控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)要點(diǎn)一 期末考試的題型與交流拖動控制系統(tǒng)比較，直流拖動控制系統(tǒng)是重點(diǎn)；考試內(nèi)容各占50%左右。而直流電機(jī)控制的要求則是掌握，是以計算，分析，證明題方式出現(xiàn)；交流的要求是了解和一般掌握，交流電機(jī)則以選擇、判斷、填空、簡述的方式出現(xiàn)。10級考試題型及分?jǐn)?shù)分配1 判斷題（15-20分，1020小題）范圍廣，2 選擇題（15-20分，1020小題）范圍廣3 填空題（10分，1020小題）內(nèi)容深，細(xì)節(jié)區(qū)分3 設(shè)計題（10分，1小題）4 簡述題（10-15分，3小題）5 設(shè)計題（10-15分，2小題）6 分析與計算題（15-20分，4小題）7 證明題(10-15分，2小題)二 考試內(nèi)容主要

2、依據(jù)教材中的作業(yè)和例題和復(fù)習(xí)題。三 課程內(nèi)容復(fù)習(xí)綱要直流拖動系統(tǒng)（掌握）控制系統(tǒng)課程貫穿著一個基本方法：理論聯(lián)系實(shí)際來分析問題解決問題。具體來說就是系統(tǒng)思想和模型化、工程化方法。本書的基本結(jié)構(gòu)是以學(xué)科歷史發(fā)展過程或者說實(shí)際問題為邏輯起點(diǎn)，而一般的理論課程如物理、數(shù)學(xué)實(shí)際上是與科研實(shí)際過程相反的，以學(xué)習(xí)者的知識結(jié)構(gòu)為邏輯起點(diǎn)，從定義、概念、定律再到定理。這是因?yàn)槔碚摰陌l(fā)展意味著概念的創(chuàng)新?？刂葡到y(tǒng)是一門技術(shù)理論課程，它是從技術(shù)角度來總結(jié)的。正因?yàn)槭羌夹g(shù)角度出發(fā)的，具有綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)。所以對學(xué)習(xí)者來說，必須具備一定的實(shí)踐基礎(chǔ)和專業(yè)理論基礎(chǔ)。對初學(xué)者來說，表現(xiàn)出有一定的難度是不奇怪的，而且，每

3、一部分內(nèi)容都僅是打下基礎(chǔ)，深入的細(xì)節(jié)方面的知識，需要更進(jìn)一步地查閱其它書籍和資料，從另一方面來看，這也給大家留下了自學(xué)和實(shí)踐的空間。從電壓平衡方程式，導(dǎo)出調(diào)速方法，從反饋控制原理和靜態(tài)參數(shù)的要求導(dǎo)出閉環(huán)控制系統(tǒng)；從靜態(tài)與動態(tài)性能的矛盾分析了P調(diào)節(jié)器和I調(diào)節(jié)器，發(fā)展到PI調(diào)節(jié)器；從單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)無法控制起、制動動態(tài)電流，導(dǎo)出了帶飽和非線性的PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙閉環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而雙閉環(huán)的結(jié)構(gòu)可以說交直流電動機(jī)控制的基本結(jié)構(gòu)；從單向開關(guān)的晶閘管不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)和回饋制動導(dǎo)出了可逆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又從可逆系統(tǒng)引起的環(huán)流問題導(dǎo)出有環(huán)流和無環(huán)流控制策略；再從調(diào)壓調(diào)速的限制和寬調(diào)速范圍的要求引出帶弱磁控制的非獨(dú)立弱磁控

