动力学方程.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机电传动控制,目录,第二章,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.3,生产机械的机械特性,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,目录,第二章,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.3,生产机械的机械特性,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,第二章,机电传动系统的动力学基础,掌握机电传动系统的运行方程式，,学会用它来分析与判别机电传动系统的运行状态；,了解在多轴拖动系统中，,为了列出系统的运动方程式，必须将转矩等进行折算，,掌握其折算的基本原则和方法；,了解几种典型生产机械的机械特性,n,f,(,T,L,),；,掌握机电传动系统稳定运行的条件，,并学会用它来分析与判别系统的稳定平衡点。,基本要求,第二章,机电传动系统的动力学基础,运用运动方程式分别判别机电传动系统的运行状态；,运用稳定运行的条件来判别机电传动系统的稳定运行点。,根据机电传动系统中,T,M,、,T,L,、,n,的方向，,确定,T,M,、,T,L,是拖动转矩还是制动转矩，,从而判别出系统的运行状态，是处于加速、减速还是匀速；,在机械特性上判别系统稳定工作点时，如何找出,T,M,、,T,L,。,重点,难点,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,图,2,.,1,单轴拖动系统,（,a,）传动系统图,（,b,）转矩、转速,的正方向,机电传动系统是一个由电动机拖动，并通过传动,机构带动生产机械运转的机电运动的动力学整体。,机电传动系统,的运动方程式,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,尽管电动机种类繁多、特性各异，,生产机械的负载性质也可以,各种各样，,但从动力学的角度来分析时，都服从动力学的统一规律。,即在同一传动轴上，,电动机转矩,T,M,、负载转矩,T,L,、转轴角速度,三者之间，,符合下面的关系：,T,M,T,L,J,或用转速,n,代替角速度,，则为：,T,M,T,L,运动方程,的实用形式,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,机电传动系统的运动方程式,是描述机电系统机械运动规律的最基本方程式，,它决定着系统的运行状态。,当,T,d,0,时，,a,0,，表示系统处于稳态，,系统为,匀速,运动。,当,T,d,0,时，,a,0,，表示系统处于动态，,T,d,0,时，拖动转矩制动转矩，,a,为正，系统,加速,运动；,T,d,0,时，拖动转矩制动转矩，,a,为负，系统,减速,运动。,动态转矩,T,d,T,M,T,L,；加速度,a,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,正方向约定：,电动机转矩,T,M,取与,n,相同的方向为正向；,负载转矩,T,L,取与,n,相反的方向为正向。,若,T,M,或,T,L,与,n,方向相同，,则,T,M,或,T,L,为拖动转矩；,若,T,M,或,T,L,与,n,方向相反，,则,T,M,或,T,L,为制动转矩。,若,T,M,与,n,符号相同，则,T,M,为拖动转矩；,若,T,M,与,n,符号相反，则,T,M,为制动转矩。,若,T,L,与,n,符号相同，则,T,L,为制动转矩；,若,T,L,与,n,符号相反，则,T,L,为拖动转矩。,根据上述约定，,判定,T,M,和,T,L,的,性质,无方向约定：,按照矢量分析,判定,T,M,和,T,L,的,性质,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,综合上述内容，,主要有如下三部分：,判定,T,M,和,T,L,的方向，列写机电传动系统的运动方程式,T,M,取与,n,相同的方向为正向；,T,L,取与,n,相反的方向为正向。,判定,T,M,和,T,L,的性质,若,T,M,或,T,L,与,n,方向相同，则,T,M,或,T,L,为拖动转矩；,若,T,M,或,T,L,与,n,方向相反，则,T,M,或,T,L,为制动转矩。,判定机电传动系统的运行状态,拖动转矩制动转矩，系统匀速运动；,拖动转矩制动转矩，系统加速运动；,拖动转矩制动转矩，系统减速运动。,T,M,T,L,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.1,机电传动系统的运动方程式,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,机电传动系统运动方程式中的转矩、转动惯量,及飞轮转矩等，均分别为同一轴上的数值。,若运动系统为多轴系统，则必须将上述各量折算,到同一转轴上才能列出整个系统的运动方程式。,由于一般均以传动系统的电动机轴为研究对象，,因此，一般都是将它们折算到电动机轴上。,转矩折算应依据系统传递功率不变的原则。,转动惯量和飞轮转矩折算应依据系统贮存的动能,不变的原则。,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.2.1,负载转矩的折算,依据系统传递功率不变的原则,多轴,旋转,拖动系统,实际负载功率,=,折算后的负载功率,速比,传动效率,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,多轴,直线,运动系统,2.2.1,负载转矩的折算,（下放重物）,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.2.2,转动惯量和飞轮转矩的折算,依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总转动惯量为,电机轴、中间轴、负载轴上的转动惯量；,电动机轴与中间传动轴之间的速比；,电机轴与负载轴之间的速度比；,电机轴、中间轴、负载轴上的角速度,中间轴、电机轴上的齿数。