機電傳動控制

本書系統地介紹了機電傳動控制系統的基本概念及系統設計的基本方法，機電傳動控制的數學模型，機電傳動系統的驅動電動機，機電控制系統中的感測器技術，繼電接觸控制系統設計，可編程式控制制器原理，機電傳動控制系統和機電傳動控制設計範例等。

全書可概括為繼電接觸控制與可編程式控制制器(PLC)控制應用技術兩部分內容。繼電接觸控制突出其控制原理和邏輯控制思路；PLC應用技術以典型機型三菱FX2N為主線，突出PLC程序設計和應用技術的實踐。

本書可作為高等學校機械設計製造及其自動化、電氣工程及其自動化、機電一體化等相關專業的本科教材，也可供相關工程技術人員參考。

第1章 概述 1

1.1 機電傳動控制的目的和任務 1

1.2 機電傳動控制系統的發展 2

1.3 機電傳動控制系統的基本要素和功能 4

1.4 控制系統的基本概念 6

1.5 機電傳動控制系統的設計方法 7

習題與思考題 9

第2章 機電傳動控制的數學模型 10

2.1 概述 10

2.1.1 數學模型的概念 10

2.1.2 機電控制系統數學模型的種類 11

2.2 機械傳動系統的數學模型 15

2.2.1 機械移動系統 15

2.2.2 機械轉動系統 19

2.3 電氣傳動系統的數學模型 21

2.3.1 電路網路 21

2.3.2 控制電動機 23

2.4 機電系統相似模型 26

2.5 機電一體化系統模型 30

2.5.1 直流伺服電動機 31

2.5.2 機械傳動鏈 32

小結 36

習題與思考題 37

第3章 機電傳動系統的驅動電動機 38

3.1 直流電動機 38

3.1.1 直流電動機的構造 38

3.1.2 直流電動機的工作原理 39

3.1.3 直流電動機的分類 40

3.1.4 直流電動機的特性 40

3.1.5 直流電動機的運行與控制 42

3.2 三相非同步電動機 43

3.2.1 三相非同步電動機的結構與轉動原理 43

3.2.2 三相非同步電動機的電磁轉矩與機械特性 47

3.2.3 三相非同步電動機的銘牌和技術數據 49

3.2.4 三相非同步電動機的選擇 50

3.3 單相非同步電動機 51

3.3.1 單相非同步電動機的工作原理 52

3.3.2 單相非同步電動機的主要類型 53

3.3.3 單相非同步電動機的應用 55

3.4 伺服電機 55

3.4.1 直流伺服電機 56

3.4.2 交流伺服電機 59

3.5 步進電機 61

3.5.1 步進電機的結構與工作原理 62

3.5.2 反應式步進電機的特性 64

3.5.3 驅動電源 67

3.6 自整角機 68

3.6.1 自整角機的結構與工作原理 68

3.6.2 自整角機的誤差分析與選用時應注意的問題 72

小結 72

習題與思考題 73

第4章 機電控制系統中的感測器技術 75

4.1 感測器的組成及分類 75

4.1.1 感測器的組成 75

4.1.2 感測器的分類 76

4.2 感測器的一般特性 77

4.2.1 感測器的靜態特性 77

4.2.2 感測器的動態特性 79

4.3 常用感測器及應用 79

4.3.1 位移感測器 79

4.3.2 速度感測器 85

4.3.3 物位感測器 93

4.3.4 壓力感測器 95

4.3.5 溫度感測器 111

小結 124

習題與思考題 124

第5章 繼電接觸控制系統的設計 125

5.1 常用低壓電器 125

5.1.1 電器的定義及分類 125

5.1.2 電磁式電器的工作原理與結構特點 126

5.1.3 電弧 128

5.1.4 電器的基本特性 130

5.1.5 常用低壓電器的類型、結構及使用 132

5.2 電氣控制系統圖 154

5.2.1 電氣控制系統圖中的符號 155

5.2.2 電氣原理圖 155

5.2.3 電氣安裝圖 156

5.3 非同步電動機的啟動控制線路 158

5.3.1 直接啟動控制電路 158

5.3.2 減壓啟動控制電路 161

5.4 非同步電動機的正反轉控制線路 164

5.4.1 電動機正、反轉控制線路 164

