机械电子工程毕业设计-基于Modelica动态组件下的机电传动系统.docx

1、本科毕业论文（20 届）基于 Modelica 动态组件下的机电传动系统所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期基于 Modelica 动态组件下的机电传动系统摘要：本文主要研究了机电传动系统的四连杆机构。在 Modelica 语言下运用Mworks 软件为建模平台，建立模型。通过建模仿真，我们可以通过动画直观的看到四连杆机构的运动情况，还可以通过图线详细的分析电机启动时的转速、转矩以及稳定运转时的时间、转速函数曲线，还可以分析每个转动关节的角度时间函数，从而进行参数化分析。关键字：Mworks，Modelica，机电传动，模拟仿真 The electrical drive sy

2、stem of Modelica based on the dynamic componentAbstract：This paper mainly studies four connecting rod mechanism of electromechanical transmission system. In Modelica language using the Mworks software for modeling platform model.Through simulation, we can visually see the animation motion of four ba

3、r linkage mechanism, but also through starting analysis of motor diagram detailed when the speed, torque and stable operation time, speed curve, also can analyze the angle function of time each rotary joint, thereby conducting parametric analysis.Keywords:Mworks, Modelica,mechanical and electrical t

4、ransmission, simulationI目 录1 前言 .11.1 机电传动系统 .11.2 控制系统 .11.3 机电传动与控制系统研究的目的与意义 .32 机电传动控制原理简介 .52.1 电路控制系统 .52.2 电动机的启动电路 .52.2.1 直接启动控制电路原理 .52.2.2 电动机的正反转控制电路原理 .72.2.3 四杆机构的原理 .93 Modelica 语言 .103.1Modelica 语言的发展 .103.2Modelica 语言模型要素 .123.3Modelica 语言主要特点 .153.4 Mworks.163.4.1 功能与特征 .173.4.2 应用

5、领域 .183.4.3 MWorks 建模窗口介绍 .183.5 基本建模步骤 .23II3.5.1 启动建模环境 .243.5.2 加载模型库 .243.5.3 创建模型库 .263.5.4 创建模型 .263.5.5 编译求解模型 .284 运用 Mworks 对机电传动控制系统的模拟仿真 .304.1 电动机的启动控制电路的仿真 .324.1.1 在 Mworks 模型库中查找所需组件 .324.1.2 简单接触器模型的制作 .334.1.3 简单四连杆机构模型的制作 .344.1.4 仿真求解模型分析变量曲线以及仿真动画 .364.2 电动机控制四杆机构的正反转 .394.2.1 在

6、Mworks 模型库中查找组件并连接电路图 .394.2.2 仿真求解并进行变量曲线分析 .40结 论 .43参考文献 .44致 谢 .4511 前言1.1 机电传动系统机电传动的发展是随着电机的发展而发展的。20 世纪以前，电机的发展处于初级阶段，经历了又诞生到在工业上的初步应用，各种电机初步定型，电机理论和电机设计计算方法的简历和发展的过程。20 世纪是自动化发展的时代，对电机也提出了越来越高的要求，是电机向性能良好、运行可靠、质量小、体积小的发展方向。随着自动控制系统的发展及广泛的应用，出现了多种高可靠性、高精度、快速性能好的控制电机。目前动力电机正在向大型、巨型化发展，儿专用电机正在向

7、着高精度、长寿命、微型化发展。由于各类电机已成为各种机电系统中的极为重要的元件，因此，机电传动将发展成为把电子学，电机学和控制理论结合在一起的新兴学科。电动机的问世使电力拖动代替了蒸汽或水气的拖动。机电传动的发展大体经历了成组拖动、单电机拖动和多电机拖动的三个阶段。所谓成组拖动是指一台电动机经天轴（或地轴）由皮带传动来的驱动一组生产机械的拖动方式。这种拖动方式的传动路线长、生产效率低、结构复杂，一旦电动机发生故障，将造成成组生产机械的停车，现在已被淘汰。生产机械中广泛采用的单电机拖动，即一台电动机拖动一台生产机械，较成组拖动前进了一步，他是和用于中小型机械，但生产机械的运动部件较多时，机械传动

8、机构仍十分复杂。自 20 世纪 30 年代起，广泛采取了多电机拖动方式，即一台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电机拖动方式，这样生产机械的结构就大为简化了。例如龙门刨床的刨台，左右垂直刀架，衡量及其夹紧机构均分别由一台电动机拖动。在生产机械中也有一个运动部件采用多电机拖动的方式。这种多点击拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而求控制灵活，为生产机械的自动化提供了有力的条件。21.2 控制系统随着生产的不断发展,现代机电传动要求实现局部或全部的自动控制.随着电机及各种自动控制器件的发展,机电传动控制系统也正在不断创新与发展.它主要经历了如下四个阶段。 。继电器-接触器自动控制系统，

9、这是借助继电器接、触器按钮行程开关等电器元件组成的控制系统，能实现对控制对象的启动停车及有级调速等控制，这是属于有触电的逻辑控制系统。它的结构简单价格低廉维修方便,广泛地应用在机床和其他机械设备上.但他的控制速度慢、控制精度差、灵活性差、可靠性不高。20 世纪 40-50 年代的交磁放大机-电动机控制系统，从断续控制发展到了连续控制，系统可随时检查控制对象的工作状态，能对控制对象进行自动调整，他的快速性及控制精度都大大超过了最初的断续控制系统，并简化了控制系统，生产效率也提高了，但系统存在体积大、响应慢、旋转噪音大等缺点。20 世纪 60 年代晶闸管-直流电动机无极调速系统。晶闸管具有功效大、

