机电传动控制目录

第一章 概述

1.1 机电传动的目的和任务

1.2 机电传动及其控制系统的发展概况

1.3 课程的性质和任务

1.4 课程的内容安排

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

习题与思考题

第三章 直流电机的工作原理及特性

3.1 直流电机的基本结构和工作原理

3.2 直流发电机

3.3 直流电动机的机械特性

3.4 直流他励电动机的启动特性

3.5 直流他励电动机的调速特性

3.6 直流他励电动机的制动特性

习题与思考题

第四章 机电传动系统的过渡过程

4.1 研究机电传动系统过渡过程的实际意义

4.2 机电传动系统过渡过程的分析

4.3 机电时间常数τm

4.4 加快机电传动系统过渡过程的方法

习题与思考题

第五章 交流电动机的工作原理及特性

5.1 三相异步电动机的结构和工作原理

5.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路

5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性

5.4 三相异步电动机的启动特性

5.5 三相异步电动机的调速特性

5.6 三相异步电动机的制动特性

5.7 单相异步电动机

5.8 同步电动机的工作原理、特点及应用

习题与思考题

第六章 控制电机

6.1 交流伺服电动机

6.2 直流伺服电动机

6.3 力矩电动机

6.4 小功率同步电动机

习题与思考题

第七章 机电传动控制系统中电动机的选择

7.1 电动机容量选择的原则

7.2 电动机的发热与冷却

7.3 不同工作制下电动机容量的选择

7.4 电动机容量选择的统计法和类比法

7.5 晶闸管供电对电动机的影响

7.6 电动机的种类、电压、转速和结构型式的选择

习题与思考题

第八章 继电器-接触器控制系统

第九章 可编程序控制器

第十章 电力电子学——晶闸管及其基本电路

第十一章 直流传动控制系统

第十二章 交流传动控制系统

第十三章 步进电动机传动控制系统

附录一 电气图形符号

附录二 电气技术文字符号

附录三 部分习题与思考题的答案或提示

参考文献 2100433B

《机电传动控制》是根据机械设计制造及其自动化专业“机电传动控制”课程教学大纲编写的。全书共分十三章，内容包括：电机，控制电器，拖动基础，传动系统的过渡过程，有触点控制系统，可编程序控制器，晶闸管电路，直流伺服、交流伺服、步进电动机的开、闭环控制系统。

《机电传动控制》力求突出机电结合、电为机用的特点，力求理论联系实际，元器件的介绍着重于外部特性和在拖动控制系统中的应用。课程体系新，内容全面、实用，由浅入深，重点突出，每章后附有习题和思考题，书末附有部分习题和思考题的答案或提示，便于自学。

《机电传动控制》是机械设计制造及其自动化专业本科生的教材，并可作为机械设计制造及其自动化专业高职、电大、函大、夜大、网大学生的教材和其他机械类与相近机械类专业本科生的教材，亦可供从事机电一体化工作的工程技术人员参考。

