传动系统概述1、机电传动系统的组成和发展了解机电传动系统的组成部分，包括动力装置、传动机构、执行机构和控制系统。

熟悉机电传动系统的发展历程和趋势。

2、机电传动系统的运动方程式掌握机电传动系统的运动方程式，理解其物理意义。

能够运用运动方程式分析系统的运行状态。

3、机电传动系统的稳定运行理解机电传动系统稳定运行的条件。

学会分析系统在不同负载特性下的稳定运行情况。

（二）直流电机1、直流电机的工作原理和结构了解直流电机的工作原理和基本结构。

熟悉直流电机的励磁方式。

2、直流电机的电枢绕组和磁场掌握直流电机电枢绕组的构成和连接方式。

理解直流电机磁场的分布和特点。

3、直流电机的基本方程和运行特性推导直流电机的基本方程，包括电动势方程、电磁转矩方程和功率方程。

机电传动与控制(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--习题及答案一、填空题1.多轴拖动系统折算为单轴系统时，转矩折算依据折算前后功率不变的原则，转动惯量和飞轮转矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则进行折算。

2.生产机械的典型机械特性可以归纳为以下几种：恒转矩型、恒功率型、离心式通风机型和直线型。

3.要有效地缩短机电传动系统过渡过程的时间，应设法减小转动惯量和提高动态转矩。

4.机电传动系统中，低速轴的转矩大，高速轴的转矩小。

5.生产机械对电动机调速系统提出的主要静态技术指标有调速范围、静差度、和平滑性。

6.直流电动机通过改变电源的正负极性来改变旋转方向，交流电动机通过改变定子三相交流电的通电相序来改变旋转方向。

7.直流电动机常用的调速方法有改变电枢电压U 、改变电枢电路外串电阻Rad 和改变电动机主磁通?。

8. 三异步电动机主要由定子和转子构成。

定子又称磁极，转子又称电枢。

9.一台三相异步电动机接入50Hz三相对称电源，额定运行时S=，则此时转子感应电流的频率为 2 Hz。

10.三相交流异步电动机按照转子的结构可分为绕线式异步电动机和鼠笼式式异步电动机。

11.三相鼠笼式异步电动机的制动方法有回馈制动、反接制动和能耗制动三种。

12.单相异步电动机无自启动能力，常采用电容分相法和罩极法进行启动。

13.测速发电机是一种将转速信号变换成电信号的元件，它的输出电压与转速成正比。

14.同步电动机常采用异步启动法进行启动。

15.晶闸管的导通条件是阳极加正向电压与控制极加正向电压，晶闸管由导通转变为阻断的条件是阳极正向电压降低到一定值（或断开或反向）。

16.变频调速系统可以分为交交变频调速与交直交变频调速两大类。

二、判断题1.要加快机电传动系统的过渡过程，应设法减小飞轮惯量和加大动态转矩。

（√）2.位能性恒转矩是一种转矩方向随转速方向的改变而改变的转矩。

交流电动机的常用电气制动方法有能耗制动和电源反接制动两种。

晶闸管的三个极分别叫阳极，阴极和控制极。

可编程序控制器一般采用对用户程序循环扫描的工作方式，工作时分读入现场数据、执行用户程序和刷新输出阶段三个阶段。

晶闸管的触发电路主要由同步电路、移相电路、脉冲形成电路和功率放大电路几部分子电路构成。

直流电动机调速系统，若想采用恒功率调速，则可改变Φ ，若想采用恒转矩调速，则可改变U 。

机电传动系统的发展经历了成组拖动、单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。

生产机械的机械特性指电动机轴上的负载转矩和转速之间的函数关系。

直流电动机的结构包括定子和转子两部分。

直流发电机按励磁方法来分类，分为他励、并励、串励和复励四种。

直流他励电动机的制动状态分为反馈制动、反接制动和能耗制动三种形式。

三相鼠笼式异步电动机的启动方式有全压启动和降压启动。

电气控制系统中常设的保护环节是短路保护、过电流保护、长期过载保护、零电压与欠电压保护和弱励磁保护。

晶闸管的导通条件是阳极加正向电压与控制极加正向电压。

交流异步电动机常用的调速方法有调压、改变极对数、变频。

异步电动机，运行在正向电动状态，现采用电源反接制动停车，则应把电动机三相电源的相序改变，当转速接近零时，应将电源切断。

伺服电动机是将电信号转换成轴上的转角或转速信号的控制电机。

可编程控制器硬件的核心部分是中央处理单元，存储器用来存放程序和数据，它分为系统程序存储器和用户程序存储器两大部分。

生产机械的典型机械特性恒转矩、离心通风机、直线和恒功率等几种。

实现多地点控制一台电动机启动停止时，应把启动按钮并联连接，停止按钮串联连接。

电动机所产生的转矩在任何情况下，总是由轴上的负载转矩和动态转矩之和所平衡。

机电传动系统中如果T M<T L，电动机旋转方向与TM相同，转速将产生的变化是减速。

起重机吊一个重物升降时，负载的机械特性是位能型恒转矩。

励磁绕组是属于直流电动机的定子部分。

位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关。

机电传动控制应用场景
机电传动控制是指通过电气和机械元件的协同工作，实现对机械设备运动和位置的控制。