4、制系統(tǒng)。問題一步一步深化。但思考問題的出發(fā)點(diǎn)是電壓平衡方程式，磁鏈平衡方程式，轉(zhuǎn)矩平衡方程式，再加半導(dǎo)體開關(guān)的特性導(dǎo)致的電力電子電路中的特殊問題（也就是電力電子技術(shù)），同時分析時用到了電路和電機(jī)中的基本概念如輸入功率、輸出功率、轉(zhuǎn)差功率、功率因數(shù)、效率、損耗等等。1閉環(huán)控制 靜差率與調(diào)速范圍 重點(diǎn)掌握可控直流電源 VM系統(tǒng)的主要問題 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要問題單閉環(huán) 穩(wěn)態(tài)分析 PI調(diào)節(jié)器2 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài) 數(shù)學(xué)模型及動態(tài)性能分析 非典型系統(tǒng)的典型化 弱磁控制實(shí)驗(yàn)電路 模擬式PI調(diào)節(jié)器，過電流保護(hù)電路 3 數(shù)字控制（了解）（因?yàn)閷ｉT開設(shè)了微機(jī)控制技術(shù)課程）數(shù)字測速 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器及其設(shè)計方法4 可逆

5、系統(tǒng) （掌握）5 變壓調(diào)速及其軟起動器（了解）6.1 VVVF 控制方式 （掌握）機(jī)械特性比較 三段式控制：基頻以下小于5HZ時，抬高電壓補(bǔ)償定子壓降；基頻以下大于5HZ時，恒壓頻比；基頻以上，則恒定電壓，弱磁升速；（以額定頻率為50HZ為例）6.2 PWM 模式 spwm chbpwm svpwm （了解）（實(shí)際上這是現(xiàn)代電機(jī)控制的核心技術(shù)）6.3 變頻器的主要類型 （了解）6.4 標(biāo)量控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速開環(huán) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制 （一般掌握）6.5 矢量控制原理 坐標(biāo)變換 轉(zhuǎn)子磁鏈定向 （一般掌握）6.6 矢量控制系統(tǒng) 直接矢量控制 間接矢量控制 轉(zhuǎn)子磁鏈估計和觀測（理解）6.7 直接轉(zhuǎn)矩控制

6、 定子磁鏈的估計和觀測（理解）7 串級調(diào)速系統(tǒng) （高效率低功率因數(shù)）（掌握） 雙饋調(diào)速的5種工況 串級調(diào)速的工作原理 起動停車順序 轉(zhuǎn)子整流電路的特點(diǎn)及對機(jī)械特性的影響 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改進(jìn)方案 雙饋調(diào)速系統(tǒng)（了解）8 同步電動機(jī)變頻調(diào)速 （了解）特點(diǎn)及其類型 他控變頻（轉(zhuǎn)速開環(huán)，交交變頻，氣隙磁場定向）自控變頻（無刷直流，永磁同步電動機(jī)）四 復(fù)習(xí)要點(diǎn)1直流電動機(jī)調(diào)壓可獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。調(diào)勵磁可獲得恒功率調(diào)速。用不同調(diào)速方法的直流調(diào)速系統(tǒng)有不同的調(diào)速特性。生產(chǎn)機(jī)機(jī)械有不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，采用可調(diào)速傳動裝置時需考慮使裝置的調(diào)速特性與負(fù)載的要求相匹配，以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。負(fù)載特性與電

7、機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩特性的配合（負(fù)載特性：1 恒定阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載 2 位能性負(fù)載 3 轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的負(fù)載（通風(fēng)機(jī)型，恒功率，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成比例）4轉(zhuǎn)矩隨位置變化的負(fù)載）調(diào)速特性與負(fù)載調(diào)速要求的不匹配問題 采用保種調(diào)速方式要考慮負(fù)載調(diào)速要求。當(dāng)兩者不匹配時，電動機(jī)的容量就得放大。電磁轉(zhuǎn)矩在弱磁時具有恒功率性質(zhì)，但仍能帶動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2 供變壓調(diào)速使用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器與直流斬波器。直流斬波器不同于相位控制調(diào)壓的可控整流器，它是通過改變主開關(guān)元件的通斷時間比例即占空比來調(diào)壓的，有一系列優(yōu)點(diǎn)。3 V-M系統(tǒng)的幾個特殊問題可歸結(jié)為：整流電壓的相位控制、整流電流的平波與波形的連續(xù)、調(diào)速機(jī)械