第1章 概述 1

1.1 机电传动控制的目的和任务 1

1.2 机电传动控制系统的发展 2

1.3 机电传动控制系统的基本要素和功能 4

1.4 控制系统的基本概念 6

1.5 机电传动控制系统的设计方法 7

习题与思考题 9

第2章 机电传动控制的数学模型 10

2.1 概述 10

2.1.1 数学模型的概念 10

2.1.2 机电控制系统数学模型的种类 11

2.2 机械传动系统的数学模型 15

2.2.1 机械移动系统 15

2.2.2 机械转动系统 19

2.3 电气传动系统的数学模型 21

2.3.1 电路网络 21

2.3.2 控制电动机 23

2.4 机电系统相似模型 26

2.5 机电一体化系统模型 30

2.5.1 直流伺服电动机 31

2.5.2 机械传动链 32

小结 36

习题与思考题 37

第3章 机电传动系统的驱动电动机 38

3.1 直流电动机 38

3.1.1 直流电动机的构造 38

3.1.2 直流电动机的工作原理 39

3.1.3 直流电动机的分类 40

3.1.4 直流电动机的特性 40

3.1.5 直流电动机的运行与控制 42

3.2 三相异步电动机 43

3.2.1 三相异步电动机的结构与转动原理 43

3.2.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 47

3.2.3 三相异步电动机的铭牌和技术数据 49

3.2.4 三相异步电动机的选择 50

3.3 单相异步电动机 51

3.3.1 单相异步电动机的工作原理 52

3.3.2 单相异步电动机的主要类型 53

3.3.3 单相异步电动机的应用 55

3.4 伺服电机 55

3.4.1 直流伺服电机 56

3.4.2 交流伺服电机 59

3.5 步进电机 61

3.5.1 步进电机的结构与工作原理 62

3.5.2 反应式步进电机的特性 64

3.5.3 驱动电源 67

3.6 自整角机 68

3.6.1 自整角机的结构与工作原理 68

3.6.2 自整角机的误差分析与选用时应注意的问题 72

小结 72

习题与思考题 73

第4章 机电控制系统中的传感器技术 75

4.1 传感器的组成及分类 75

4.1.1 传感器的组成 75

4.1.2 传感器的分类 76

4.2 传感器的一般特性 77

4.2.1 传感器的静态特性 77

4.2.2 传感器的动态特性 79

4.3 常用传感器及应用 79

4.3.1 位移传感器 79

4.3.2 速度传感器 85

4.3.3 物位传感器 93

4.3.4 压力传感器 95

4.3.5 温度传感器 111

小结 124

习题与思考题 124

第5章 继电接触控制系统的设计 125

5.1 常用低压电器 125

5.1.1 电器的定义及分类 125

5.1.2 电磁式电器的工作原理与结构特点 126

5.1.3 电弧 128

5.1.4 电器的基本特性 130

5.1.5 常用低压电器的类型、结构及使用 132

5.2 电气控制系统图 154

5.2.1 电气控制系统图的符号 155

5.2.2 电气原理图 155

5.2.3 电气安装图 156

5.3 异步电动机的启动控制线路 158

5.3.1 直接启动控制电路 158

5.3.2 减压启动控制电路 161

5.4 异步电动机的正反转控制线路 164

5.4.1 电动机正、反转控制线路 164

5.4.2 自动往复行程控制线路 165

5.5 异步电动机的调速控制线路 167

5.5.1 异步电动机的调速方法 167

5.5.2 异步电动机的变极调速 167

5.6 异步电动机的制动控制线路 170

5.6.1 异步电动机的机械制动 170

5.6.2 异步电动机的电气制动 171

5.7 液压控制 176

5.8 其他基本控制线路 177

5.8.1 多地联锁控制 177

5.8.2 顺序控制环节 178

小结 179

习题与思考题 179

第6章 可编程控制器原理 182

6.1 概述 182

6.1.1 可编程控制器的产生与发展 182

6.1.2 可编程控制器的用途与特点 184

6.2 可编程控制器的基本构成 186

6.2.1 PLC的控制功能 186

6.2.2 PLC系统的组成及功能 187

6.2.3 PLC的分类 191

6.2.4 PLC的性能指标 192

6.2.5 PLC的发展趋势及对工业发展的影响 193

6.3 可编程控制器的工作原理及编程语言 195

6.3.1 可编程控制器的等效电路 195

6.3.2 PLC的扫描技术 197

6.3.3 PLC的编程语言 201

6.4 FX2N系列可编程控制器的编程器件及基本指令 205

6.4.1 PLC内部的编程器件 205

6.4.2 PLC的基本指令 216

6.5 FX2N系列步进指令 226

6.5.1 状态流程图的编制方法 226

6.5.2 状态的详细动作说明 230

6.6 FX2N功能指令的使用 232

