文档介绍：机电传动控制****题解答机械工程学院郝昕玉****题集及解答第1章概述 1-1 什么是机电传动控制? 机电传动与控制的发展各经历了哪些阶段? 答:从广义上讲,机电传动控制就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化;具体地讲,就是以电动机为原动机驱动生产机械,将电能转变为机械能,实现生产机械的启动、停止及调速,满足各种生产工艺过程的要求,实现生产过程的自动化。因此,机电传动控制,既包含了拖动生产机械的电动机,又包含了控制电动机的一整套控制系统。例如,一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米,甚至几微米,重型镗床为保证加工精度和控制粗糙度,要求在极慢的稳速下进给,即要求在很宽的范围内调速;轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械,操作频繁,要求在不到一秒钟时间内就得完成从正转到反转的过程, 即要求能迅速地启动、制动和反转; 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,由数台或数十台设备组成的生产自动线,要求统一控制和管理。。它主要经历了四个阶段:最早的机电传动控制系统出现在 20 世纪韧,它仅借助于简单的接触器与继电器等控制电器,实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制,它的控制速度慢,控制精度差,30年代出现了电机放大机控制, 它使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,并根据输出且与给定量的偏差对控制对象进行自动调整,它的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,使生产效率大力提高; 40 年代~ 50 年代出现了磁放大器控制和大功率可控水银整流器控制;可时隔不久,于 50 年代末期出现了大功率固体可控整流元件——晶闸管,很快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、重量轻等优点,它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元;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,它也是一种断续控制,但是和最初的断续控制不同,它的控制间隔(采样周期)比控制对象的变化周期短得多,因此,在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。 20世纪 70年代韧,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——柔性制造系统(FM S) ,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至装配、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。 1-2 机电传动控制系统有哪五大基本要素?各具有什么功能? 答:虽然随着机电传动系统的要求不同,其控制系统也不同。但是归纳起来, 它们通常是由五大要素与功能组成的,即由机械装置(结构功能)、执行装置(驱动功能和能量转换功能)、传感器与检测装置(检测功能)、动力源(运转功能)、信息处理与控制装置(控制功能)五部分组成,如图 1-1 所示。 1. 机械装置(结构功能) 机械是由机械零件组成的、能够传递运动并完成某些有效工作的装置。机械由输入部分、转换部分、传动部分、输出部分及安装固定部分等组成。通用的传递运动的机械零件有齿轮、齿条、链轮、蜗轮、带、带轮、曲柄及凸轮等。两个零件互相接触并相对运动就形成了运动副。由若干运动副组成的具有确定运动的装置称为机构。就传动而言,机构就是传动链。为了实现机电传动控制系统整体最佳的目标,从系统动力学方面来考虑,传动链越短越好。因为在传动副中存在“间隙非线性”,根据控制理论的分析,这种间隙非线性会影响系图 1-1 控制系统五大要素与功能统的动态性能和稳定性。另外,传动件本身的转动惯量也会影响系统的响应速度及系统的稳定性。在数控机床中之所以存在“半闭环控制”,其原因就在于此。据引,提出了“轴对轴传动(d-d 传动)”,如电动机直接传动机床的主轴, 轴就是电动机的转子,从而出现了各种