電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)授課教師：田偉Email：cse_tianw@Office：1J1203第1章緒論運動控制系統(tǒng)及其組成運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性運動控制系統(tǒng)的任務(wù)通過控制電動機電壓、電流、頻率等輸入量，改變工作機械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機械量，使各種工作機械按人們期望的要求運行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。電源控制設(shè)備電動機工作機構(gòu)電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)代運動控制技術(shù)以各類電動機為控制對象，以計算機和其他電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強電的紐帶，以自動控制理論和信息處理理論為理論基礎(chǔ)，以計算機數(shù)字仿真和計算機輔助設(shè)計為研究和開發(fā)的工具。圖1-1運動控制及其相關(guān)學(xué)科1.1運動控制系統(tǒng)及其組成

圖1-2運動控制系統(tǒng)及其組成1.1.1運動控制系統(tǒng)的控制對象——

電動機從類型上分直流電動機、交流感應(yīng)電動機（交流異步電動機）和交流同步電動機。從用途上分用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動機和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機。1.1.2運動控制系統(tǒng)的功率放大

與變換裝置電力電子型功率放大與變換裝置半控型向全控型發(fā)展低頻開關(guān)向高頻開關(guān)發(fā)展分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展1.1.3運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器（運放及相應(yīng)電氣元件） 物理概念清晰、控制信號流向直觀 控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路 線路復(fù)雜、通用性差 控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響運動控制系統(tǒng)的控制器以微處理器為核心的數(shù)字控制器 硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高 控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改靈活方便 擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器并行運行，控制器的滯后時間小。微處理器數(shù)字控制器串行運行方式，其滯后時間比模擬控制器大得多，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)予以考慮。1.1.4運動控制系統(tǒng)的信號檢測

與處理信號檢測電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號信號轉(zhuǎn)換電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等數(shù)據(jù)處理信號濾波1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動了新一代交流調(diào)速系統(tǒng)的興起與發(fā)展，打破了直流調(diào)速系統(tǒng)一統(tǒng)高性能拖動天下的格局。進(jìn)入21世紀(jì)后，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為不爭的事實。1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。 換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng) 交流電動機（尤其是籠型感應(yīng)電動機）結(jié)構(gòu)簡單 交流電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性、多變量、強耦合的性質(zhì)，比直流電動機復(fù)雜得多。交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)的變壓變頻調(diào)速轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)動態(tài)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比交流調(diào)速系統(tǒng)基于動態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)動態(tài)性能良好，取代直流調(diào)速系統(tǒng)1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng) 同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，機械特性硬。電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展，成功地解決了阻礙同步電動機調(diào)速的失步和啟動兩大問題。1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

運動控制系統(tǒng)的基本運動方程式忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方程式1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

若采用工程單位制，則轉(zhuǎn)矩控制是運動控制的根本問題要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

磁鏈控制同樣重要為了有效地控制電磁轉(zhuǎn)矩，充分利用電機鐵芯，在一定的電流作用下盡可能產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時也控制磁通（或磁鏈）。1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

基速以下恒磁通（或磁鏈）控制，基速以上采用弱磁控制。1.4生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個必然存在的不可控擾動輸入。歸納出幾種典型的生產(chǎn)機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實際負(fù)載可能是多個典型負(fù)載的組合，應(yīng)根據(jù)實際負(fù)載的具體情況加以分析。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重力產(chǎn)生，具有固定的大小和方向b)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大小不變，方向始終與轉(zhuǎn)速反向圖1-3恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而功率為常數(shù)，稱作恒功率負(fù)載圖1-4恒功率轉(zhuǎn)矩負(fù)載

風(fēng)機、泵類負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，稱作風(fēng)機、泵類負(fù)載圖1-5風(fēng)機、泵類負(fù)載計劃學(xué)時:共54學(xué)時,其中:實驗6學(xué)時，講課48學(xué)時，上課時間：3-17周（單周4，雙周2）學(xué)習(xí)章節(jié)：

第1章緒論

第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)

第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第4章可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第2篇交流調(diào)速系統(tǒng)第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)第6章基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)

授課安排教材與參考書教材：電力拖動控制系統(tǒng)（第4版），阮毅，陳伯時，機械工業(yè)出版社。參考書：自動控制原理，胡壽松，科學(xué)出版社。自動控制系統(tǒng)，陳伯時，機械工業(yè)出版社。電力電子技術(shù)，王兆安，機械工業(yè)出版社?，F(xiàn)代控制工程，緒方勝彥（日），科學(xué)出版社。電力拖動自動控制系統(tǒng)，王離九，華中理工大學(xué)出版社電機控制系統(tǒng)，賴福新，上海交通大學(xué)出版社。電機及拖動基礎(chǔ)（上、下冊），顧繩谷，機械工業(yè)出