6.6.1 功能指令形式 232

6.6.2 程序流程指令 233

6.6.3 算术运算指令 234

6.6.4 比较指令 237

6.6.5 特殊功能指令——传送指令MOV 239

6.6.6 数制转换指令 239

6.6.7 解码和编码指令 241

6.6.8 数据输入、输出指令——七段译码指令SEGD 242

6.7 PLC控制系统的设计 243

6.7.1 概述 243

6.7.2 PLC的编程方法及程序设计注意事项 251

小结 259

习题与思考题 259

第7章 机电传动控制系统 262

7.1 机电传动控制系统的组成和分类 262

7.1.1 机电传动控制系统的组成 262

7.1.2 机电传动控制系统的分类 262

7.2 直流传动控制系统 264

7.2.1 概述 264

7.2.2 直流电动机闭环调速系统 267

7.2.3 直流电动机脉宽调速系统 277

7.3 交流传动控制系统 285

7.3.1 概述 285

7.3.2 异步电动机的调压调速系统 286

7.3.3 异步电动机的变频调速系统 291

7.4 步进电动机的驱动与控制系统 300

7.4.1 步进电动机的控制系统及功率驱动电源 300

7.4.2 步进电动机的运行特性及影响因素 305

7.5 单片机在机电传动系统中的应用 306

7.5.1 组成高分辨率的数字触发器 307

7.5.2 数字测速的实现 310

7.5.3 单片机在交、直流调速系统中的应用 312

小结 317

习题与思考题 317

第8章 机电传动控制设计范例 320

8.1 概述 320

8.1.1 问题提出 320

8.1.2 PLC控制系统设计的基本步骤 320

8.1.3 PLC硬件系统设计 322

8.1.4 PLC软件系统设计 323

8.1.5 PLC控制系统设计的注意事项 324

8.2 PLC在机械手搬运控制系统中的应用 325

8.2.1 机械结构和控制要求 325

8.2.2 PLC的I/O分配 326

8.2.3 PLC程序设计 327

8.3 用PLC技术改造普通车床的电气控制系统 331

8.3.1 C650普通车床的电气控制要求 331

8.3.2 PLC控制电路 332

8.4 皮带运输机的PLC控制系统设计 335

8.4.1 皮带运输机的控制要求 335

8.4.2 PLC程序设计 336

小结 338

习题与思考题 339

参考文献 342 2100433B

前言

第1章常用低压电器1

11概述1

111常用低压电器的分类1

112我国低压电器发展概况2

113国内外低压电器发展趋势2

12刀开关5

121开启式刀开关5

122开启式负荷开关5

123封闭式负荷开关6

124组合开关7

125刀开关的图形符号和文字符号8

13熔断器8

131熔断器的结构及工作原理8

132常用低压熔断器9

133熔断器的图形符号和文字符号12

134熔断器的选用12

14断路器13

141断路器的分类13

142断路器的结构及工作原理13

143断路器的保护特性14

144常用典型断路器15

145断路器的图形符号和文字符号15

146断路器的选用16

15电磁执行机构16

151电磁机构16

152电磁铁20

153电磁阀21

154电磁制动器23

16接触器23

161交流接触器23

162直流接触器25

163接触器的图形符号和文字符号27

164接触器的选用27

17继电器28

171电磁式电流、电压和中间继

电器28

172热继电器31

173速度继电器35

174时间继电器35

175干簧继电器39

176固态继电器40

18主令电器42

181控制按钮42

182行程开关43

183接近开关44

184主令控制器44

185万能转换开关45

186光电开关46

187指示灯46

19常用低压电器故障及排除47

191触点系统的故障及排除47

192电磁机构的故障及排除48

110练习题48

第2章电气控制线路的基本环节50

21控制线路的原理图、安装图与互

连图50

211控制线路的图形符号和文字

符号50

212电气线路图的分类与作用52

22三相异步电动机的全压起动控制

线路54

221刀开关控制线路54

222点动控制线路55

223自锁(长动)控制线路55

224正反转控制线路56

225顺序控制与多地控制线路58

23三相笼型异步电动机的减压起动控制

线路59

231定子电路串电阻减压起动控制

线路59

232星形-三角形减压起动控制线路61

233自耦变压器减压起动控制线路62

234延边三角形减压起动控制线路64

235软起动器控制线路65

24三相异步电动机的调速控制线路67

241笼型异步电动机多速控制线路67

242电磁转差离合器调速电动机控制

线路70

25三相异步电动机的制动控制线路73

251笼型异步电动机能耗制动控制

线路73

252笼型异步电动机反接制动控制

线路76