8、特性及其分區(qū)。V-M系統(tǒng)的完整調(diào)速機(jī)械特性包含整流狀態(tài)下與逆變狀態(tài)、連續(xù)區(qū)與斷續(xù)區(qū)。4 調(diào)速范圍與靜差率是調(diào)速系統(tǒng)的兩個相互關(guān)聯(lián)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。閉環(huán)控制相對于開環(huán)控制來講，可使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)得到改善。正確理解調(diào)速范圍的靜差率中的理想空載轉(zhuǎn)速指的是穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速，這就將調(diào)速范圍和靜差率聯(lián)系起來了。閉環(huán)后，由于反饋?zhàn)饔媒档土遂o差率，提高了調(diào)速范圍。這部分內(nèi)容要求會計算，會分析，會證明。加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和比例調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)，可使穩(wěn)態(tài)速降減小，但總是有靜差，不可能使速降為零。該系統(tǒng)中，被反饋環(huán)所包圍的加于控制系統(tǒng)前向通道上的各種擾動對轉(zhuǎn)速的影響，都受到反饋控制的抑制。但反饋控制無力克

9、服給定電源和檢測反饋元件的誤差。按照反饋控制的原理，即要控制什么物理量，就必須檢測或間接檢測這個物理量并變成電信號，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。5單閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)會推導(dǎo)。在作閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算時，可根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、電動機(jī)及其它控制部件的已知參數(shù)來計算反饋檢測元件與放大器的參數(shù)，這首先需找出系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。然后根據(jù)各環(huán)節(jié)輸入輸出關(guān)系的算式來推導(dǎo)。也可根據(jù)結(jié)構(gòu)圖通過運(yùn)算求出。6 在有靜差單轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，可以用電流截止負(fù)反饋來抑制突加給定電壓的電流沖擊，以保證系統(tǒng)有較大的比例系數(shù)來滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。7 P調(diào)節(jié)器動態(tài)響應(yīng)快但靜態(tài)有誤差，且為保證較小的靜差需要較大的放大系數(shù)，這

10、就可能使得系統(tǒng)出現(xiàn)動態(tài)不穩(wěn)定。I調(diào)節(jié)器靜態(tài)無差但動態(tài)響應(yīng)慢也會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。PI調(diào)節(jié)器綜合了P和I調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，可使得系統(tǒng)響應(yīng)較快且無靜差。8 根據(jù)直流電動機(jī)的電壓平衡方程式，轉(zhuǎn)矩平衡方程式，可以得到電機(jī)的動態(tài)模型。根據(jù)整流器的輸出與輸入關(guān)系，可將其視為一個慣性環(huán)節(jié)。8 在帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，省去了測速裝置。但必須采用電流正反饋補(bǔ)償電樞電阻引起的穩(wěn)態(tài)速降。全補(bǔ)償可做到無靜差，但系統(tǒng)已處于穩(wěn)定邊緣，故不能指望用這類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。第2章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（重點(diǎn)）1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)克服了單閉環(huán)調(diào)速動態(tài)電流無法控制的缺點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)原理圖畫出穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)而得出靜特性方程

11、式。對于PI調(diào)節(jié)器組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算比較簡單。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和電流反饋系數(shù)可按照最高電壓和最大電流及調(diào)節(jié)器的線性工作電壓（或在數(shù)字系統(tǒng)中按位長）來選擇。帶飽和非線性的PI調(diào)節(jié)器組成的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是本次課程的重點(diǎn)內(nèi)容。利用飽和來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)最優(yōu)時間控制。要調(diào)節(jié)起動、制動電流的大小，只能是在正確調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)ASR的限幅值。也就是調(diào)節(jié)ASR中的限幅電路中的電位器。注意起動、制動電流需調(diào)節(jié)不同的電位器。對于正向電壓給定，起動時，由于ASR反向，輸出負(fù)的電壓，所以應(yīng)調(diào)節(jié)負(fù)電壓限幅值。而對于制動，調(diào)節(jié)正電壓限幅值。對于雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算，見P55式（2-3）、（2-4）、（2-

