電力拖動控制系統(tǒng)運動控制第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月我為什么要學該課？我會喜歡這門課嗎？我能學好嗎？第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程信息開課院系：工程學院自動化與測控系課程編號：082303101217英文名稱：AutomaticControlSystemofElectricalDrives課程總學時：48（含實驗或實踐學時：12）總學分：3使用教材：《電力拖動自動控制系統(tǒng)》編者：陳伯時出版社：機械工業(yè)出版社出版時間及版次：2003年第三版第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月自動化專業(yè)最重要的課程是什么？第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程教學目標與基本要求本課程是自動化專業(yè)的一門的專業(yè)課。它應該使學生獲得比較寬廣的、鞏固的有關電機拖動和自動控制的基本理論知識、相應的分析計算能力以及一定的實驗技能的訓練。培養(yǎng)學生提高分析和解決工程實際問題的能力。第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月在學完本課程后，應達到下列要求１、掌握直流調速系統(tǒng)中單閉環(huán)、多環(huán)和可逆系統(tǒng)基本組成和控制規(guī)律、靜態(tài)和動態(tài)性能分析及工程設計方法，直流調速系統(tǒng)地數(shù)字控制。２、掌握交流調壓調速系統(tǒng)和變頻調速系統(tǒng)的基本組成、工作原理和性能特點。第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月考試形式閉卷考試實驗平時考試第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第一章閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)1．直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源2．V-M系統(tǒng)的特殊問題(1學時)3．脈寬調制變換器及調速系統(tǒng)的特殊問題4．反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設計5．反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)分析和設計6．無靜差調速系統(tǒng)和積分、比例積分控制規(guī)律7．電壓反饋、電流補償控制的調速系統(tǒng)第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第二章多環(huán)控制直流調速系統(tǒng)1．轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)及其靜態(tài)特性和動態(tài)性能2．調節(jié)器的工程設計方法3．按工程設計方法設計雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器4．弱磁控制的直流調速系統(tǒng)第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第三章直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制1．微型計算機數(shù)字控制的主要特點2．微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的硬件和軟件3．數(shù)字測速4．數(shù)字PI調節(jié)器5．按離散系統(tǒng)設計數(shù)字控制器第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第四章可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)1．可逆調速系統(tǒng)的可逆線路、制動問題及其環(huán)流問題2．有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)3．無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)4．位置隨動系統(tǒng)第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第五章交流調速的基本類型和交流變壓調速系統(tǒng)1．交流調速的基本類型2．閉環(huán)控制的交流變壓調速系統(tǒng)第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第六章異步電動機變壓變頻調速系統(tǒng)1．變頻調速的基本控制方式2．靜止式變頻裝置3．正弦波脈寬調制（SPWM）逆變器4．異步電動機電壓、頻率協(xié)調控制的穩(wěn)態(tài)機械特性5．轉速開環(huán)、恒壓頻比控制的變頻調速系統(tǒng)6．轉速閉環(huán)、轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)7．異步電動機的多變量數(shù)學模型和坐標變換8．矢量控制的變頻調速系統(tǒng)第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月交流調速按對象劃分異步電動機調速同步電動機調速按Ps變化情況劃分Ps功率消耗型Ps功率回饋型Ps功率不變型交流調壓調速系統(tǒng)串級調速變頻調速實現(xiàn)方式SPWM按對象劃分他控同步電動機變頻調速系統(tǒng)自控同步電動機變頻調速系統(tǒng)實現(xiàn)方式次同步串級調速系統(tǒng)超同步串級調速系統(tǒng)恒U1/ω1控制恒Eg/ω1控制恒Er/ω1控制

轉速開環(huán)恒壓頻比控制變頻調速系統(tǒng)

轉速閉環(huán)轉差頻率控制變頻調速系統(tǒng)矢量控制變頻調速系統(tǒng)第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗內(nèi)容實驗一:晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗實驗二:單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗實驗三:雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)實驗實驗四:雙閉環(huán)三相異步電機串級調速系統(tǒng)實驗第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月學習參考書《電力拖動自動控制系統(tǒng)》張明達，冶金工業(yè)出版社《電機控制系統(tǒng)》賴福新，上海交通大學出版社《運動控制系統(tǒng)》羅非編著化學工業(yè)出版社2001年9月《電力拖動自動控制系統(tǒng)》馬志源編著科學出版社2004年3月《實用變頻調速技術》張燕賓等編著機械工業(yè)出版社2004年8月《電力拖動運動控制系統(tǒng)》丁學文，機械工業(yè)出版社2007年9月第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月教學改革的嘗試1.加強伺服系統(tǒng)控制比重2.增加步進電機控制、開關磁阻電機、微特電機等內(nèi)容3.BB網(wǎng)絡平臺重復考試第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月我為什么要學該課？專業(yè)核心課程的具體應用，兼有理論課和技術課的特點，是打通自動化專業(yè)理論和實踐的橋梁，也是打通強電弱電、機械電子、檢測與控制、信息與系統(tǒng)、硬件與軟件的橋梁。（練拳不練功，到老一場空；花拳繡腿，非真功夫）我會喜歡這門課嗎？課程確實有些枯燥（理論），而且還有危險（強電、電機運動），但是一種修煉，可以受用終生。（職場小說：佛與石階、長跑）我能學好嗎？付出行動、思考、感悟，一定能學好，并從中受益。（沒有笨徒弟，只有笨師傅）第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月希望長跑堅持下來的人越多越好！第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.緒論0.1運動控制系統(tǒng)0.1.1什么是運動控制系統(tǒng)0.1.2運動控制系統(tǒng)的分類0.1.3運動控制系統(tǒng)的基本結構0.2電力拖動控制系統(tǒng)0.2.1什么是電力拖動控制系統(tǒng)0.2.2電力拖動控制系統(tǒng)的分類0.2.3電力拖動控制系統(tǒng)的基本結構0.3運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用0.4運動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.1什么是運動控制系統(tǒng)