10、体积小、效率高、动态响应快、控制方便等优点，并正在向大容量方向发展。继晶闸管出现后，又陆续出现了具有可控制的全控型器件和功率集成电路，例如可关断晶体管（GTO） 、大功率晶体管在（GTR） 、电力场磁效应晶体管（P-MOSFET） 、复合电力半导体件（IGBT、MCT）等。尤其是绝缘栅双极晶体管（IGBT）的应用更是广泛。由于逆变技术的出现和高压大功率晶体管的问世，20 世纪 80 年代以来，交流电动机无极调速系统有了迅速的发展。由于交流电动机无电刷和换向器，脚趾交流电动机易于维护，且寿命长，因此，交流调速系统有很好的发展前途，至今用大功率晶体管逆变技术和脉宽调制技术（PWM） 、改变交流电的

11、频率等实现电动机无极调速系统，在工业上正在得到广泛的应用。目前以出现了多种以微机为核心的数字变频器调速系统，它使交流电动机的控制变得更简单，可靠性更高，拖动系统的性能更好，为机电传动与控制开辟了新途径。随着数控技术和微计算机的发展，出现了具有运算功能和较大功率输出能力的3可编程控制器（PLC） ，用它可替代大量的继电器，是硬件软件化。它实际上是一台按开关量输入的工业控制用的微型计算机。用它来替代继电接触器控制系统，提高了系统的可靠性和柔性，是控制技术产生了一个飞跃。20 世纪 90 年代的大型PLC 正向着高速度、多功能、适应多极分布控制系统的方向发展，同时微型 PLC 已发展成不仅具有开关型

12、逻辑控制，定时/计数，逻辑运算功能，还具有处理模拟量的I/O,数字运算功能，通信功能，可构成分布式控制系统的控制器，因此，它的应用越来越普遍，越来越广泛。它已是机电传动与控制的重要器件。随着微电子技术与计算机技术的不断发展，机电传动与控制正向着计算机控制的生产过程自动化方向前进。它经历硬件数控（NC）计算机数控（CNC）柔性制造单元，即加工中心(FMC) 柔性制造系统(FMS) 计算机集成制造系统(CIMS)的过程。20 世纪 80 年代末出现的有数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线柔性制造系统，它是机械制造的自动化车间和自动化工厂的重要组成部分与基础。

13、21 世纪，将是计算机集成制造系统的时代。利用计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和制造过程的一体化，使产品构思、设计、装配、试验和质量管理全过程实现自动化，是当今世界机电一体化发展的新趋势。1.3 机电传动与控制系统研究的目的与意义在现代化生产中，生产机械的先进性和电气自动化程度反映了工业生产发展的水平。现代化机械设备和生产系统不再是传统的单传机械系统，而是机电一体化的综合系统，电气传动与控制系统已成为现代化机械的重要组成部分。因此，从广义上讲，机电传动与控制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；具体的讲，就是以电动机为原动机驱动生产机械，将电

14、能转换为机械能，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，实现生产过程中的自动化。因此，机电传动与控制既包含了拖动生产机械的电动机，又包含了控制电动机的一整套控制系统。4现代化生产要求有高的生产自动化程度，高的加工效率，大的工艺范围，能加速产品更新换代和开发数字化、自动化、智能化的机电一体化的产品，这无疑对机电传动与控制系统提出了越来越多的要求。而今特别突出的电子、航空、航天及汽车工业等高新技术工业的发展，都依赖于机械工业制造技术，以及由“重大长厚”型转向“轻小短薄”型的工艺设备的发展，而每一次新技术的出现，都是同新型的加工方法、加工手段和测量控制技术的出现密切相关的。目前，

15、我国正在加速制造技术领域的发展，引进国外先进技术，吸收新技术成果，并正在加快单机自动化、局部生产过程自动化、成产线自动化和全厂综合自动化的步伐。这些都离不开机电传动与控制。随着计算机技术的、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术的发展，随着电机及电器制造业及各种自动化元件的发展，机电传动与控制正在不断创造与发展。目前直流或交流无级调速控制系统代替了结构复杂、笨重的变速箱系统，简化了生产机械的结构，使生产机械向性能优良、运行可靠、质量小、体积小、自动化的发展方向。近 20 年来各种机电一体化产品，如数控机车、工业机器人、电力机车、静电复印机、电动汽车、及电动机磁盘光盘驱动器等都是现代化生产机械自

16、动化的成果，可见机电传动与控制在整个生产机械中占有极其重要的地位。为了培养新世纪机电一体化的复合型实用人才，必须掌握机电传动与控制的理论和方法。52 机电传动控制原理简介机电传动是以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。机电传动系统包括电路控制系统、电动机、机械运动部件。绝大多数的生产机械必须有电动机拖动，而且还需要控制设备将它们组合成控制线路，用以实现生产机械的自动控制。2.1 电路控制系统用继电器、接触器等有触点电器组成的控制电路，称为继电器-接触器控制电路。它的主要特点是操作简单、直观形象、抗干扰能力强，并可以进行远距离控制。在生产机械的电气自动化控制系统中，需要应用多种电器元件按一定的要求和方法联系起来，才能实现电器的自动控制。电路控制系统包括主电路、控制电路、辅助电路。主电路即为被控电路，控制电路主要实现对主电路的控制，以实现电动机的各种动作，辅助电路主要是对主电路进行保护、报警等。本次设计的控制电路主要实现的功能是电动机的启动，电动机的正反转，下面将介绍电动机的启动电路和正反转电路。2.2 电动机的启动电路2.2.1 直接启动控制电路原理（1）对于小型台钻、冷却泵、砂轮机等，可用开关直接启动。