12、5）。是重點(diǎn)掌握的。PI調(diào)節(jié)器的輸出與輸入無關(guān)，是由后面環(huán)節(jié)的需要決定的。這一原理，在控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到。2 根據(jù)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖，可得到動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用飽和非線性實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)時間最優(yōu)”控制，但帶來了轉(zhuǎn)速超調(diào)?？梢杂酶郊游⒎挚刂破骰虿捎弥悄芸刂破骱蛢?nèi)?？刂破鱽砀纳苿討B(tài)性能。雙閉環(huán)系統(tǒng)的另一特點(diǎn)就是穩(wěn)中求快。先設(shè)計和調(diào)試內(nèi)環(huán)，使其穩(wěn)定并滿足動態(tài)性能后，再設(shè)計和調(diào)試外環(huán)。這個前提是內(nèi)環(huán)控制量比外環(huán)控制量變化慢得多（10倍以上）。3 系統(tǒng)動態(tài)性能或調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計基本思想是非典型系統(tǒng)的典型化，具體來講就是零極點(diǎn)抵消方法再加上工程近似法。注意一般都是抵消大的慣性環(huán)節(jié)。一般電流環(huán)設(shè)計為典

13、型I型系統(tǒng)，因?yàn)殡娏鳝h(huán)強(qiáng)調(diào)跟隨性能；而轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計為典型II型系統(tǒng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)速環(huán)強(qiáng)調(diào)抗干擾性能。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，將閉環(huán)控制視為運(yùn)算，采用定時運(yùn)算的方法實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。也就是說閉環(huán)控制可視為定時中斷服務(wù)程序中間的運(yùn)算，也就是說包括采樣實(shí)際反饋值并加以濾波、計算給定與反饋的誤差，對誤差進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出PI運(yùn)算結(jié)果。由于電流比轉(zhuǎn)速變化快得多，電流定時器設(shè)置要比速度環(huán)定時器短得多。定時器設(shè)置的時間就是采樣周期。采樣周期一般按控制對象的慣性時間常數(shù)來設(shè)定，最低要滿足香農(nóng)采樣定理，以減小采樣失真。實(shí)際的采樣周期遠(yuǎn)小于香農(nóng)采樣定理計算值，并在實(shí)際調(diào)試中予以調(diào)整。采樣周期越短，調(diào)節(jié)器的設(shè)計就可按連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計再離

14、散化。也可采用直接離散化的方法來設(shè)計調(diào)節(jié)器。在計算機(jī)系統(tǒng)中，PI調(diào)節(jié)器必須離散化。而PI調(diào)節(jié)器的離散化形式有很多種，如積分分離算法，增量式算法等。4 在需要寬調(diào)速范圍的直流調(diào)速系統(tǒng)中，常采用電樞電壓與弱磁的配合控制。即基速以下調(diào)壓調(diào)速，電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)屬于恒轉(zhuǎn)矩。而基速以上，由于電機(jī)電壓的限制，只能弱磁調(diào)速，這時，其電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)屬于恒功率。這就是說，控制規(guī)律要按照控制對象的物理約束來合理進(jìn)行。第3章 可逆調(diào)速系統(tǒng)1 從電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式可得出改變轉(zhuǎn)矩方向的兩種基本方法：改變電樞電流或改變勵磁磁通的方向。采用接觸器切換、晶閘管開關(guān)切換、反并聯(lián)線路都能實(shí)現(xiàn)。前兩者都只適用于動態(tài)性能要求不高的情況。由于

15、勵磁繞組電感量大，改變勵磁磁通方向的方法只適用于對快速性要求不高、正反轉(zhuǎn)不頻繁的可逆系統(tǒng)。2 即使不需要正、反轉(zhuǎn)，但只要它需要快速回饋制動，就必須采用正反兩組晶閘管裝置供電。因?yàn)榛仞佒苿有枋狗唇M晶閘管工作在有源逆變狀態(tài)才能實(shí)現(xiàn)。有源逆變需要一定的條件。而且有源逆變須防止逆變顛覆造成過電流的故障發(fā)生。但是，在位能式負(fù)載的情況下可以在只有一組晶閘管的情況下實(shí)現(xiàn)回饋制動（它可在二象限即I，IV象限運(yùn)行）。3 環(huán)流是采用正、反兩組晶閘管供電后帶來的新問題?？煞譃橛协h(huán)流系統(tǒng)和無環(huán)流系統(tǒng)。有環(huán)流系統(tǒng)中必須加環(huán)流電抗器，而無環(huán)流可省去環(huán)流電抗器，在控制策略上必須加上無環(huán)流邏輯來控制選觸開關(guān)。4仔細(xì)分析配合控

