机电传动控制

《机电传动控制》是高职高专机电一体化专业规划教材之一。 

    本书以机电传动控制在实际中的应用为学习主线，力求以掌握基本概念、强化实际应用为重点，深入浅出，循序渐进，通俗易懂，使学生能在规定的学时内掌握机电传动与控制所需要的很基本、很实用的理论知识，以利于培养学生专业实践的适应能力和应变能力。    全书共分七部分，内容包括：机电传动控制系统的基础知识、驱动电动机、传感器技术、继电器接触器控制系统设计、可编程序控制器原理及应用、单片机在机电传动控制系统中的应用、机电传动控制系统设计。    本书为职业教育机电专业的系列教材之一，也可供机电相关专业选用及有关科研和工程技术人员参考。

模块一 基础知识
【学习目标】
任务1.1 认识机电传动控制系统
1.1.1 机电传动控制系统的基本要素和功能
1.1.2 机电传动控制系统的设计方法
【知识拓展】机电传动及其控制系统的发展概况
任务1.2 机电传动控制系统计算
1.2.1 负载转矩计算
1.2.2 负载惯量计算
1.2.3 功率计算习题

模块二 驱动电动机
【学习目标】
任务2.1 认识直流电动机
2.1.1 直流电机的基本结构
2.1.2 直流电机的基本工作原理
2.1.3 直流电动机的启动与制动
2.1.4 直流电动机的机械特性分析
【知识拓展】直流发电机
任务2.2 认识交流电动机
2.2.1 三相异步电动机的基本结构
2.2.2 三相异步电动机的工作原理
2.2.3 三相异步电动机的启动与制动
2.2.4 三相异步电动机的机械特性
2.2.5 单相异步电动机的工作原理
2.2.6 单相异步电动机的主要类型
2.2.7 单相异步电动机的应用
任务2.3 认识步进电动机
2.3.1 步进电动机的基本结构与工作原理
2.3.2 步进电动机控制方式
2.3.3 步进电动机的选择与应用
2.3.4 步进电动机和交流伺服电动机性能比较
【知识拓展】步进电动机发热问题及处理
任务2.4 认识控制电动机
2.4.1 直流伺服电动机
2.4.2 交流伺服电动机
2.4.3 力矩电动机
【知识拓展】直线电动机
【知识拓展】三相异步电动机的选择习题

模块三 传感器技术
【学习目标】
任务3.1 认识传感器
3.1.1 传感器的组成
3.1.2 传感器的分类
3.1.3 传感器的特性
【知识拓展】传感器发展新趋势
任务3.2 常用传感器介绍
3.2.1 位移传感器
3.2.2 速度检测传感器
3.2.3 物位传感器
3.2.4 压力传感器
3.2.5 温度传感器
【知识拓展】传感器在机电控制系统中应用举例
3.2.6 旋转机械中轴位移的测量
3.2.7 回转轴径向运动误差的测量
3.2.8 厚度测量
习题

模块四 继电器接触器控制系统设计
【学习目标】
任务4.1 认识常用低压控制电气元件
4.1.1 执行电器
4.1.2 检测电器
4.1.3 控制电器
【知识拓展】保护电器
任务4.2 分析继电一接触器基本控制电路
4.2.1 基本控制电路
4.2.2 三相异步电动机启动控制电路
4.2.3 三相异步电动机正反向运行控制电路
4.2.4 三相异步电动机制动控制电路
4.2.5 双速电动机控制电路
4.2.6 其他基本控制电路
【知识拓展】电气设计的一般原则
【知识拓展】电气保护电路
习题

模块五 可编程序控制器原理及应用
【学习目标】
任务5.1 概述PLC控制系统
5.1.1 PLC的结构
5.1.2 PLC的工作原理
5.1.3 S7-200系列PLC硬件系统配置
5.1.4 S7-200PLC软件技术
【知识拓展】S7-200PLC指令系统
任务5.2 PLC应用系统设计
5.2.1 PLC应用系统设计的内容和步骤
5.2.2 PLC应用系统的硬件设计
5.2.3 PLC应用系统的软件设计
5.2.4 异步电动机的控制
【知识拓展】PLC在工业机械手控制中的应用
习题

模块六 单片机在机电传动控制系统中的应用
【学习目标】
任务6.1 概述单片机控制系统
6.1.1 单片机的组成
6.1.2 单片机的结构和原理
6.1.3 MCS-·51系列单片机硬件系统设计
【知识拓展】MCS-51系列单片机指令系统及编程
任务6.2 设计单片机控制系统
6.2.1 单片机汇编语言程序设计
6.2.2 单片机接口扩展应用实例
6.2.3 单片机接口技术在机电控制系统中的典型应用
【知识拓展】数字PID控制器
习题

模块七 机电传动控制系统设计
【学习目标】
任务7.1 概述机电传动控制系统
7.1.1 机电传动控制系统分类
7.1.2 直流传动控制系统
7.1.3 交流传动控制系统
【知识拓展】机电传动系统过渡过程的分析
任务7.2 机电传动控制系统范例
7.2.1 步进电动机的控制系统及功率驱动电源
7.2.2 步进电动机的运行特性及影响因素
7.2.3 单片机在交、直流调速系统中的应用
7.2.4 深孔钻组合机床的PLC控制
【知识拓展】加快机电传动系统过渡过程的方法
【知识拓展】电动机容量的选择
习题
参考文献

    为了实现机电控制系统整体很好的目标，实现各个要素之间的很好匹配，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、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），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元器件，用于检测机电控制系统工作时所要监视和控制的物理量、化学量和生物量。大多数传感器是将被测的非电量转换为电信号，用于显示和构成闭环控制系统。
    传感器的发展趋势是数字化、集成化和智能化。为了实现机电传动控制系统的整体优化，在选用和研制传感器时，要考虑传感器与其他要素之间的协调与匹配。例如，集传感检测、变送、信息处理及通信等功能为一体的智能化传感器，已被广泛用于现场总线控制系统中。
    （4）动力源（运转功能）
    动力源或能源是指驱动电动机的电源、驱动液压系统的液压源和驱动气压系统的气压源。驱动电动机常用的电源包括直流调速器、变频器、交流伺服驱动器及步进电动机驱动器等。液压源通常称为液压站，气压源通常称为空压站。使用时应注意动力源与执行器、机械部分的匹配。
    （5）信息处理与控制装置（控制功能）
    机电传动控制系统的核心是信息处理与控制。机电传动控制系统的各个部分必须以控制论为指导，由控制器（继电器、可编程序控制器、微处理器、单片机、计算机等）实现协调与匹配，使整体处于很优工况，实现相应的功能。在现代机电一体化产品中，机电传动系统中控制部分的成本已占总成本的50％。特别是近年来，随着微电子技术、计算机技术的迅速发展，越来越多的控制器使用具有微处理器、计算机的控制系统，输入／输出及通信功能也越来越强