電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 第1章 緒論

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)授課教師：田偉Email：cse_tianw@Office：1J1203第1章緒論運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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)矩特性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種工作機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。電源控制設(shè)備電動(dòng)機(jī)工作機(jī)構(gòu)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)以各類電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以計(jì)算機(jī)和其他電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強(qiáng)電的紐帶，以自動(dòng)控制理論和信息處理理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為研究和開(kāi)發(fā)的工具。圖1-1運(yùn)動(dòng)控制及其相關(guān)學(xué)科1.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成

圖1-2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成1.1.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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)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)。1.1.2運(yùn)動(dòng)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半控型向全控型發(fā)展低頻開(kāi)關(guān)向高頻開(kāi)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1.1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器（運(yùn)放及相應(yīng)電氣元件） 物理概念清晰、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、溫度等因素的影響運(yùn)動(dòng)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，修改靈活方便 擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能運(yùn)動(dòng)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。1.1.4運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)

與處理信號(hào)檢測(cè)電壓、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1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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)。1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(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保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(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 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。交流調(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(kāi)環(huán)的變壓變頻調(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(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比交流調(diào)速系統(tǒng)基于動(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)1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(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(wèn)題。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程式1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

若采用工程單位制，則轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問(wèn)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)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

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，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

基速以下恒磁通（或磁鏈）控制，基速以上采用弱磁控制。1.4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(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。歸納出幾種典型的生產(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。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載由重力產(chǎn)生，具有固定的大小和方向b)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載大小不變，方向始終與轉(zhuǎn)速反向圖1-3恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，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

風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，稱作風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載圖1-5風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載計(jì)劃學(xué)時(shí):共54學(xué)時(shí),其中:實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，講課48學(xué)時(shí)，上課時(shí)間：3-17周（單周4，雙周2）學(xué)習(xí)章節(jié)：

第1章緒論

第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)

第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第4章可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第2篇交流調(diào)速系統(tǒng)第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第6章基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

授課安排教材與參考書(shū)教材：電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版），阮毅，陳伯時(shí)，機(jī)械工業(yè)出版社。參考書(shū)：自動(dòng)控制原理，胡壽松，科學(xué)出版社。自動(dòng)控制系統(tǒng)，陳伯時(shí)，機(jī)械工業(yè)出版社。電力電子技術(shù)，王兆安，機(jī)械工業(yè)出版社。現(xiàn)代控制工程，緒方勝?gòu)ㄈ眨茖W(xué)出版社。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，王離九，華中理工大學(xué)出版社電機(jī)控制系統(tǒng)，賴福新，上海交通大學(xué)出版社。電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)（上、下冊(cè)），顧繩谷，機(jī)械工業(yè)出