運動控制系統(tǒng)（motioncontrolsystem）：

是以機械運動的驅動設備—電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機的轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現(xiàn)運動機械的運動要求。第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.2運動控制系統(tǒng)的分類

按被控物理量分：以轉速為被控量的系統(tǒng)叫調速系統(tǒng)；以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)叫位置隨動系統(tǒng)，有時也叫伺服系統(tǒng)。

按驅動電機類型分：用直流電機帶動生產(chǎn)機械的為直流傳動系統(tǒng)；用交流電機帶動生產(chǎn)機械的為交流傳動系統(tǒng)。

按控制器的類型分：以模擬電路構成的控制器叫模擬控制系統(tǒng)；以數(shù)字電路構成的控制器叫數(shù)字控制系統(tǒng)。第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.3運動控制系統(tǒng)的基本結構圖1.1運動控制系統(tǒng)的基本結構第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

表中各部分的不同組合，可以構成不同的運動控制系統(tǒng)。電動機部分、功率驅動部分和控制器中的大部分內(nèi)容分別在其他課程中有介紹，但它們組合成完整的運動控制系統(tǒng)以后，有哪些新的控制要求，如何分析系統(tǒng)的性能，如何設計控制器使系統(tǒng)達到較高的性能指標，在實際應用中存在哪些具體問題，以及如何解決等，這些都是個課程要解決的問題。第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.1什么是電力拖動控制系統(tǒng)采用動力設備(或稱原動機)帶動工作機械作形式不同的運動稱為“拖動”，采用電動機作為動力設備的拖動方式稱為“電力拖動”，在工業(yè)生產(chǎn)中電力拖動是最主要的拖動方式。具有自動控制和調節(jié)工作機械的速度或位移的電力拖動系統(tǒng)稱為“電力拖動控制系統(tǒng)”。實際上工作機械的速度控制或位移控制是通過控制和調節(jié)電動機的轉速和轉角來實現(xiàn)的。從電能的轉換及傳遞(傳輸)角度來看，把電力拖動稱為電力傳動，把電力拖動控制系統(tǒng)稱為電力傳動控制系統(tǒng)。由于這類系統(tǒng)的基本任務是通過控制和調節(jié)電動機的旋轉速度或轉角來實現(xiàn)工作機械對速度或位移的要求，因此把電力拖動控制系統(tǒng)又稱為運動控制系統(tǒng)。

第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.2電力拖動控制系統(tǒng)的分類電力拖動控制系統(tǒng)按被控制量的不同分為兩大類：以電動機的轉速為被控制量的系統(tǒng)叫做調速系統(tǒng)；以工作機械的角位移或直線位移為被控制量的系統(tǒng)叫做位置伺服系統(tǒng)，又叫做位置隨動系統(tǒng)。電力拖動控制系統(tǒng)還有其他多種類型，如張力控制系統(tǒng)，多電動機同步控制系統(tǒng)等。雖然電力拖動控制系統(tǒng)種類很多，但是，各種電力拖動控制系統(tǒng)都是通過控制電動機轉速來工作的，因此，調速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.3電力拖動自動控制系統(tǒng)的基本組成第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用由于歷史上最早出現(xiàn)的是直流電機，所以19世紀80年代以前，直流電氣傳動是惟一的電氣傳動方式。直到19世紀末，出現(xiàn)了交流電，且解決了三相制交流電的輸送和分配問題，并制成了經(jīng)濟適用的鼠籠異步電機，這就使交流電氣傳動在工業(yè)中逐步地得到廣泛的應用。由于大量使用異步電機，嚴重影響到電網(wǎng)的功率因數(shù)，同步電機的誕生和使用大大緩解了功率因數(shù)問題。在20世紀的大部分時間里，基本形成直流調速、交流不調速的格局。由于直流電機的調速性能和轉矩控制性能好，20世紀30年代起就開始使用直流調速系統(tǒng)。近三四十年來，使交流調速逐步具備了寬調速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應和四象限運行等良好的技術性能，并實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化，從調速性能上完全可與直流調速系統(tǒng)相媲美。目前交流調速系統(tǒng)已占據(jù)主導地位。第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月運動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應用（續(xù)）

隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展，對電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應等方面都提出了更高要求，這就要求大量使用調速系統(tǒng)。它的發(fā)展過程是這樣的：由最早的旋轉變流機組控制發(fā)展為放大機、磁放大器控制，再進一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現(xiàn)直流調速，再后來用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現(xiàn)數(shù)字化的直流調速，使系統(tǒng)的快速性、可靠性、經(jīng)濟性不斷提高。調速性能的不斷提高使直流調速系統(tǒng)應用非常廣泛。然而，由于直流電機具有電刷和換向器，制造工藝復雜且成本高，維護麻煩，使用環(huán)境受到限制等缺點，并且很難向高轉速、高電壓、大容量發(fā)展，因而逐漸顯示出直流調速的弱點。第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.4運動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(1)高頻化。在功率驅動裝置中，低頻的半控器件-晶閘管在中小功率范圍將被高頻的全控器件-大功率晶體管所代替，這樣既可以提高系統(tǒng)性能，又可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。(2)交流化。隨著交流調速系統(tǒng)成本的逐步降低，不僅現(xiàn)有的直流調速系統(tǒng)將被交流調速系統(tǒng)取代，而且，大量的原來恒速運行的交流傳動系統(tǒng)將改為交流調速系統(tǒng)，原來直流調速所