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机电传动与控制课件

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目录

01

机电传动基础

02

机电控制原理

03

电动机与驱动器

04

传感器与执行器

05

机电系统设计

06

故障诊断与维护

机电传动基础

章节副标题

01

传动系统概述

传动系统按动力传递方式分为机械传动、液压传动、气压传动和电气传动等。

传动系统的分类

传动比是输出轴与输入轴转速的比值，它决定了传动系统的减速或增速能力。

传动比的概念

传动效率决定了能量的利用效率，高效率的传动系统能减少能源损耗，提高机械性能。

传动效率的重要性

定期检查和维护传动系统可以延长设备寿命，预防故障，确保生产安全。

传动系统的维护

01

02

03

04

传动方式分类

01

机械传动

机械传动包括齿轮传动、皮带传动等，广泛应用于各类机械设备中，传递动力和运动。

02

液压传动

液压传动利用液体的压力传递能量，常见于重型机械和精密控制设备中，如挖掘机和注塑机。

03

气压传动

气压传动通过压缩空气来传递动力，具有响应速度快、成本低等特点，常用于自动化生产线。

04

电力传动

电力传动通过电动机将电能转换为机械能，广泛应用于各种自动化设备和交通工具中。

传动效率分析

在机电传动系统中，能量损失主要来源于摩擦、风阻和材料变形等因素。

能量损失的类型

传动效率通常通过输出功率与输入功率的比值来计算，反映系统能量转换的效率。

效率计算方法

采用高质量材料、优化设计和减少不必要的传动环节可以有效提高机电传动系统的效率。

提高效率的策略

机电控制原理

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02

控制系统组成

传感器负责收集系统状态信息，执行器则根据控制信号执行动作，如电机和阀门。

传感器与执行器

反馈环节将执行器的输出信息送回控制器，实现闭环控制，确保系统稳定运行。

反馈环节

控制器是系统的大脑，它接收传感器信号，处理后输出控制指令给执行器。

控制器

控制策略与方法

开环控制

01

开环控制不依赖于系统的反馈，例如家用洗衣机的定时器控制，按照预设时间运行。

闭环控制

02

闭环控制依赖于系统的反馈，如恒温器控制室内温度，根据温度传感器的反馈调节加热或制冷。

PID控制

03

PID控制通过比例、积分、微分三个参数调节，广泛应用于工业过程控制，如汽车巡航控制系统。

控制策略与方法

模糊控制不依赖精确的数学模型，适用于复杂或不确定的系统，如智能家居中的光线自动调节系统。

模糊控制

自适应控制能够根据系统性能的变化自动调整控制参数，例如飞机自动驾驶系统在不同飞行条件下的调整。

自适应控制

控制系统性能评估

通过劳斯稳定判据或奈奎斯特图等方法评估系统稳定性，确保长期运行无发散。

稳定性分析

01

测量系统从输入到输出的响应时间，评估其快速性，如阶跃响应和脉冲响应测试。

响应速度

02

通过误差分析和稳态误差计算，确定系统跟踪设定值的准确性，如稳态误差限。

精度评估

03

通过模拟外部干扰和参数变化，测试系统在不同工况下的性能保持能力。

鲁棒性测试

04

电动机与驱动器

章节副标题

03

电动机工作原理

01

电动机基于法拉第电磁感应定律，通过电流产生磁场，使转子转动，实现电能到机械能的转换。

电磁感应原理

02

在电动机中，定子产生旋转磁场，转子在磁场作用下产生感应电流，两者相互作用产生旋转动力。

转子与定子的互动

03

直流电动机中，换向器的作用是周期性地改变电流方向，保证转子持续单向旋转。

换向器的作用

驱动器功能与分类

驱动器负责将控制信号转换为电机的机械运动，实现精确的速度、位置和扭矩控制。

驱动器的基本功能

驱动器根据控制方式可分为开环控制和闭环控制，闭环控制通过反馈实现更精确的电机控制。

按控制方式分类

根据所驱动的电机类型，驱动器分为直流电机驱动器、步进电机驱动器和交流电机驱动器等。

按电机类型分类

驱动器在不同应用领域有不同的设计，如工业自动化、汽车电子和家用电器等。

按应用领域分类

电动机与驱动器匹配

选择驱动器时需考虑电动机的额定电压、电流和功率，确保两者匹配以提高系统效率。

01

匹配原则

分析电动机的控制需求，如速度、扭矩和响应时间，以选择合适的驱动器类型和功能。

02

控制需求分析

电动机与驱动器在运行中会产生热量，需考虑散热设计，避免过热影响设备性能和寿命。

03

热管理考量

传感器与执行器

章节副标题

04

传感器工作原理

电阻式传感器

电阻式传感器通过电阻值的变化来检测物理量，如温度或压力，常见的有热敏电阻和应变片。

01

02

光电式传感器

光电传感器利用光的反射、透射或吸收原理来检测物体的存在或位置，广泛应用于自动化生产线。

03

电容式传感器

电容式传感器通过测量两个导体间电容的变化来检测位移、压力等，常用于液位和距离测量。

04

磁电式传感器

磁电式传感器利用电磁感应原理，将机械