,（旋转型）,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,2.2.2,转动惯量和飞轮转矩的折算,依据动能守恒原则，折算到电机轴上的总飞轮矩为,电机轴、中间轴、生产机械轴上的飞轮转矩。,式,中，,（旋转型）,经验公式,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,直线运动系统,折算到电机轴上的总转动惯量、飞轮矩为,多轴,系统的运动方程式,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,例2-2,Z,2,/Z,1,=3，Z,4,/Z,3,=5，,解,（,1,）,第二章 机电传动系统的动力学基础,2.2,转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算,解（,2,）飞轮矩的折算,近似计算,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.3,生产机械的机械特性,电动机拖动生产机械运转，构成一个电力拖动系统，,其工作状况不仅取决于电动机的特性，,同时也取决于作为负载的生产机械的特性。,负载的机械特性：,生产机械的负载转矩,与转速之间的关系。,负载的机械特性由负载性质决定，,按生产机械在运动中所受阻力的性质不同，分成几种类型：,恒转矩负载,恒转矩型机械特性,泵与风机类负载,通风机型机械特性,恒功率负载,恒功率型机械特性,直线型负载,直线型机械特性,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.3,生产机械的机械特性,按生产机械在运动中,所受阻力的性质不同，,分成几种类型的负载。,通风机型机械特性,直线型机械特性,恒功率型机械特性,恒转矩型机械特性,(,a,),反抗转矩,(,b,),位能转矩,负载的转矩特性即机械特性：,恒转矩型机械特性,(,a,),反抗转矩,(,b,),位能转矩,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.3,生产机械的机械特性,(,1,),反抗性恒转矩负载,转矩方向总是和转速方向相,反，永远是阻转矩。,如：机床加工过程中切削力,产生的负载转矩。,(,2,),势能性恒转矩负载,转矩方向不随转速方向改变。,如：卷扬机起吊重物时重力,产生的负载转矩。,1,、恒转矩型机械特性,负载转矩的大小为常量，与转速无关。,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.3,生产机械的机械特性,2,、通风机型机械特性,如：水泵，离心式鼓风机等。,负载转矩的,大小,基本上与转速的平方成正比。,3,、恒功率型机械特性,如：,机床加工过程中,的进刀。,负载转矩与转速乘积为一常数，即负载转矩与转速成反比。,4,、直线型机械特性,如：他励直流发电机作实验模拟负载,负载转矩的,大小,与转速成正比。,通风机型机械特性,直线型机械特性,恒功率型机械特性,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,在机电传动系统中，电动机与生产机械连成一体，,为了使系统运行合理，,就要使电动机与生产机械两者的机械特性尽量相配合。,特性配合好的一个基本要求是系统要能稳定运行,。,1,、,机电传动系统稳定运行的含义,一是系统应能以一定速度匀速运转，即电动机轴上的拖,动转矩,T,M,和折算到电动机轴上的负载转矩,T,L,大小相等，,方向相反，相互平衡，这是,必要条件,。,二是系统受某种外部干扰作用,(,如电压波动、负载转矩波,动等,),而使运行速度稍有变化时，应,保证在干扰消除后系,统能恢复到原来的运行速度，这是,充分条件,。,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,2,、稳定工作点的判别,电动机和生产机械的机械特性曲线,n,f,(,T,M,),和,n,f,(,T,L,),有交点,(,即拖动系统的平衡点,),。,给该点施加干扰，使转速变化，然后取消干扰，,如果转速能恢复，则该点为稳定点，反之为不稳定点。,当转速大于平衡点所对应的转速时，必须有,T,M,T,L,。,即若干扰使转速上升，当干扰消除后应有,T,M,T,L,0,，,才能使系统减速而回到平衡点。,当转速小于平衡点所对应的转速时，必须有,T,M,T,L,。,即若干扰使转速下降，当干扰消除后应有,T,M,T,L,0,，,才能使系统加速而回到平衡点。,第二章,机电传动系统的动力学基础,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,3,、判别稳定工作点的实用方法,在交点的转速以上存在,T,M,T,L,（,转速以下存在,T,M,T,L,）,则该点为稳定点，反之为不稳定点。,当干扰出现使,T,L,T,L,，,T,M,暂时不变，有,T,M,T,L,，,使,n,n,，,T,M,T,M,，,即使,A,点,A,点，,T,L,T,M,；,当干扰消除使,T,L,T,L,，,T,M,暂时不变，有,T,M,T,L,，,使,n,n,，,T,M,T,M,，,即使,A,点,A,点，,T,L,T,M,；,0,n,n,n,A,A,T,L,T,M,T,L,T,M,T,1,2,“,1,”,电动机的机械特性,n,f,(,T,M,),“,2,”,生产机械的机械特性,n,f,(,T,L,),第二章,机电传动系统的动力学基础,2.4,机电传动系统稳定运行的条件,4,、举例,“,1,”,异步电动机的机械特性,n,f,(,T,M,),“,2”,恒转矩型,生产机械的,机械特性,n,f,(,T,L,),A,点是稳定平衡点，,B,点不是稳定平衡点。,