16、制有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的正向制動過程，可以看到，過渡過程包含本組逆變、它組制動兩個階段，而它組制動又可分解為建流，逆變和減流三個子階段。但最主要的是它組逆變電動機(jī)回饋制動階段。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是正反轉(zhuǎn)時起動與制動過程完全銜接而適合快速正反轉(zhuǎn)，但需要增設(shè)環(huán)流電抗器而增加負(fù)擔(dān)，因此只適用于中、小容量系統(tǒng)。而采用邏輯無環(huán)流控制實(shí)現(xiàn)選觸，可節(jié)省一套電流調(diào)節(jié)器與觸發(fā)裝置。5 除了晶閘管直流電動機(jī)外，采用直流PWM調(diào)速系統(tǒng)，具有線路簡單、功耗低、效率高和功率因數(shù)高、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)分析與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)基本上一樣，所以重點(diǎn)在對主回路、PWM控制電路及其它特殊問題進(jìn)行討論。主

17、回路分為不可逆、可逆；可逆又分為雙極式，單極式和受限單極式。PWM全控型雙極性橋式變流器供電的直流電動機(jī)分析見書中P14-15。其中的一個特殊問題是電能回饋與泵升電壓的問題。這個問題同樣出現(xiàn)在交直交變頻器的主回路上。第5章 交流調(diào)速的基本類型和交流變壓調(diào)速系統(tǒng)1 交流調(diào)速系統(tǒng)按對轉(zhuǎn)差功率的處理方式分為三類：轉(zhuǎn)差功率消耗型、回饋型、不變型。2相比較而言，變壓調(diào)速適合于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載。而對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，變壓調(diào)速的電動機(jī)，由于轉(zhuǎn)差功率損耗與轉(zhuǎn)差率s成正比，所以不宜長期在低速下工作。3 對于大容量的異步電動機(jī)，不能直接通電起動。必須采用降壓起動，而雖然降壓導(dǎo)致起動電流下降，但由于起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正

18、比，又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。因此，降壓起動只適用于空載起動。異步電動機(jī)在額定工況下運(yùn)行時效率較高，異步電動機(jī)長期輕載時，由于輸出功率很小，使得其它功率所占成分較大，使得效率很低。因此，有限地降低定子電壓，可以降低氣隙磁通，同時降低鐵損和勵磁電流，達(dá)到節(jié)能的目的。另外，VVVF變頻也可用來作軟起動和空載節(jié)能，而且比調(diào)壓方式更理想。由于調(diào)壓調(diào)速能耗大，諧波嚴(yán)重，正在被變頻調(diào)速所取代。只是在大容量的簡單的軟起動中發(fā)揮一定作用。第6章 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1變頻調(diào)速的控制方式：根據(jù)變壓器繞組電動勢公式，可以得出穩(wěn)態(tài)時保持定子磁通恒定時必須進(jìn)行VVVF變壓變頻協(xié)調(diào)控制；根據(jù)異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效