这种控制方式在各种工业和日常生活中的应用非常广泛。

以下是一些机电传动控制应用场景的例子：
一、数控机床：在制造业中，数控机床广泛使用机电传动控制。

通过电机、传感器和控制系统的协同作用，数控机床可以实现精确的刀具运动、工件加工和雕刻。

二、自动化生产线：工业生产线中的各种机械装置通常采用机电传动控制，以实现自动化生产。

这包括装配线、包装线、食品加工线等。

三、电梯和升降机：电梯和升降机系统采用电机和传感器来实现楼层的精确控制，保障乘客的安全和舒适。

四、汽车控制系统：现代汽车的各种系统，如发动机控制、刹车系统、悬挂系统等，都采用了机电传动控制技术，提高了车辆的性能、安全性和燃油效率。

五、航空航天应用：飞机、卫星和宇宙飞船中使用了许多机电传动控制系统，用于飞行、导航、着陆和其他关键操作。

六、家用电器：家用电器如洗衣机、洗碗机、空调等也采用了机电传动控制，以实现不同工作模式、速度和温度的调节。

七、医疗设备：医疗领域中的一些设备，如手术机器人、影像设备等，也常常利用机电传动控制技术，以提高手术精度和医疗设备的性能。

这些应用场景表明了机电传动控制在现代社会中的关键作用，不仅提高了生产效率和工业制造的精度，还改善了日常生活和医疗领域的各种方面。

《机电传动与控制》教学大纲修订单位：机械工程学院机电工程系执笔人：李维军一、课程基本信息1．课程中文名称：机电传动与控制2．课程英文名称：The Mechanical &Electric Movement and Control3．适用专业：机械设计制造及其自动化专业4．总学时：48学时（其中理论44学时，实验4学时）5．总学分：3学分二、课程在教学计划中的地位、作用和任务“机电传动与控制”是机械设计制造及自动化专业的专业技术基础课。

该课程涉及数学、物理学、电子学、控制理论等多方面知识，是机电一体化人才所需电知识结构的驱体。

通过本课程的学习，使学生了解机电传动控制的一般知识，掌握电机、电器、晶闸管等的工作原理、特性、应用和选用的方法，掌握常用的开环、闭环控制系统的工作原理、特点、特性及应用场合，了解最新控制技术在机械设备中的应用。

三、理论教学内容与教学基本要求1、概述(1学时)了解机电传动控制系统的发展概况。

2、机电传动系统的动力学基础（2学时）掌握机电传动系统的运动方程式及其含义；掌握多轴拖动系统中转矩折算的基本原则和方法；了解几种典型生产机械的负载特性；了解机电传动系统稳定运行的条件，并学会用它来分析系统的稳定平衡点。

3、直流电机的工作原理及特性（6学时）掌握直流电机的基本工作原理及特性；特别是直流电动机的机械特性；掌握直流电动机启动、调速、制动的各种方法以及各种方法的优缺点和应用场所。

4、机电传动系统的过渡过程（2学时）在了解过渡过程产生的原因和研究过渡过程的实际意义的基础上，掌握机电传动系统在启动、制动过程中转速、转矩和电流的变化规律，掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径。

5、交流电动机的工作原理及特性（8学时）在了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生等基础上，着重掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启动、调速和制动的方法，学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态；掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理；了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法；掌握各种异步电动机和同步电动机的使用场所。

《机电传动与控制》期末参考复习题一、填空题1、机电传动就是指以电动机为原动机驱动生产机械，实现生产机械的启动、停止及调速，完成各种生产工艺过程的要求，实现生产过程的自动化。

(p1)2、直流电机由定子和转子两大部分组成。

3、生产机械的机械特性指：同一转轴上负载转矩和转速之间的函数关系。

典型的机械特性有：恒转矩型、通风机型、直线型、恒功率型等。

4、他励直流电动机降压启动的方法有：降低电枢回路电压、逐级切除电阻。

5、他励直流电动机三种基本的电气调速方法为：电枢回路串接电阻、改变电枢电压、减弱磁通。

6、他励直流电动机制动运转状态可以分为能耗制动、反接制动、再生发电制动三种形式。

7、三相异步电动机的转子有鼠笼式和绕线式两种。

8、鼠笼式三相异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动两种。

9、三相异步电动机的调速方法有调压调速和转子电路串接电阻调速、改变极对数调速、变频调速。

10、反馈制动运行的条件是电磁转矩与转速的方向相反和转速应高于理想空载转速或旋转磁场的同步转速。

11、鼠笼式异步电动机拖动反抗型恒转矩负载，如采用能耗制动停车，当n=0时，电磁转矩等于0，所以能够停车，如采用反馈制动停车，必须在n=0时及时切断电源才能停车。

