Speed-Control-of-DC-Motor(直流電動機調(diào)速控制)-外文翻譯

SpeedControlofDCMotorAbstractConditioningsystemischaracterizedinthatoutputpowertomaintainstability.Differentspeedcontrolsystemcanuseadifferentbrakesystem,highstartingandbrakingtorque,quickresponseandquickadjustmentrangeofdegreerequirementsofDCdrivesystem,theuseoftheelectricbrakingmode.DependsonthespeedcontrolofDCmotorarmaturevoltageandflux.Tozerospeed,orU=0orΦ=∞.Thelatterisimpossible,itonlychangesthroughthearmaturevoltagetoreducespeed.TospeedtoahighervaluecanincreaseordecreasetheUΦ.KeywordRegulatorSystemsAregulatorsystemisonewhichnormallyprovidesoutputpowerinitssteady-stateoperation.Forexample,amotorspeedregulatormaintainsthemotorspeedataconstantvaluedespitevariationsinloadtorque.Eveniftheloadtorqueisremoved,themotormustprovidesufficienttorquetoovercometheviscousfrictioneffectofthebearings.Otherformsofregulatoralsoprovideoutputpower;Atemperatureregulatormustmaintainthetemperatureof,say,anovenconstantdespitetheheatlossintheoven.Avoltageregulatormustalsomaintaintheoutputvoltageconstantdespitevariationintheloadcurrent.Foranysystemtoprovideanoutput,e.g.,speed,temperature,voltage,etc.,anerrorsignalmustexistundersteady-stateconditions.ElectricalBrakingInmanyspeedcontrolsystems,e.g.,rollingmills,minewinders,etc.,theloadhastobefrequentlybroughttoastandstillandreversed.Therateatwhichthespeedreducesfollowingareducedspeeddemandisdependentonthestoredenergyandthebrakingsystemused.Asmallspeedcontrolsystem(sometimesknownasavelodyne)canemploymechanicalbraking,butthisisnotfeasiblewithlargespeedcontrollerssinceitisdifficultandcostlytoremovetheheatgenerated.Thevariousmethodsofelectricalbrakingavailableare:Regenerativebraking.Eddycurrentbraking.Dynamicbraking.Reversecurrentbraking(plugging)Regenerativebrakingisthebestmethod,thoughnotnecessarilythemosteconomic.Thestoredenergyintheloadisconvertedintoelectricalenergybytheworkmotor(actingtemporarilyasagenerator)andisreturnedtothepowersupplysystem.Thesupplysystemthusactsasa”sink”intowhichtheunwantedenergyisdelivered.Providingthesupplysystemhasadequatecapacity,theconsequentriseinterminalvoltagewillbesmallduringtheshortperiodsofregeneration.IntheWard-LeonardmethodofspeedcontrolofDCmotors,regenerativebrakingisinherent,butthyristordriveshavetobearrangedtoinverttoregenerate.Inductionmotordrivescanregenerateiftherotorshaftisdrivenfasterthanspeedoftherotatingfield.Theadventoflow-costvariable-frequencysuppliesfromthyristorinvertershavebroughtaboutconsiderablechangesintheuseofinductionmotorsinvariablespeeddrives.Eddycurrentbrakingcanbeappliedtoanymachine,simplybymountingacopperoraluminumdiscontheshaftandrotatingitinamagneticfield.Theproblemofremovingtheheatgeneratedissevereinlargesystemasthetemperatureoftheshaft,bearings,andmotorwillberaisedifprolongedbrakingisapplied.Indynamicbraking,thestoredenergyisdissipatedinaresistorinthecircuit.WhenappliedtosmallDCmachines,thearmaturesupplyisdisconnectedandaresistorisconnectedacrossthearmature(usuallybyarelay,contactor,orthyristor).Thefieldvoltageismaintained,andbrakingisapplieddowntothelowestspeed.Inductionmotorsrequireasomewhatmorecomplexarrangement,thestatorwindingsbeingdisconnectedfromtheACsupplyandreconnectedtoaDCsupply.Theelectricalenergygeneratedisthendissipatedintherotorcircuit.DynamicbrakingisappliedtomanylargeAChoistsystemswherethebrakingdutyisbothsevereandprolonged.DCMotorSpeedControlThebasisofallmethodsofDCmotorspeedcontrolisderivedfromtheequations:thetermshavingtheirusualmeanings.IftheIaRadropissmall,theequationsapproximatetoor。Thus,controlofarmaturevoltageandfieldfluxinfluencesthemotorspeed.Toreducethespeedtozero,eitherU=0orΦ=∞.Thelatterisinadmissible;hencecontrolatlowspeedisbyarmaturevoltagevariation.Toincreasethespeedtoahighvalue,eitherUismadeverylargeorΦisreduced.Thelatteristhemostpracticalwayandisknownasfieldweakening.Combinationsofthetwoareusedwhereawiderangeofspeedisrequired.ASingle-QuadrantSpeedControlSystemUsingThyristorsAsingle-quadrantthyristorconvertersystemisshowninFig.1.ForthemomentthereadershouldignoretherectifierBR2anditsassociatedcircuitry(includingresistorRintheACcircuit),sincethisisneededonlyasaprotectivefeatureandisdescribedinnextsection.Fig.1ThyristorspeedcontrolsystemwithcurrentlimitationontheACsideSincethecircuitisasingle-quadrantconverter,thespeedofthemotorshaft(whichistheoutputfromthesystem)canbecontrolledinonedirectionofrotationonly.Moreover,regenerativebrakingcannotbeappliedtothemotor;inthistypeofsystem,themotorarmaturecansuddenlybebroughttorestbydynamicbraking(i.e.whenthethyristorgatepulsesarephasedbackto180o,aresistercanbeconnectedacrossthearmaturebyarelayorsomeothermeans).RectifierBR1providesaconstantvoltageacrosstheshuntfieldwinding,givingaconstantfieldflux.Thearmaturecurrentiscontrolledbyathyristorwhichis,inturn,controlledbythepulsesappliedtoitsgate.Thearmaturespeedincreasesasthepulsesarephasedforward(whichreducesthedelayangleoffiring),andthearmaturespeedreducesasthegatepulsesarephasedback.Thespeedreferencesignalisderivedfromamanuallyoperatedpotentiometer(shownattheright-handsideofFig.23.1),andthefeedbacksignaloroutputspeedsignalisderivedfromtheresistorchainR1R2,whichisconnectedacrossthearmature.(Strictlyspeaking,thefeedbacksignalinthesysteminFig.23.1isproportionaltothearmaturevoltage,whichisproportionaltotheshaftspeedonlyifthearmatureresistancedrop,IaRa,issmall.MethodsusedtocompensatefortheIaRadroparediscussedinReadingMaterial.)Sincethearmaturevoltageisobtainedfromathyristor,thevoltageconsistsofaseriesofpulses;thesepulsesaresmoothedbycapacitorC.Thespeedreferencesignalisoftheoppositepolaritytothearmaturevoltagesignaltoensurethatoverallnegativefeedbackisapplied.AfeatureofDCmotordrivesisthattheloadpresentedtothesupplyisamixtureofresistance,inductance,andbackEMFDiodeDinFig.1ensuresthatthethyristorcurrentcommutatestozerowhenitsanodepotentialfallsbelowthepotentialoftheupperarmatureconnection,inthemanneroutlinedbefore.Inthedriveshown,thepotentialofthethyristorcathodeisequaltothebackEMFofthemotorwhileitisinablockingstate.ConductioncanonlytakeplaceduringthetimeintervalwhentheinstantaneoussupplyvoltageisgreaterthanthebackEMF.InspectionofFig.2showsthatwhenthemotorisrunning,thepeakinversevoltageappliedtothethyristorismushgreaterthanthepeakforwardvoltage.Byconnectingadiodeinserieswiththethyristor,asshown,thereverseblockingcapabilityofthecircuitisincreasedtoallowlow-voltagethyristortobeused.References:Fig.2IllustratingtheeffectofmotorbackEMFonthePeakinversevoltageappliedtothethyristorFig.3ArmaturevoltagewaveformsThewaveformsshowninFig.2areidealizedwaveformsasmuchastheyignoretheeffectsofarmatureinductance,commutatorripple,etc.TypicalarmaturevoltagewaveformsareshowninFig.3.InthiswaveformthethyristoristriggeredatpointA,andconductioncontinuestopointBwhenthesupplyvoltagefallsbelowthearmaturebackEMF.TheeffectofarmatureinductanceistoforcethethyristortocontinuetoconductuntilpointC,whenthefly-wheeldiodepreventsthearmaturevoltagefromreversing.Whentheinductiveenergyhasdissipated(pointD),thearmaturecurrentiszeroandthevoltagereturnstoitsnormallevel,thetransientshavingsettledoutbypointE.TheundulationsonthewaveformbetweenEandFareduetocommentatorripple.References1.LandauID(1999)Fromrobustcontroltoadaptivecontrol.ControlEngPrac7:1113–11242.ForssellU,LjungL(1999)Closed-loopidentificationrevisited.Automatica35:1215–12413.So¨derstro¨mT,StoicaP(1989)Systemidentification.PrenticeHall,Cambridge4.HorngJH(1999)NeuraladaptivetrackingcontrolofaDCmotor.InformationSci118:1–135.LyshevskiSE(1999)Nonlinearcontrolofmechatronicsystemswithpermanent-magnetDCmotors.Mechatronics9:539–5526.YavinY,KempPD(2000)Modelingandcontrolofthemotionofarollingdisk:e?ectofthemotordynamicsonthedynamicalmodel.ComputMethApplMechEng188:613–6247.MummadiVC(2000)Steady-stateanddynamicperformanceanalysisofPVsuppliedDCmotorsfedfromintermediatepowerconverter.SolarEnergyMaterSolarCells61:365–3818.JangJO,JeonGJ(2000)Aparallelneuro-controllerforDCmotorscontainingnonlinearfriction.Neurocomputing30:233–2489.NordinM,GutmanP(2002)Controllingmechanicalsystemswithbacklash—asurvey.Automatica38:1633–164910.WuR-H,TungP-C(2002)Studiesofstick-slipfriction,pre-slidingdisplacement,andhunting.JDynSyst124:111–11711.OgataK(1990)Moderncontrolengineering.PrenticeHall,EnglewoodCli?s,NJ12.SlotineE,LiW(1991)Appliednonlinearcontrol.PrenticeHall,EnglewoodCli?s,NJ13.LeePL(1993)Nonlinearprocesscontrol:applicationsofgen-ericmodelcontrol.Springer,BerlinHeidelbergNewYork直流電動機調(diào)速控制摘要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特征在于能保持輸出功率的穩(wěn)定。不同的速度控制系統(tǒng)可以使用不同的制動系統(tǒng)，在有高起、制動轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)和快速度調(diào)節(jié)范圍要求的直流調(diào)速系統(tǒng)中，采用的是電氣制動的方式。直流電機的速度控制取決于電樞電壓和磁通。要將轉(zhuǎn)速降為零，或者U=0或Φ=∞。后者是不可能的，因此只可通過電樞電壓的變化來降低轉(zhuǎn)速。要將轉(zhuǎn)速增加到較高值，可以增大U或減小Φ。