19、電路，可以分析出恒壓頻比，怛定子磁通頻比，恒氣隙磁通頻比，恒轉(zhuǎn)子磁通頻比的機(jī)械特性如圖6-6。相關(guān)分析見式6-10，6-15，6-18。從異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路圖6-5可以看出，如果抬高定子電壓，能維持，會使線性段范圍比更寬，但仍具非線性特征，也就是具有最大轉(zhuǎn)矩；而進(jìn)一步抬高定子電壓，維持，則轉(zhuǎn)矩僅與轉(zhuǎn)差頻率成正比，變成線性的而不再是非線性的。其條件是保持轉(zhuǎn)子全磁通恒定不變而不是保持定子磁通或氣隙磁通不變。而動態(tài)保持轉(zhuǎn)子磁通恒定正是轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的控制規(guī)律。圖6-6的比較與分析是重點(diǎn)。其實(shí)質(zhì)是漏抗壓降導(dǎo)致了機(jī)械特性的非線性。而恒轉(zhuǎn)子磁通頻比控制，抵消了轉(zhuǎn)子漏抗的壓降，所以將機(jī)械特性變成了

20、線性的。VVVF的控制規(guī)律為三段式：基頻以下小于5HZ時，抬高電壓補(bǔ)償定子壓降；基頻以下大于5HZ時，恒壓頻比；基頻以上，則恒定電壓，弱磁升速；2采用VVVF可以實(shí)現(xiàn)同步電動機(jī)的軟起動但不能完全克服振蕩及失步現(xiàn)象。為此，必須設(shè)計給定積分器使定子頻率不要變化過快。這也就間接限制了起制電流。同樣，在異步電動機(jī)VVVF系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差成正比，限制了定子頻率變化率也就限制了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差也就間接限制了轉(zhuǎn)矩即限制了起制動電流。3 變頻器分為交直交（間接變頻）和交交變頻（直接變頻）兩種。交直交變頻又分為電壓源型和電流源型。交直交變頻器因調(diào)壓與調(diào)頻環(huán)節(jié)有差別，又有多種分為：可控整流器調(diào)壓與六拍逆變器、不控整

21、流器加斬波調(diào)壓與六拍逆變器、不控整流加PWM同時變壓變頻的逆變器。交直交變頻器分為電壓源型和電流源型。直流輸出通過并聯(lián)電容輸出的是電壓源型變頻器，通過串聯(lián)電感輸出的是電流源型變頻器。而采用二極管不控整流器加全控型PWM逆變器構(gòu)成的變頻器中，SPWM逆變器是同時實(shí)現(xiàn)變壓變頻的。但可控整流器加可控逆變器構(gòu)成的晶閘管交直交變頻器，是通過整流器調(diào)壓，逆變器變頻。即變壓和變頻是分開的。交-交變頻所用元件多，輸出頻率受限，最高頻率不超過電網(wǎng)頻率的1/31/2。所以只適用于低速大功率拖動系統(tǒng)。4 SPWM控制模型 主要分為電壓正弦，電流正弦，磁通正弦三大類。還有消除指定次數(shù)諧波的控制技術(shù)。其中電流正弦也就是

22、電流滯環(huán)跟蹤PWM由于易于用模擬電路實(shí)現(xiàn)而較常用。而SPWM適用于微機(jī)控制，也有專用集成電路實(shí)現(xiàn)的。SVPWM由于TI公司的DSP中具有硬件產(chǎn)生電路，且比SPWM具有更高電壓利用率，諧波分量小，正在推廣應(yīng)用。由于二極管輸出直流電壓幅值不變，所以SPWM逆變輸出的是一系列等幅不等寬的矩形脈沖，其面積等效于正弦波面積，即平均值等效于正弦波。而SVPWM輸出電壓比SPWM高出15%，即直流電壓的利用率高。5 VVVF轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)中由于本身沒有自動限制起制動電流的作用，因此頻率設(shè)定必須通過給定積分算法（電路）產(chǎn)生平緩的升速或降速信號；由于滑差較小時，轉(zhuǎn)差頻率與轉(zhuǎn)矩成正比，因此控制轉(zhuǎn)差頻率也就間接控制了

