机电传动控制（黄波）

本书以“机电传动控制”为主线，系统阐述现代生产机械中电动机驱动与电气控制的核心知识与技术应用。全书共6章，内容编排遵循“概念—建模—器件—电路—系统—案例”的认知规律，既强调理论基础，又突出工程实践。第1章绪论从现代制造需求出发，梳理机电传动控制的研究目的、系统组成与发展脉络；第2章建立机电传动系统的动力学模型，给出多轴折算与稳定性判据；第3章介绍电动机工作原理及机械特性；第4章聚焦常用低压电器，详解结构、原理、选型与图形符号；第5章通过典型机床实例，完整展示接触器-继电器控制系统的设计流程；第6章以西门子S7-1200为例，系统讲述PLC硬件、软件、指令系统及工程案例。 
本书是高等院校机械、电气、自动化及相关专业的教材，也可供从事机电设备设计、调试、维护的工程技术人员参考。

智能制造时代，生产机械正在向高速、高精、柔性、绿色方向跃升，机电传动控制已成为决定装备性能与竞争力的核心技术之一。为适应新工科建设“厚基础、强交叉、重实践”的要求，我们总结十余年教学改革与工程服务经验，重新梳理知识体系，编写了这本《机电传动控制》。全书以“概念—建模—器件—电路—系统—案例”为主线，力图在经典与现代、理论与工程之间找到新的平衡点，为读者提供一本既便于教学又贴近现场的实用教材。
（1）编写背景 
① 产业需求：数字化车间、机器人产线、智能电梯、精密机床等典型装备，均依赖高性能机电传动与控制系统。传统教材侧重继电器或单一调速技术，已无法满足“机电深度融合+数字孪生”的新场景。 
② 教学痛点：课程内容庞杂、学时压缩、学生基础差异大，需要“由浅入深、案例贯通、资源立体”的新型教材。 
③ 标准升级：本书所有电气符号、图形绘制、器件选型严格遵循 GB/T 5094、GB/T 4728、GB/T 5226 等最新国家标准，帮助学生建立规范意识。
（2）内容特色 
① 闭环知识链：第1章给出系统概念与发展脉络；第2章建立动力学模型与稳定性判据；第3章介绍电动机特性；第4章详解低压电器原理与选型；第5章通过车床、铣床、钻床、组合机床四大案例，完成继电器-接触器控制系统设计闭环；第6章以西门子 S7-1200为载体，实现“PLC硬件→指令→编程→调试→维护”全流程工程化知识体系。 
② 案例丰富：本书融入丰富的工程现场案例，如借助数控钻床6工位自动循环任务讲解顺序功能图，结合机械手搬运单元实例阐释PLC多工作方式程序设计。
③ 资源立体：本书配套提供系统的数字化教学资源，如课件、视频等，读者可扫码随时随地学习。
（3）使用建议 
本书内容及资源设计充分满足多层次教学与培训需求：本科教学可依据“课堂36学时+实验12学时+课程设计8学时”的模式开展；职业教育可删减复杂数学推导，侧重案例分析与PLC实训，于40学时内完成教学；企业培训则可聚焦第5、6章及相关资源，以“继电器控制系统改造至PLC升级”为主线进行项目化实战培训。
（4）编写团队 
本书由长期从事机电传动控制教学与装备研发的四川轻化工大学高档数控机床与智能制造技术团队完成。全书由黄波、李航、王强、李轩主编，谢亮亮、赵献丹副主编，廖映华主审。具体编写分工为：黄波编写第1、5章，王强、魏椿林编写第2章，赵献丹、刘磊编写第3章，谢亮亮、刘高君编写第4章，李航、付鸽编写第6章，李轩负责电子资源的整理与制作。
限于笔者水平，书中难免存在疏漏，恳请读者批评指正，以便持续改进。

编者

第1章 绪论	1
思维导图	1
学习目标	1
1.1 机电传动控制的研究目的和研究任务	2
1.2 机电传动控制系统的组成和分类	2
1.2.1 断续控制、连续控制和数字控制系统	2
1.2.2 开环和闭环控制系统	2
1.3 机电传动控制技术的发展	3
1.3.1 电力拖动技术的发展	3
1.3.2 逻辑控制技术的发展	3
1.3.3 数字控制技术的发展	4

