運(yùn)動(dòng)控制大電拖第1章緒論

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué)時(shí):50+6參考書目:交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社清華大學(xué)李永東編著成績(jī):平時(shí)20%+實(shí)驗(yàn)20%+考試60%平時(shí)20%=作業(yè)10%+小測(cè)驗(yàn)5%+課程綜合訓(xùn)練5%授課老師：蒯松巖郵箱：電話程綜合訓(xùn)練:提交一份交直流調(diào)速技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告(2000-3000字左右）。平時(shí)小測(cè)驗(yàn):在課堂按排1~2次測(cè)驗(yàn),按照100分制評(píng)定成績(jī)。備注：在考試前向同學(xué)們公布過(guò)程考核的情況及成績(jī)。電力拖動(dòng)的研究?jī)?nèi)容

電力拖動(dòng)是指以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力來(lái)拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行起動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行、調(diào)速、制動(dòng)與停車，以滿足各種生產(chǎn)工藝的要求，保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)行。在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，整個(gè)電力傳動(dòng)系統(tǒng)不僅包括拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的電動(dòng)機(jī)，而且包含控制電動(dòng)機(jī)的一整套控制系統(tǒng)。所以，本課程既要討論電動(dòng)機(jī)的工作原理、特性以及起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)與停車，又要涉及電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，故本課程稱做“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”。

電力拖動(dòng)控制技術(shù)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(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)科控制系統(tǒng)及其組成

圖1-2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成控制系統(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)。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)展運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器 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。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)濾波電力拖動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域

電機(jī)控制系統(tǒng)主要分速度控制和位置控制兩大類。傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)一般指速度控制系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、礦山、冶金、化工、紡織、造紙、水泥、交通等工業(yè)部門。對(duì)于位置控制(伺服)系統(tǒng)，主要通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)裝置將給定指令變成期望的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，一般功率較小，并有定位要求和頻繁起制動(dòng)的特點(diǎn)，在導(dǎo)航系統(tǒng)雷達(dá)天線、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、磁記錄儀、磁盤驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)洗衣機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

電力拖動(dòng)的應(yīng)用軋鋼機(jī)船舶推進(jìn)電力機(jī)車電動(dòng)汽車

電力傳動(dòng)設(shè)備貫穿于煤炭的開采、提升、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)以及通風(fēng)、排水等安全保障環(huán)節(jié)，是煤礦生產(chǎn)的核心設(shè)備。TextTextTextTextText采煤機(jī)提升機(jī)輸送機(jī)水泵通風(fēng)機(jī)電力拖動(dòng)在礦山中應(yīng)用

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。電力拖動(dòng)的發(fā)展?fàn)顩r

直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉的年代里，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)，這種分工在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問(wèn)世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。電力拖動(dòng)的發(fā)展?fàn)顩r

直到20世紀(jì)60~70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。

這時(shí)，直流電機(jī)具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到限制、以及換向能力限制了直流電機(jī)的容量和速度等缺點(diǎn)日益突出起來(lái)，用交流可調(diào)拖動(dòng)取代直流可調(diào)拖動(dòng)的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。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。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)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。

交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：一般性能的節(jié)能調(diào)速

高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)

特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速

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)方程式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

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。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）。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

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