23、轉(zhuǎn)矩，但其前提條件是保證氣隙磁通不變，這可以根據(jù)圖6-41的函數(shù)關(guān)系控制定子電壓和頻率來保證。轉(zhuǎn)差頻率系統(tǒng)可以構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)，但還達(dá)不到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其原因是只在穩(wěn)態(tài)下保證氣隙磁通不變，沒有控制定子電流的相位，而且存在正反饋環(huán)節(jié)也就影響控制的性能。6 異步電動機(jī)是多變量、高階、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。坐標(biāo)變換是交流電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)。根據(jù)磁動勢或旋轉(zhuǎn)磁場相等的原則，三相交流繞組可用二相交流繞組等效；3/2是三相靜止坐標(biāo)變成二相靜止坐標(biāo)，其目的是減少變量，即降階。還可以用二相相互垂直的直流繞組旋轉(zhuǎn)等效；矢量旋轉(zhuǎn)變換VR是將兩相靜止坐標(biāo)變換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將交流量變換到直流量，擴(kuò)展了頻帶，提高了

24、動態(tài)響應(yīng)。二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中很有用的一種是兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系DQ系，其旋轉(zhuǎn)速度等于同步角速度。所以DQ系對于轉(zhuǎn)子來講按轉(zhuǎn)差頻率旋轉(zhuǎn)。將DQ系定向到轉(zhuǎn)子磁鏈方向，稱之為MT系。也就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。這樣的好處，如果保持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定并使之全在M軸，可將定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦，從而可以將之變成單變量系統(tǒng)，可單獨(dú)閉環(huán)控制。而按照矢量控制方程6-135，6-136，6-137可以保證這一點(diǎn)。再加除法器可以將電流控制型的異步電動機(jī)分解成轉(zhuǎn)速和磁通兩個獨(dú)立的線性子系統(tǒng)。其條件是式6-128，結(jié)果是6-129，式6-135，6-136構(gòu)成的矢量控制方程式。反過來，根據(jù)矢量控制方程式，就可以

25、像直流電機(jī)一樣分別控制磁通和轉(zhuǎn)速、電流分量來構(gòu)建單閉環(huán)控制系統(tǒng)了，也就保證了轉(zhuǎn)子磁通動態(tài)恒定并使分解到M軸上。7 帶磁鏈閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)的稱為直接矢量控制，其中轉(zhuǎn)子磁鏈計算是關(guān)鍵，計算模型中分為電流模型和電壓模型兩種。電流模型可分為兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系兩種，（如式6-142，143）；電壓模型（式144，145）更適合于中、高速范圍，電流模型適合于低速。8磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)也稱為間接矢量控制系統(tǒng)。因?yàn)榇沛滈]環(huán)的系統(tǒng)中，磁鏈計算不準(zhǔn)確，反而不如采用磁鏈開環(huán)控制，這時采用轉(zhuǎn)差頻率式的矢量控制方程，可以構(gòu)成系統(tǒng)。轉(zhuǎn)差頻率式的矢量控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)差頻率式的標(biāo)量控制系統(tǒng)不同的是控制了定子電流

26、的幅值和相位。9 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 其特點(diǎn)是構(gòu)成轉(zhuǎn)矩和磁通閉環(huán)，采用非線性控制器構(gòu)成砰砰控制器，利用轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制器輸出的誤差信號共同直接產(chǎn)生電壓的SVPWM波形。直接轉(zhuǎn)矩控制體現(xiàn)了人工智能的思想，又是一種查表控制。這樣控制了定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，可以得到較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。由于是在定子坐標(biāo)系，所用的轉(zhuǎn)矩計算模型和磁鏈計算模型都是在兩相靜止坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就避開了旋轉(zhuǎn)變換，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。直接轉(zhuǎn)矩控制低速時的轉(zhuǎn)矩脈動和磁鏈計算誤差仍是待解決的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制系統(tǒng)的初步比較見表6-1。第7章 異步電動機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)1 雙饋就是除了電機(jī)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動勢相連

