電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)B教案

1、中國礦業(yè)大學(xué)授課教案授課人：王穎杰系（部）：電氣系系主任：鄧先明 2014年03月28 H課程名稱電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)B總學(xué)時(shí)數(shù)56適用專業(yè)電氣工程及自 動(dòng)化課程編號(hào)學(xué)分 數(shù)年級(jí)課程類型必修課校級(jí)公共課（）：專業(yè)基礎(chǔ)課（7 ）;專業(yè)核心課（）選修課專業(yè)方向課（）：專業(yè)選修課（）：全校任選課（）是否多媒體教學(xué)是（Q ）;否（）考核方式考試（P ）:考查（）教材名稱電力拖動(dòng)口動(dòng)控制系統(tǒng)（第四 版）作者阮毅及 出版時(shí)間機(jī)械工業(yè) 2010年01月學(xué)時(shí)分配教學(xué)容課堂 講授課堂討論錄像實(shí)驗(yàn)合計(jì)第1章緒論及直流調(diào)速系統(tǒng)引言部分2第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1.1晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)22.1.2直流P

2、WM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)22.2穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械 特性22.3轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.3.1轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型22.3.2比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)22.3.3比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)22.3.3直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析2.4直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制2.4.1微機(jī)數(shù)字控制的特殊問題22.4.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)的數(shù)字化2第3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)3.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜 態(tài)特性3.2雙閉壞直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和 動(dòng)態(tài)性能分析23.3轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的宜流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)23.4按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

3、器和電流調(diào)節(jié)器2課程名稱電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)B總學(xué)時(shí)數(shù)56適用專業(yè)電氣墨及門動(dòng)化第4章可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 4.1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)24.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)4.2.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路及環(huán)流4.2.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的控制24.2.3轉(zhuǎn)速反向的過渡過程分析2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) 5.1異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法25.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速25.3異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速25.4電力電子變壓變頻器5.4.1交直交PWWI變頻器主回路5.4.2正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)25.4.4電流跟蹤PWM控制技術(shù)5.4.5電壓空間矢

4、S PWM(SVPWM)控制技術(shù)25.5轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.6轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系 統(tǒng)2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)6.1-6.3異步電動(dòng)機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo) 變換26.4-6.5異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)數(shù) 學(xué)模型和狀態(tài)方程26.6基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈泄向的矢疑控 制系統(tǒng)26.7按左子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2實(shí)驗(yàn)1單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)2雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí) 驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)3 SPWM電壓源型變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)2參考書目：電力拖動(dòng)控制系統(tǒng),馬志源著,科學(xué)，2004。電機(jī)學(xué)，胡虜生著，中國電力,2007。自動(dòng)控制原理，胡壽松主編，科學(xué)

5、，第四版。現(xiàn)代控制原理,豹著，機(jī)械工業(yè)，2004。電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的Matlab仿真，洪乃剛著，機(jī)械工業(yè)。控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真(第2版)，琨，柴干，王宏華等，電子工業(yè)。礦業(yè)大學(xué)授課教案第1章緒論及直流調(diào)速系統(tǒng)引言部分第1次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1自我介紹，了解班級(jí)情況2. 介紹本課程的背景知識(shí)，包括應(yīng)用及學(xué)習(xí)方法，介紹參考書3. 了解宜流電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方法，引出可控直流電源，介紹其在直流電動(dòng)機(jī)調(diào) 速中的關(guān)鍵作用。教學(xué)重點(diǎn)1.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用以及三種調(diào)速方法教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)容及安排視頻容課堂討論1、電力拖動(dòng)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用電力拖動(dòng)又稱電氣傳動(dòng)，即以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)

6、 機(jī)械。電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱電力拖動(dòng)系統(tǒng)，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能的系統(tǒng)總稱，完成生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速 等任務(wù)，使被拖動(dòng)機(jī)械按預(yù)左方式運(yùn)行，滿足生產(chǎn)工藝的要求。 國際電工委員會(huì)將“電力拖動(dòng)“歸入“運(yùn)動(dòng)控制疇。電氣傳動(dòng)在國民經(jīng)濟(jì)起著重要作用，廣泛用于冶金、輕工、 礦山、石化、航空航天等行業(yè)，以及日常生活中，用電量占我 國總發(fā)電量的60%以上，產(chǎn)品以每年15%的速度遞增，市場(chǎng)前景 廣闊。2、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成3、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展4、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律5、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性6、直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：U-IRn =從上式可以看出，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的

