第1章電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第5版)

第1章電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第5版)第一頁，共26頁。內(nèi)容提要運(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)矩特性第二頁，共26頁?，F(xiàn)代運(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)、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)科第三頁，共26頁。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)及其組成第四頁，共26頁。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)。第五頁，共26頁。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)展第六頁，共26頁。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、溫度等因素的影響第七頁，共26頁。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第八頁，共26頁。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。第九頁，共26頁。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)濾波第十頁，共26頁。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)。第十一頁，共26頁。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。第十二頁，共26頁。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。第十三頁，共26頁。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)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比第十四頁，共26頁。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)第十五頁，共26頁。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)兩大問題。第十六頁，共26頁。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式第十七頁，共26頁。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

當(dāng)J為常數(shù)時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式第十八頁，共26頁。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

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)的簡化運(yùn)動(dòng)方程式第十九頁，共26頁。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問題要控制轉(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。第二十頁，共26頁。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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）。第二十一頁，共26頁。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。第二十二頁，共26頁。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

b)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖1-3恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載第二十三頁，共26頁。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