電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)緒論

1、電力(dinl)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)7/29/20221共三十一頁開課目的掌握基于電氣傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電路原理、自動(dòng)控制理論、微機(jī)原理課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。著重研究運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本規(guī)律，靜、動(dòng)態(tài)特性分析和工程設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用自動(dòng)控制理論解決系統(tǒng)的實(shí)際問題。7/29/20222共三十一頁研究(ynji)內(nèi)容直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速(zhun s)單閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的VVVF調(diào)速基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制技術(shù)伺服系統(tǒng)END7/29/20223共三十一頁考核方式期末考試 70分（閉卷）

2、平時(shí)成績(jī) 30分（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、出勤）參考教材電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）上海大學(xué) 阮毅 陳伯時(shí)主編.機(jī)械工業(yè)出版社，2009年參考書目1.李華德主編電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社，2009.22.湯天浩.電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.2010.4 3.陳霞.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)方法.中國電力出版社.2010.7 4.Leonhard W.Control of Electrical Drives.，3rd ed, Springer- Verlag, New York, 2001 7/29/20224共三十一頁電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn) 運(yùn)動(dòng)控制系

3、統(tǒng)第1章緒論(xln)7/29/20225共三十一頁內(nèi) 容 提 要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)及其組成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性7/29/20226共三十一頁電力(dinl)拖動(dòng)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)0-7電力(dinl)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):具有自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)工作機(jī)械的速度或位移的電力拖動(dòng)系統(tǒng)（或稱為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）基本任務(wù)：通過控制電動(dòng)機(jī)的電壓電流頻率等，來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械對(duì)速度或位移的要求。電力拖動(dòng)：實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械之間的能量變換7/29/20227共三十一頁現(xiàn)代(xindi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)

4、、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測(cè)與處理(chl)技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科 。圖1-1運(yùn)動(dòng)控制及其相關(guān)學(xué)科控制對(duì)象：各類電機(jī)；控制手段：計(jì)算機(jī)和其他電子裝置；弱電控制強(qiáng)電的紐帶：電力電子裝置；理論基礎(chǔ)：自動(dòng)控制理論和信息處理理論；研究和開發(fā)工具：計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）7/29/20228共三十一頁1.1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)及其組成 圖1-2 運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)及其組成7/29/20229共三十一頁運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)從類型上分直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)(gnyng)電動(dòng)機(jī)（交流異步電動(dòng)機(jī)）和交流同步電動(dòng)機(jī)。從用途

5、上分用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)。7/29/202210共三十一頁運(yùn)動(dòng)(yndng)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(zhungzh) 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7/29/202211共三十一頁運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器物理概念清晰(qngx)、控制信號(hào)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7/29/202212共三十一頁運(yùn)動(dòng)(yndng)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

6、靈活方便擁有(yngyu)信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能7/29/202213共三十一頁運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器 并行運(yùn)行，控制器的滯后(zh hu)時(shí)間小。微處理器數(shù)字控制器 串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。7/29/202214共三十一頁運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)(xnho)檢測(cè)與處理信號(hào)檢測(cè) 電壓(diny)、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號(hào)信號(hào)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(hào)濾波7/29/202215共三十一頁運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)結(jié)構(gòu)電源主控制器運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)反饋裝置PC/PLCPLC變流裝置(

7、zhungzh)敏捷驅(qū)動(dòng)裝置直流電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器編碼器電位器測(cè)速發(fā)電機(jī)傳動(dòng)裝置定位平臺(tái)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)7/29/202216共三十一頁1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的歷史與發(fā)展電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動(dòng)了新一代交流(jioli)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(dòng)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(zhēng)的事實(shí)。7/29/202217共三十一頁1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史(lsh)與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩易于控制。換向器與電刷的位置(wi zhi)保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞

8、電流成正比。7/29/202218共三十一頁1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史(lsh)與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(jindn)交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì)，比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多。7/29/202219共三十一頁交流(jioli)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(bin pn)調(diào)速 轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比7/29/202220共三十一頁交流(jioli)調(diào)速系統(tǒng)基于(jy)動(dòng)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(dòng)態(tài)性能良好，取代直流調(diào)速系統(tǒng)7/29/202221共三十一頁

9、1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史(lsh)與發(fā)展同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，機(jī)械特性(txng)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(dòng)機(jī)調(diào)速的失步和啟動(dòng)兩大問題。7/29/202222共三十一頁1.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的基本運(yùn)動(dòng)方程式7/29/202223共三十一頁忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)(yndng)方程式1.3 運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 7/29/202224共三十一頁轉(zhuǎn)矩控制(kngzh)是運(yùn)動(dòng)控制(kngzh)的根本

10、問題要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 7/29/202225共三十一頁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(jī)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(bx)在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）。1.3 運(yùn)動(dòng)(yndng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 7/29/202226共三十一頁1.4 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載(fzi)轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在的不可控?cái)_動(dòng)輸入。負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性直接影響運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(xtng)控制方案的選擇和系統(tǒng)(xtng)的動(dòng)態(tài)性能。歸納出幾種典型

11、的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實(shí)際負(fù)載可能是多個(gè)典型負(fù)載的組合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的具體情況加以分析。7/29/202227共三十一頁 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載(fzi) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作(chn zu)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 b) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖1-3 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載7/29/202228共三十一頁 恒功率(gngl)負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速(zhun s)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 7/29/202229共三十一頁 風(fēng)機(jī)(fn j)、泵類負(fù)載 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方(pngfng)成正比，稱作風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載圖1-5 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載7/29/202230共三十一頁內(nèi)容摘要電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。2/18/2022。平時(shí)成績(jī) 30分（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、出勤）。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）上海大學(xué) 阮毅 陳伯時(shí)主編.機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。3.陳霞.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)方法.中國電力出版社.2010.7。圖1-1運(yùn)動(dòng)控制及其相關(guān)