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机 电 传 动 控 制 习 题 解 答 机械工程学院 崔 治 习题集及解答 第1章 概 述 1-1什么是机电传动从广义上讲，机电传动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，重型床为保证加精度和控制粗糙度，要求在极的稳速下进给，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；于电梯和提升机则要求启动和制动平稳、并能确地停止在给定的位置；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。诸如此类的要求.都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的。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，它仅借助简单的接触器与继电器等控制电器，实现对控制对象的动、停车以及有级调速等控制，它的控制速度，控制精度差，30年代出现电机放大机控制，它使控制系统从断续控制发展到连续制，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；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()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，出现由数控机床、工业机器、自动搬运车等组成的统一中心计算机控制的机械加工自动线性制造系统(FM)，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(AD)与计算机辅助制造(M)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)是今后的任务。 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，从而出现了各种电主轴。这对执行装置提出了更高的要求：如机械装置、执行装置及驱动装置之间的协调与匹配问题。必须保留一定的传动件时，应在满足强度和刚度的前提下，力求传动装置细、小、巧，这就要求采用特种材料和特种加工工艺。 2.执行装置（驱动功能和能量转换功能） 执行装置包括以电、气压和液压等作为动力源的各种元器件及装置。例如，以电作为动力源的直流电动机、直流伺服电动机、三相交流异步电动机、变频三相交流电动机、三相交流永磁伺服电动机、步进电动机、比例电磁铁、电磁粉末离合器/制动器、电动调节阀及电磁泵等；以气压作为动力源的气动马达和气缸；以油压作为动力源的液压马达和液压缸等。 选择执行装置时，要考虑执行装置与机械装置之间的协调与匹配，如在需要低速、大推力或大扭矩的场合下，可考虑选用液压缸或液压马达。 为了实现机电控制系统整体最佳的目标，实现各个要素之间的最佳匹配，已经研制出将电动机与专用控制芯片、传感器或减速器等合为一体的装置，如德国西门子公司的变频器与电动机一体化的高频电机，日本东芝公司的电动机和传感器一体化的永磁电动机等。 近年来，出现了许多新型执行装置，如压电执行器、超声波执行器、静电执行器、机械化学执行器、光化学执行器、磁伸缩执行器、磁性液体执行器、形状记忆合金执行器等。特别是一些微型执行器的出现，如直径为0.1mm的静电执行器，这些新的机电传动技术的出现大大促进了微电子机械的发展。 3.传感器与检测装置（检测功能） 传感器是从被测对象中提取信息的器件，用于检测机电控制系统工