12、电动机的电磁力矩对发电机来说是阻转矩，而对电动机来说是驱动转矩。

13、电动机的机械特性是指电动机的转速与电动机的转矩之间的变化关系。

14、一台选定的他励电动机的反电动势的大小取决于转速，电枢电流的大小取决于负载。

15、他励直流电动机的反接制动期间，因为E和U的极性相同，所以必须在电枢绕组中串接电阻来限制电枢电流。

16、三相异步电动机的制动方式有：能耗制动、反接制动、反馈制动三种形式。

17、步进电动机转过的角度和转速分别与输入脉冲的数量和频率成正比。

18、一台三相反应式步进电机的齿数为40，采用三相单三拍的通电方式运行时，脉冲频率f=600Hz，其步距角的大小为3O 、转子转速为300 r/min。

《机电传动与控制》课程教学大纲一、课程的地位、目的和任务本课程地位：机电传动与控制是机械设计制造及其自动化专业的平台课，是机械设计制造及其自动化专业适用的专业方向和专业特色课程之一，是机械设计制造及其自动化专业学生了解机电传动与控制的应用知识的入门课程，是机电一体化人才所需电知识结构的驱体。

本课程目的：通过本课程的学习，使学生了解机电传动与控制系统的发展动向及最新技术，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代化生产的需要；掌握机电传动控制必须的基础理论知识，如：电动机、电器、电力半导体等的工作原理、特性、应用和选用方法；掌握由继电器-接触器、PLC等组成的常用机电传动控制系统的工作原理、特点、分析与设计方法；掌握常用的直流调速、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、特点、性能以及应用；通过具体的应用实例和试验环节，提高学生分析和解决实际问题的能力。

本课程任务：1.了解机械设备电气传动及控制的作用、特点、历史、现状和未来发展方向，对机电传动控制技术有一个全面、系统的认识。

2.掌握电气传动与控制系统及装置的构成器件的有关必备知识，主要包括各种电动机、电器、PLC控制器、晶闸管等的工作原理、结构特点和工作特性及选用方法。

3.掌握开环和闭环控制系统的实现方法和工作原理，学会分析和使用一般难度的电气传动控制系统和装置的基本方法，初步掌握选用电器元件、装置，设计电气传动控制系统的步骤和方法。

二、本课程与其它课程的联系本课程的先修课是高等数学、普通物理、理论力学、机械原理、电工技术、电子技术和机械设计。

这些课程的学习,为本课程学习奠定数学基础和机电传动控制必需的基本机械学与电学基础。

其后续课程为数控技术、微机控制系统。

三、教学内容及要求第一章概述教学要求：（一）了解机电传动控制系统的发展概况、掌握机电传动控制的目的和任务。

重点：机电系统的目的和任务难点：机电系统的发展教学内容：（一）机电传动控制的目的与任务（二）机电传动控制的发展第二章机电传动系统的运动学基础教学要求：（一）了解单轴拖动系统的运动方程式与多轴拖动系统的简化；（二）掌握生产机械的机械特性明确机电系统稳定运行的条件。

《机电传动与控制》课程标准一、课程概述（一）课程的性质与定位《机电传动与控制》课程是数控设备应用与维护专业的核心课程之一，全面系统地介绍了数控机床常用电机的类型和电机的传动与控制原理以及方法，通过本课程的学习，使学生理解并掌握数控机床电机传动和控制原理，初步具备数控机床伺服系统故障的分析和诊断能力，数控机床主轴和进给传动系统故障的分析和诊断能力，为数控机床故障诊断与维修奠定必需的理论基础。

（二）与相关课程的关系1.先修课程学习本课程前应具备一定的《电工电子技术基础》等基本知识，做过电工基本操作等实训。

它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科，为后续课程准备必要的基础知识，又可以作为一门独立的基础应用课，直接为工农业生产服务。

电机与拖动课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为后续电力拖动自动控制系统等专业课打下坚实基础，为从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。

2.后续课程学习《机电传动与控制》是为了掌握各种电机的工作原理及应用方法，为以后数控设备的应用与维护打下基础。

后续课程可安排《数控机床电气与PLC》、《变频器原理与应用》、《数控机床故障诊断与维修》等课程。

（三）课程改革的理念由于现在社会自动化的程度越来越高，各类电机的应用日益广泛，该课程可实现一体化教学，加强实训。

同时在上《检测技术》、《数控机床电气与PLC》、《变频器原理及应用》、《数控机床故障诊断与维修》等相关课程时，把有关电机控制的实训项目加进去。

同时到工厂车间和参观和实习，了解各类电机的控制及应用。

（四）课程设计的思路课程设计的总体思路是使学生掌握了解各类电机的工作原理及应用。

先使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，然后结合相应的实训，更加深入的掌握各种电机的启动、制动、正反转以及调速的特点。

二、课程目标（一）知识目标（1）掌握各类电机的工作原理；（2）掌握各类电机的启动、制动、正反转控制的方法；（3）理解各类电机的调速方法及特点；（4）了解各类电机的应用特点。