關(guān)鍵詞直流調(diào)速反饋制動調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一類通常能提供穩(wěn)定輸出功率的系統(tǒng)。例如，電機速度調(diào)節(jié)器要能在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時仍能保持電機轉(zhuǎn)速為恒定值。即使負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，電機也必須提供足夠的轉(zhuǎn)矩來克服軸承的粘滯摩擦影響。其他類型的調(diào)節(jié)器也提供輸出功率，溫度調(diào)節(jié)器必須保持爐內(nèi)的溫度恒定，也就是說，即使?fàn)t內(nèi)的溫度散失也必須保持爐溫不變。一個電壓調(diào)節(jié)其也必須保持負(fù)載電流值變化時輸出電壓值恒定。對于任何一個提供一個輸出，例如，速度、溫度、電壓等的系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)下必須存在一個誤差信號。電氣制動在許多速度控制系統(tǒng)中，例如軋鋼機、礦坑卷揚機等這些負(fù)載要求頻繁地停頓和反向運動的系統(tǒng)。隨著減速要求，速度減小的比率取決于存儲的能量和所使用的制動系統(tǒng)。一個小型速度控制系統(tǒng)（例如所知的伺服積分器）可以采用機械制動，但這對大型速度控制器并不可行，因為散熱很難而且很昂貴?？尚械母鞣N電氣制動方法有：回饋制動。渦流制動。能耗制動反接制動回饋制動雖然并不一定是最經(jīng)濟(jì)的方式，但卻是最好的方式。負(fù)載中存儲的能量通過工作電機（暫時以發(fā)電機模式運行）被轉(zhuǎn)化成電能并返回到電源系統(tǒng)中。這樣電源就充當(dāng)了一個收容不想要的能量的角色。假如電源系統(tǒng)具有足夠的容量，在短時回饋過程中最終引起的端電壓升高會很少。在直流電機速度控制渥特-勒奧那多法中，回饋制動是固有的，但可控硅傳動裝置必須被排布的可以反饋。如果轉(zhuǎn)軸速度快于旋轉(zhuǎn)磁場的速度，感應(yīng)電機傳動裝置可以反饋。由晶閘管換流器而來的廉價變頻電源的出現(xiàn)在變速裝置感應(yīng)電機應(yīng)用中引起了巨大的變化。渦流制動可用于任何機器，只要在軸上安裝一個銅條或鋁盤并在磁場中旋轉(zhuǎn)它即可。在大型系統(tǒng)中，散熱問題是很重要的，因為如果長時間制動，軸、軸承和電機的溫度就會升高。在能耗制動中，存儲的能量消耗在回路電阻器上。用在小型直流電機上時，電樞供電被斷開，接入一個電阻器（通常是一個繼電器、接觸器或晶閘管）。保持磁場電壓，施加制動降到最低速。感應(yīng)電機要求稍微復(fù)雜一點的排布，定子繞組被從交流電源上斷開，接到直流電源上。產(chǎn)生的電能繼而消耗在轉(zhuǎn)子回路中。能耗制動應(yīng)用在許多大型交流升降系統(tǒng)中，制動的職責(zé)是反向和延長。任何電機都可以通過突然反接電源以提供反向的旋轉(zhuǎn)方向（反接制動）來停機。在可控情況下，這種制動方法對所傳動裝置都是使用的。它主要的缺點就是當(dāng)制動等于負(fù)載存儲的能量時，電能被機器消耗了。這在大型裝置中就大大增加了運行成本。直流電機速度控制所有直流電機速度控制的基本關(guān)系都可由下式得出：各項就是她們通常所指的含義。如果IaRa很小，等式近似為或。這樣，控制電樞電壓和磁通就可影響電機轉(zhuǎn)速。要將轉(zhuǎn)速降為零，或者U=0或Φ=∞。后者是不可能的，因此只可通過電樞電壓的變化來降低轉(zhuǎn)速。要將轉(zhuǎn)速增加到較高值，可以增大U或減小Φ。后者是最可行的方法，就是我們通常所知道的弱磁場。在要求速度調(diào)節(jié)范圍寬的場合可綜合使用這兩種方法。使用晶閘管的單向速度控制系統(tǒng)一個單相晶閘管逆變器系統(tǒng)如圖1所示。讀者應(yīng)該先忽略整流器BR2和它的相關(guān)電路（包括交流回路中的電阻器R），因為這部分只有在具有保護(hù)功能時才需要，將在下一節(jié)介紹。圖1單向晶閘管逆變器系統(tǒng)因為該電路是一個單向轉(zhuǎn)換器，只能在一個旋轉(zhuǎn)方向控制電機軸（系統(tǒng)的輸出）的速度。而且，回饋制動不能用于電機；在這種系統(tǒng)類型中，電機電樞可以通過電氣制動靜止（例如，當(dāng)晶閘管門極脈沖反向時，電阻可通過一個繼電器或其他裝置連接到電樞上）。整流器BR1給并聯(lián)勵磁繞組提供一個穩(wěn)定電壓，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁通。電樞電流由一個晶閘管控制，該晶閘管又由加在它們極上的脈沖控制。脈沖正向時（減小起動延時角）電樞轉(zhuǎn)速增加，門極脈沖反相時電樞轉(zhuǎn)速減小。速度參考信號可從人工操作的電位器（如圖1右側(cè)所示）上獲得，反饋信號或輸出轉(zhuǎn)速信號可從連接在電樞上的電阻器鏈上獲得。（嚴(yán)格的講，圖1系統(tǒng)中反饋信號只有當(dāng)電樞電組的壓降很小時，才與軸轉(zhuǎn)速成正比的電樞電壓成正比。用于補償IaRa壓降的方法將在閱讀材料中討論。）因為電樞電壓是從一個晶閘管上獲得的，該電壓包括一系列由電容器C濾波的脈沖。速度參考信號與電樞電壓信號極性相反，以確保施加的都是負(fù)反饋。直流電機裝置的一個特征就是需要供電的負(fù)載時電阻、電導(dǎo)的混合，并且在圖1中反電動勢二極管D確保當(dāng)晶閘管陽極電勢低于前面敘述的電樞連接方式的上限時，晶閘管電流應(yīng)換向為零。在所示拖動系統(tǒng)中，當(dāng)晶閘管處于斷開狀態(tài)時，其陽極電勢等于電機反電動勢。只有在瞬時電源電壓大于反向電勢的間隔時它才會導(dǎo)通。圖2所示的檢測表明電機運行時晶閘管上峰值反向電壓大于峰值正向電壓。如圖所示，在晶閘管上串聯(lián)一個二級管，電路的反向關(guān)斷能力就會增強，所以允許使用低壓晶閘管。圖2晶閘管對電機反電動勢的影響圖3電樞電壓波形圖2所示的波形是理想的波形，因為忽略了電樞電感、換向器紋波等因素的影響。典型的電樞電壓波形如圖3所示。在該波形中，晶閘管在A點觸發(fā)，一直到B點電源電壓低于電樞反電動勢時導(dǎo)通。電樞電感的作用使晶閘管保持到C點飛輪二極管使電樞電壓反向之前導(dǎo)通。當(dāng)電感能量消失（D點），電樞電流為零，電壓恢復(fù)到它的正常水平，這個暫態(tài)過程最后穩(wěn)定在E點。點E、F之前的紋波是由換向器引起的紋波?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線