27、。從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢。在恒定負(fù)載下，轉(zhuǎn)子串附加電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢的同相時，電機(jī)可工作在超同步狀態(tài)電動或回饋制動；而反相時，電機(jī)工作在次同步狀態(tài)電動或回饋制動。而在位能負(fù)載時，轉(zhuǎn)子串附加電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢反相時，還可工作在反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)回饋制動，轉(zhuǎn)子變頻器必須能夠進(jìn)行雙向功率流動，轉(zhuǎn)子變頻器只能輸出轉(zhuǎn)差功率時，則只須單向變頻器。2次同步電動狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)稱之為串級調(diào)速系統(tǒng)，可用交直交變頻器來實(shí)現(xiàn)交交變頻，也就轉(zhuǎn)子側(cè)為不控整流器，經(jīng)過有源逆變回饋電網(wǎng)。可通過調(diào)節(jié)逆變角實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速。由于定子側(cè)輸入有功功率，而轉(zhuǎn)子側(cè)輸出有功功率，所以串調(diào)效率高

28、。由于轉(zhuǎn)差功率與轉(zhuǎn)差功率成正比，使得轉(zhuǎn)子變頻器的容量、電壓等級與調(diào)速范圍成正比，因此，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，串級調(diào)速和雙饋調(diào)速常用于有限范圍調(diào)速，而很少用于全范圍調(diào)速。由于轉(zhuǎn)子整流器不可控，所以不能實(shí)現(xiàn)電氣制動，只能靠負(fù)載自由停車。3雖然回饋轉(zhuǎn)差功率效率高，但同時定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)都要吸收無功功率，所以功率因數(shù)低。普通串級調(diào)速系統(tǒng)是一種高效率低功率因數(shù)的系統(tǒng)。而且隨著轉(zhuǎn)差率的增大，也就是轉(zhuǎn)速的降低，功率因數(shù)也降低，逆變器相控是功率因數(shù)低的主要原因。為提高功率因數(shù)，可采取斬波器的方法來固定逆變角；還可用PWM變流器取代晶閘管逆變器；內(nèi)饋就是將轉(zhuǎn)差功率不是回饋電網(wǎng)而是直接回饋定子，這必須在定子上增設(shè)一個小功

29、率的調(diào)節(jié)繞組，通過這個調(diào)節(jié)繞組的設(shè)計還可以抵消晶閘管逆變器電流諧波中3次和5次分量。4 由于異步電動機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值比一般整流變壓器的等效漏抗大，所以轉(zhuǎn)子整流電路的換相重疊現(xiàn)象導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子等效電阻加大，使得串級調(diào)速機(jī)械特性變軟，最大轉(zhuǎn)矩減小。串級調(diào)速如同直流電動機(jī)一樣可采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。但其等效電動勢參數(shù)不是常數(shù)，從而使得轉(zhuǎn)子直流回路的時間常數(shù)和放大系數(shù)都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動機(jī)的機(jī)電時間常也是轉(zhuǎn)速和電流的函數(shù)。這使得調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計困難，必須采用變參數(shù)或自適應(yīng)設(shè)計，才能保證在整個調(diào)速范圍動態(tài)性能一致。5 由于變頻器是按有限調(diào)速范圍設(shè)計的，所以變頻器只能承受串調(diào)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)子電動勢。而起動到

30、串調(diào)前的低轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)差大，轉(zhuǎn)子電壓高，所以一般串級調(diào)速系統(tǒng)不能直接起動，只能依靠頻敏電阻起動到串調(diào)運(yùn)行允許的最低轉(zhuǎn)速才能加入串調(diào)裝置。由于是有源逆變，所以逆變器應(yīng)該先投入工作，而最后切離系統(tǒng)。對于有源逆變來說，最嚴(yán)重的故障是逆變失敗導(dǎo)致的過電流，逆變失敗的物理原因是機(jī)械能無法回饋?zhàn)兂呻娔?，這其中有可能是電網(wǎng)瞬間停電，逆變時丟脈沖。對此，應(yīng)加設(shè)瞬間停電保護(hù)措施。因此，串級調(diào)速起動和停車時開關(guān)的分合閘有嚴(yán)格的順序。當(dāng)轉(zhuǎn)子變頻器故障時，還可以切換到無調(diào)速狀態(tài)即最高轉(zhuǎn)速下短期運(yùn)行。第8章 同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)1 同步電動機(jī)變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。同步電動機(jī)的矩角特性使得它不具備自起動能力，而在轉(zhuǎn)子上加籠式繞組可以利用異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