5.4.2 自動往複行程控制線路 165

5.5 非同步電動機的調速控制線路 167

5.5.1 非同步電動機的調速方法 167

5.5.2 非同步電動機的變極調速 167

5.6 非同步電動機的制動控制線路 170

5.6.1 非同步電動機的機械制動 170

5.6.2 非同步電動機的電氣制動 171

5.7 液壓控制 176

5.8 其他基本控制線路 177

5.8.1 多地聯鎖控制 177

5.8.2 順序控制環節 178

小結 179

習題與思考題 179

第6章 可編程式控制制器原理 182

6.1 概述 182

6.1.1 可編程式控制制器的產生與發展 182

6.1.2 可編程式控制制器的用途與特點 184

6.2 可編程式控制制器的基本構成 186

6.2.1 PLC的控制功能 186

6.2.2 PLC系統的組成及功能 187

6.2.3 PLC的分類 191

6.2.4 PLC的性能指標 192

6.2.5 PLC的發展趨勢及對工業發展的影響 193

6.3 可編程式控制制器的工作原理及編程語言 195

6.3.1 可編程式控制制器的等效電路 195

6.3.2 PLC的掃描技術 197

6.3.3 PLC的編程語言 201

6.4 FX2N系列可編程式控制制器的編程器件及基本指令 205

6.4.1 PLC內部的編程器件 205

6.4.2 PLC的基本指令 216

6.5 FX2N系列步進指令 226

6.5.1 狀態流程圖的編製方法 226

6.5.2 狀態的詳細動作說明 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 算術運算指令 234

6.6.4 比較指令 237

6.6.5 特殊功能指令——傳送指令MOV 239

6.6.6 數制轉換指令 239

6.6.7 解碼和編碼指令 241

6.6.8 數據輸入、輸出指令——七段解碼指令SEGD 242

6.7 PLC控制系統的設計 243

6.7.1 概述 243

6.7.2 PLC的編程方法及程序設計注意事項 251

小結 259

習題與思考題 259

第7章 機電傳動控制系統 262

7.1 機電傳動控制系統的組成和分類 262

7.1.1 機電傳動控制系統的組成 262

7.1.2 機電傳動控制系統的分類 262

7.2 直流傳動控制系統 264

7.2.1 概述 264

7.2.2 直流電動機閉環調速系統 267

7.2.3 直流電動機脈寬調速系統 277

7.3 交流傳動控制系統 285

7.3.1 概述 285

7.3.2 非同步電動機的調壓調速系統 286

7.3.3 非同步電動機的變頻調速系統 291

7.4 步進電動機的驅動與控制系統 300

7.4.1 步進電動機的控制系統及功率驅動電源 300

7.4.2 步進電動機的運行特性及影響因素 305

7.5 單片機在機電傳動系統中的應用 306

7.5.1 組成高解析度的數字觸發器 307

7.5.2 數字測速的實現 310

7.5.3 單片機在交、直流調速系統中的應用 312

小結 317

習題與思考題 317

第8章 機電傳動控制設計範例 320

8.1 概述 320

8.1.1 問題提出 320

8.1.2 PLC控制系統設計的基本步驟 320

8.1.3 PLC硬體系統設計 322

8.1.4 PLC軟體系統設計 323

8.1.5 PLC控制系統設計的注意事項 324

8.2 PLC在機械手搬運控制系統中的應用 325

8.2.1 機械結構和控制要求 325

8.2.2 PLC的I/O分配 326

8.2.3 PLC程序設計 327

8.3 用PLC技術改造普通車床的電氣控制系統 331

8.3.1 C650普通車床的電氣控制要求 331

8.3.2 PLC控制電路 332

8.4 皮帶運輸機的PLC控制系統設計 335

8.4.1 皮帶運輸機的控制要求 335

8.4.2 PLC程序設計 336

小結 338

習題與思考題 339

參考文獻 342