第2章 机电传动系统的动力学基础	5
思维导图	5
学习目标	5
2.1 机电传动系统的运动方程式	6
2.1.1 运动方程式	6
2.1.2 运动方程式中转矩方向的确定	8
2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮矩的折算	9
2.2.1 负载转矩的折算	9
2.2.2 转动惯量和飞轮矩的折算	14
2.3 生产机械的机械特性	16
2.3.1 恒转矩型机械特性	16
2.3.2 恒功率型机械特性	17
2.3.3 离心通风机型机械特性	18
2.3.4 直线型机械特性	18
2.4 机电传动系统稳定运行的条件	18
习题与思考题	19
参考文献	21

第3章 电动机的工作原理及机械特性	22
思维导图	22
学习目标	23
3.1 直流电动机的工作原理及机械特性	23
3.1.1 直流电动机的基本结构	23
3.1.2 直流电动机的工作原理	25
3.1.3 直流电动机的分类	26
3.1.4 他励直流电动机的机械特性	26
3.1.5 他励直流电动机的启动特性	30
3.1.6 他励直流电动机的调速特性	32
3.1.7 他励直流电动机的制动特性	34
3.2 交流电动机的工作原理及机械特性	39
3.2.1 三相异步电动机的结构和工作原理	39
3.2.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路	45
3.2.3 三相异步电动机的转矩与机械特性	49
3.2.4 三相异步电动机的启动特性	53
3.2.5 绕线式异步电动机的启动方法	58
3.2.6 三相异步电动机的调速方法与特性	59
3.2.7 三相异步电动机的制动特性	64
3.2.8 单相异步电动机	67
3.2.9 同步电动机	70
习题与思考题	73
参考文献	75

第4章 常用低压电器及其选择	76
思维导图	76
学习目标	76
4.1 概述	77
4.1.1 常用低压电器的分类	77
4.1.2 我国低压电器的发展概况	79
4.1.3 常用低压电器的基本问题	80
4.1.4 电气制图规则	84
4.2 常用低压电器	84
4.2.1 刀开关	84
4.2.2 行程开关	87
4.2.3 熔断器	89
4.2.4 继电器	90
4.2.5 接触器	93
4.2.6 低压断路器	95
习题与思考题	96
参考文献	97

第5章 接触器-继电器控制系统	98
思维导图	98
学习目标	99
5.1 电气设备图的绘制及阅读方法	99
5.1.1 电气设备电路图	99
5.1.2 电气设备接线图	100
5.1.3 电气设备安装图	100
5.2 接触器-继电器控制系统的基本控制电路	102
5.2.1 三相异步电动机的启动控制电路	102
5.2.2 三相异步电动机的正反转控制电路	105
5.2.3 三相异步电动机的制动控制电路	107
5.2.4 双速电动机控制电路	109
5.2.5 控制线路的其他基本环节	110
5.2.6 电气控制系统保护	112
5.3 典型机械设备控制电路分析	115
5.3.1 C650-2型普通车床控制电路	115
5.3.2 X62W万能升降台铣床控制电路	118
5.3.3 Z3040型摇臂钻床控制电路	122
5.3.4 组合机床控制电路	126
5.4 接触器-继电器控制系统设计	130
5.4.1 电气控制系统设计的一般步骤	130
5.4.2 电气原理设计	131
5.4.3 电气工艺设计	137
习题与思考题	143
参考文献	145

第6章 PLC控制系统	146
思维导图	146
学习目标	147
6.1 PLC概述	147
6.1.1 PLC的诞生与发展	147
6.1.2 PLC的基本结构	148
6.1.3 PLC的工作原理	150
6.1.4 PLC的主要特点和应用	154
6.1.5 PLC与其他工业控制系统的比较	156
6.2 S7系列可编程序控制器及其指令系统	157
6.2.1 S7系列可编程序控制器硬件介绍	157
6.2.2 S7系列可编程序控制器编程结构	160
6.2.3 S7系列可编程序控制器编程语言	170
6.2.4 S7系列可编程序控制器基本指令	172
6.3 PLC程序设计	218
6.3.1 程序设计基础	218
6.3.2 梯形图程序设计法	220
6.3.3 典型电路的PLC程序设计	242
6.4 PLC控制系统设计案例分析	247
6.4.1 案例1—Z3040摇臂钻床的PLC技术改造设计	247
6.4.2 案例2—机械手控制系统线性程序设计	254
习题与思考题	260
参考文献	262