26行程控制线路77

261可逆行程控制线路77

262行程控制线路应用举例78

27电动机的综合保护81

28练习题82

第3章典型机械设备电气控制线路84

31绘制和阅读机械设备电气原理图的基

本知识84

32卧式车床的电气控制线路85

321CA6140型卧式车床的主要结构及

运动形式85

322CA6140型卧式车床的电气控制

线路分析86

33平面磨床的电气控制线路87

331M7120A型平面磨床的主要结构及

运动形式87

332M7120A型平面磨床的电气控制线

路分析87

34钻床的电气控制线路90

341Z37型摇臂钻床的主要结构及运动

形式90

342Z37型摇臂钻床的电气控制线路

分析91

343Z37型摇臂钻床的电气故障

分析94

35万能铣床的电气控制线路94

351X6132型卧式万能铣床的主要结

构及运动形式94

352X6132型卧式万能铣床的电气控

制线路分析95

353X6132型卧式万能铣床的电

气故障分析100

36电动葫芦的电气控制线路101

361电动葫芦的结构101

362电动葫芦的控制线路分析102

37练习题102

第4章可编程控制器的结构及特点103

41可编程控制器概述103

411PLC的由来103

412PLC的定义、分类及特点104

413PLC的功能和应用105

414PLC的发展趋势106

415PLC的组成与基本结构106

42S7-200系列PLC介绍110

421S7-200系列PLC系统110

422S7-200系列PLC的工作原理112

43S7-200 PLC的内部元件113

431数据类型113

432寻址方式114

433元件功能及地址分配115

44STEP7-Micro/WIN V40编程软件的

使用118

441STEP7-Micro/WIN V40编程

软件介绍118

442STEP7-Micro/WIN V40主要

编程功能119

45练习题126

第5章PLC基本指令的应用127

51PLC的编程语言与程序结构127

52基本位逻辑指令及应用129

521基本位逻辑指令129

522基本位逻辑指令应用举例136

53定时器指令的应用140

531定时器指令140

532定时器指令应用举例142

54计数器指令的应用146

541计数器指令146

542计数器指令应用举例147

55梯形图的编辑方法149

56练习题150

第6章PLC的功能指令及其应用153

61程序控制类指令153

611有条件结束（END）指令153

612暂停（STOP）指令153

613跳转（JMP）与标号（LBL）

指令154

614循环指令（FOR、NEXT)154

615子程序指令155

62步进顺序控制指令159

621功能流程图简介159

622顺序控制指令159

623顺序功能图的基本结构160

624顺序控制系统的编程应用举例161

63功能指令171

64PLC应用的若干问题179

641控制系统的设计与调试步骤179

642节省PLC输入输出点的方法180

643控制系统抗干扰措施181

644PLC的安全保护182

65PLC的通信与自动化通信网络183

66S7-200 PLC的通信功能185

67S7-200 PLC的串行通信网络188

68S7-200 PLC的通信指令189

69使用自由端口模式的计算机与PLC

的通信190

610练习题193

第7章伺服电动机及变频器原理与

应用196

71步进电动机196

711步进电动机概述196

712步进电动机结构和工作原理197

713步进电动机驱动201

714三相步进电动机的使用注意

事项207

72交流伺服电动机207

721交流伺服电动机概述207

722交流伺服电动机结构和工作

原理209

723交流伺服电动机的驱动215

724交流伺服电动机的使用注意

事项235

73变频器原理及应用235

731变频器概述235

732变频器的基本结构组成和原理237

733变频器的应用241

734变频器的使用注意事项260

74练习题261

第8章数控机床电气控制系统262

81机床数控系统基本结构及概述262

811机床数控系统结构262

812计算机数控系统的总体结构及

各部分功能266

813伺服电动机的特性及选型269

814数控系统的部件连接271

82数控系统基本参数的调试285

821调试前的准备工作285

822数控系统的初次通电287

823系统初始化288

824PLC应用程序的设计与调试291

825驱动器的调试297

826NC调试304

83数控系统举例：碳电极自动加工系统

（车外圆专机）328

831碳电极自动加工系统328

832系统调试333

833伺服控制系统特殊功能调试336

84练习题339

附录341

附录A电气图中常用图形符号和文字符号

新旧对照表341

附录B西门子S7-200系列PLC指

令表348

参考文献358