電力拖動(dòng)自動(dòng)控制知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、第1章 緒論1、電機(jī)的分類？ 發(fā)電機(jī)（其他能電能）直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)（電能其他能）直流電動(dòng)機(jī)：有換向器直流電動(dòng)機(jī)（串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)、他勵(lì)）和無換向器直流電動(dòng)機(jī)（又屬于一種特殊的同步電動(dòng)機(jī)） 交流電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)：鼠籠式、繞線式、伺服電機(jī)  控制電機(jī)：旋轉(zhuǎn)變壓器自整角機(jī)力矩電機(jī)測(cè)速電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（反應(yīng)式、永磁式、混合式）2、 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 n 轉(zhuǎn)速（r/min）； U 電樞電壓（V） I 電樞電流（A）； R 電樞回路總電阻（ W ）；      勵(lì)磁磁通（Wb）；

2、Ke 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵(lì)磁磁通 F；（3）改變電樞回路電阻 R。調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進(jìn)行調(diào)速，適應(yīng)于：UUnom，基頻以下，在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速。 弱磁調(diào)速：無級(jí)，適用于nom，一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上(即電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速以上)作小范圍的升速。 變電阻調(diào)速：有級(jí)調(diào)速。問題3：請(qǐng)比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明今后電力傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢(shì)。 * 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，起動(dòng)、制動(dòng)性能好，過載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高

3、，動(dòng)態(tài)性能良好。 缺點(diǎn)：有機(jī)械整流器和電刷，噪聲大，維護(hù)困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。 * 交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相反） 優(yōu)點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、造價(jià)低廉，使用環(huán)境廣，運(yùn)行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機(jī)。大量被用來拖動(dòng)轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機(jī)械。 缺點(diǎn)：調(diào)速性能比直流電機(jī)差。 * 發(fā)展趨勢(shì)：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能；或采用同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng). 第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1、常用的可控直流電源

4、有以下三種n 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。n 相控整流器把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控的直流電源。n 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器先用不可控整流交流電變換成直流電，然后用PWM脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)輸出的直流電壓。2、由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 實(shí)現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵(lì)磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 。 這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。3、晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），4、晶閘

5、管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時(shí)間引起的。傳遞函數(shù)近似成一階慣性環(huán)節(jié)。5、采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右；（4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)

6、開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。6、PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型PWM控制與變換器（簡稱PWM裝置）也可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成Ks PWM裝置的放大系數(shù)； Ts PWM裝置的延遲時(shí)間， Ts T0 7、當(dāng)開關(guān)頻率為10kHz時(shí)，T = 0.1ms ，在一般的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，時(shí)間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，因此, 與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致8、調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或 平滑地（無級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精

7、度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。9、調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 DnN ，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 s ，即DnN = n0 - nN 10、調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是

8、指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。11、系統(tǒng)特性比較（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。（2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。 12、反饋控制規(guī)律（1.）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)：【閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp =常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差

9、就只能減小，卻不可能消除?！浚?.）反饋控制系統(tǒng)的作用是： 抵抗擾動(dòng), 服從給定反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)?？箶_性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。（3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動(dòng)作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對(duì)給定信號(hào)的任何變化都是唯命是從的。13、采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。PI調(diào)節(jié)器的

10、輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。14、無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí) DUn = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)15、為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡稱截流反饋。16、微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的

11、主要特點(diǎn)是離散化和數(shù)字化：n 離散化：為了把模擬的連續(xù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，必須首先在具有一定周期的采樣時(shí)刻對(duì)它們進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，形成一連串的脈沖信號(hào)，即離散的模擬信號(hào)，這就是離散化。n 數(shù)字化：采樣后得到的離散信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)，還須經(jīng)過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就是數(shù)字化。 17、由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測(cè)速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。 脈沖數(shù)字（P/D）轉(zhuǎn)換方法： （1）M法脈沖直接計(jì)數(shù)方法；M法測(cè)速只適用于高速段。 （2）T法脈沖時(shí)間計(jì)數(shù)方法；T法測(cè)速適用于低速段。 （3）M/T法脈沖時(shí)間混合計(jì)

12、數(shù)方法。M/T法測(cè)速可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，具有較高的測(cè)速精度。 18、數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制器的數(shù)字化，而且可以突破模擬控制器只能完成線性控制規(guī)律的局限，完成各類非線性控制、自適應(yīng)控制乃至智能控制等等，大大拓寬了控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)范疇。 智能控制特點(diǎn)： 控制算法不依賴或不完全依賴于對(duì)象模型，因而系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。 第 3 章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不

13、飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量在動(dòng)態(tài)過程中決定于輸入量的積分，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。3、起動(dòng)過程分析 在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況【1】電流上升階段（0t1）。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和?！?】恒流升速階段（t1t2），是起動(dòng)過程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過程中 ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出

14、電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。【3】第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 Id 盡快地跟隨其給定值 U*i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）    飽和非線性控制； （2）    轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制5、在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。6、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)

15、速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。7、【1】 跟

16、隨性能指標(biāo)：常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有tr 上升時(shí)間；s 超調(diào)量；ts 調(diào)節(jié)時(shí)間?！?】抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有DCmax 動(dòng)態(tài)降落；tv 恢復(fù)時(shí)間。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。8、在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為¥ 。 因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。9、典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依

17、據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。 10、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，按照電力拖動(dòng)原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運(yùn)行時(shí)，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值 IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩 Te = KmF Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因?yàn)閯?lì)磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。 恒功率調(diào)速方式而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得

18、不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。第 4 章 可逆調(diào)速系和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1、V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路電樞反接反向過程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵(lì)磁反接可逆線路勵(lì)磁反接反向過程慢，控制相對(duì)復(fù)雜，但所需晶閘管裝置容量小。每一類線路又可用不同的換向方式：接觸器切換線路適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械；晶閘管開關(guān)切換線路適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)；兩組晶閘管反并聯(lián)線路適用于各種可逆系統(tǒng)。2、環(huán)流的定義： 采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流（1）靜態(tài)環(huán)流兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：直流平均環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流兩組晶閘管輸出的