運動控制系統(tǒng)復習要點

1、1,第2章 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng),1,2,2.1 穩(wěn)態(tài)調速性能指標 調速范圍D、靜差率s。及與轉速降落nN的關系。 2.1.1開環(huán)系統(tǒng)性能指標 2.1.2轉速閉環(huán)系統(tǒng)結構框圖及控制器放大倍數計算 2.1.3閉環(huán)系統(tǒng)性能指標 開環(huán)不滿足調速要求：在開環(huán)系統(tǒng)的基礎上加轉速反饋和控制器，構成轉速閉環(huán)系統(tǒng)，通過設計控制器放大倍數，達到所需性能指標。,3,4,1、調速范圍（調速） 生產機械要求電動機提供的最高轉速nmax和最低轉速nmin之比稱為調速范圍，用字母D表示，即 nmax和nmin是電動機在額定負載時的最高和最低轉速， 對于少數負載很輕的機械，也可用實際負載時的最高和最低轉速。,5,2、

2、靜差率s（穩(wěn)速） 當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應的轉速降落nN與理想空載轉速n0之比： （2-29） 一個系統(tǒng)的靜差率指標是最低轉速時的靜差率,6,例題2-2 某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，其額定數據如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動機電動勢系數Ce=0.2Vmin/r。如果要求調速范圍D=20，靜差率s5%，采用開環(huán)調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多能有多少？,7,解 當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為 如要求D=20， s5% ，要求 nN 為 即轉速降落最多為2.6

3、3，所以原開環(huán)系統(tǒng)不滿足要求。,7,8,閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖,9,（2-48） （2-49） （2-50）,10,例題2-3：在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s5%，已知 Ks=30,= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調速系統(tǒng)滿足上述要求時，比例放大器的放大系數應該有多少？,11,第3章 轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng) 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數學模型 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)調節(jié)器的工程設計方法,12,1起動過程分析 1)穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性,13,2）起動過程,14,第階段：電流上

4、升階段（0t1）: 在t=0時，系統(tǒng)突加階躍給定信號Un*，在ASR和ACR兩個PI調節(jié)器的作用下， Id很快上升，在Id上升到Idl之前，電動機轉矩小于負載轉矩，轉速為零 當 Id IdL 后，電機開始起動，由于IdIdm ，轉速不會很快增長，ASR輸入偏差電壓仍較大， ASR很快進入飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和 這一過程一直到Id = Idm ， Ui = U*im 。,15,第階段:恒流升速階段（t1t2） : ASR調節(jié)器始終保持在飽和狀態(tài)，轉速環(huán)仍相當于開環(huán)工作。系統(tǒng)表現為使用PI調節(jié)器的電流閉環(huán)控制，電流調節(jié)器的給定值就是ASR調節(jié)器的飽和值U*im，基本上保持電流Id = Idm

5、不變，,16,第階段：轉速調節(jié)階段（t2以后）： n上升到了給定值n*，Un=0。因為IdIdL，電動機仍處于加速過程，使n超過了n* ，稱之為起動過程的轉速超調。 轉速的超調造成了Un0，ASR退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快下降。轉速仍在上升，直到t=t3時，Id= Idl ，轉速才到達峰值。,17,3） 兩個調節(jié)器的作用 （1） 轉速調節(jié)器的作用 轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速很快地跟隨給定電壓變化, 如果采用PI調節(jié)器，則可實現無靜差。 對負載變化起抗擾作用。 其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。,18,（2） 電流調節(jié)器的作用 在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電

6、壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。 對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。 在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流。 當電動機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。,19,2.典型型系統(tǒng)及電流調節(jié)器的設計 1）什么是典型型系統(tǒng) 作為典型的I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數選擇為 T系統(tǒng)的慣性時間常數； K系統(tǒng)的開環(huán)增益。,20,2）典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與KT參數的關系 3）已知對象參數T，求K。進一步設計控制器類型和參數，調節(jié)器并不一定是PI調節(jié)器，要按對象的傳遞函數來確定調節(jié)器的類型，據性能指標計算參數。如控制對象為 調節(jié)器就分別為積分

7、調節(jié)器和PI調節(jié)器,21,4）如第二種情況，計算電流調節(jié)器 按指標要求，查表3-1，取K=T=0.5 ACR的比例系數為（3-50）,22,第4章 可逆控制和弱磁控制的直流調速系統(tǒng),23,1、V-M可逆直流調速系統(tǒng) 1）V-M可逆直流調速系統(tǒng)的主回路結構,兩組晶閘管可控整流裝置反并聯可逆線路,24,2）V-M可逆直流調速系統(tǒng)中的環(huán)流問題 兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。 一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，環(huán)流太大時會導致晶閘管損壞，因此必須予以抑制或消除。,25,3）消除環(huán)流的措施 （1）配合控制的

8、有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng) 在采用=配合控制以后，消除了直流平均環(huán)流。 由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現瞬時電壓 ud0f ud0r 的情況，從而仍能產生環(huán)流，這類因為瞬時的電壓差而產生的環(huán)流被稱為瞬時脈動環(huán)流。 為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器,26,2邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng) 當可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時，不論是整流工作還是逆變工作，用邏輯關系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。,27,1）V-M系統(tǒng)制動過程的三個階段： (1) 本組逆變階段 、它組整流階段、它組逆變階段,28,發(fā)出停車指令后，進

9、入電動機制動過程中的正向電流衰減階段： 本組VF組由整流狀態(tài)很快變成f=min的逆變狀態(tài)；它組VR組由待逆變狀態(tài)轉變成待整流狀態(tài)。電動機反電動勢E極性未變，迫使Id迅速下降。 大部分能量通過本組回饋電網，所以稱作“本組逆變階段”。,29,（2）它組整流階段（ ） 當主電路電流下降過零時，本組逆變終止，轉到它組VR工作，開始通過它組制動；在它組整流電壓Udor和反電動勢E的同極性的情況下，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，稱作 “它組反接制動階段”。,30,3它組逆變階段（ ） ACR調節(jié)器退飽和的唯一途徑是反向電流Idm的超調；ACR的控制目標是維持Id= Idm 。由于ACR是型系統(tǒng)，

10、所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是接近于 -Idm 。 電動機在恒減速條件下回饋制動，把屬于機械能的動能轉換成電能，其中大部分通過VR逆變回饋電網，稱作“它組逆變階段”或“它組回饋制動階段”。,31,第5章 基于穩(wěn)態(tài)模型的 異步電動機調速系統(tǒng),32,1、電壓空間矢量 1）空間矢量的定義:交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。 2)三相逆變器電壓空間矢量6個扇區(qū) 3）理解電壓空間矢量表的推導,33,2、異步電動機變壓變頻調速 1）基頻以下變壓變頻調速基本原理 當異步電動機在基頻(額定頻率)以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機

11、的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時還會因繞組過熱而損壞電機。 最好是保持每極磁通量為額定值不變。,34,2）基頻以下電壓補償控制方式及其機械特性 恒定子磁通控制、恒氣隙磁通控制、恒轉子磁通控制,a)恒壓頻比控制 b)恒定子磁通控制 c)恒氣隙磁通控制 d)恒轉子磁通控制,35,3）比較 恒壓頻比控制最容易實現，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。 恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉子磁通的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。 恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉矩的限制。 恒轉子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最佳。,36,第6章 基于動態(tài)模型的異步電動機調速系統(tǒng)