7、轉(zhuǎn)速有三種方法：1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓2.）減弱勵(lì)磁磁通。3）改變電樞回路電阻人。對(duì)于一沱圍無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，調(diào)右 電樞供電電壓的方式最好。本章思考題：為什么在VM系統(tǒng)中電流會(huì)岀現(xiàn)斷續(xù)的情況？小結(jié)中國礦業(yè)大學(xué)授課教案第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流訓(xùn)速系統(tǒng)2.1.2直流PWM變換器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)2學(xué)時(shí)第3次課/學(xué)時(shí)1 掌握橋式可逆PWM變換器工作原理。教學(xué)目的及要求2. 熟悉直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型。3. TW-不可逆PWM變換器、和帶制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器的工作原理及特點(diǎn)。直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型。教學(xué)重點(diǎn)橋式可逆PWM變換

8、器工作原理。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)容及安排視頻容PWM調(diào)制就是把恒立的直流電源電壓調(diào)制成頻率一泄、寬度可 變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出平均電壓的大小。與晶閘管裝置一樣,PWM裝置可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié):7 + 1本章思考題：為什么PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比VM系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能。小結(jié)中國礦業(yè)大學(xué)授課教案第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.2穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性第4次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1.掌握轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)。2熟悉生產(chǎn)工藝對(duì)轉(zhuǎn)速控制的要求，熟悉穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)以及之間的關(guān)系。3 掌握開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題。教學(xué)重點(diǎn)1穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)以及之間的關(guān)

9、系。2.掌握開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)容及安排視頻容課堂討論兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)：調(diào)速圍和靜差率。1）調(diào)速圍2）靜差率 =%53）直流變壓訓(xùn)速系統(tǒng)中調(diào)速帀、靜差率和額左速降之間的 關(guān)系：D- “嘰（1-$）開環(huán)系統(tǒng)速降：=舉例汁算，以量化的指標(biāo)感性認(rèn)識(shí)開環(huán)系統(tǒng)的問題。本章思考題：開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的速降問題如何解決？小結(jié)中國礦業(yè)大學(xué)授課教案第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.2轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.3.1轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第5次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1. 掌握閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的訃算方法。掌握閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜 特性。2. 掌握轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)

10、速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。教學(xué)重點(diǎn)1.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性。教學(xué)難點(diǎn)2轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。教學(xué)容及安排視頻容課堂討論轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式:Cc(l + X)KpKsU；-IdR _KpKsU； H(l + KpKf/Cc)H(1 + K)開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系:/R 個(gè)7/1久=(l + K)Qpa)b)c)圖221額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖本章思考題：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給上電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？小結(jié)中國礦業(yè)大學(xué)授課教案第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 2.3轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 2.3.2比

11、例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第6次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1.掌握開環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系2 反饋控制規(guī)律三個(gè)基本特征。3 比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)1.開環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系。2 比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)住條件。教學(xué)容及安排視頻容課堂討論/dL($)R（丁嚴(yán)伽。M（s）宀）心尙7Ar1/CeH（5）7 54-1+QJ $+lOn(.y)Y?件 0T,廣反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定穿 kJET；右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kc不穩(wěn)定。當(dāng)KKcr時(shí)，系統(tǒng)將本章思考題：比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)為什么會(huì)有靜差？小結(jié)1/Cei$+l中國礦業(yè)大學(xué)授課教案第

12、2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.3.3比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)第7次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠掌握比例積分控制規(guī)律。由于積分功能的引入，使 得控制系統(tǒng)具有無靜差的特性。教學(xué)重點(diǎn)1 比例枳分控制規(guī)律。1.無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)容及安排一、積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律 1.積分調(diào)節(jié)器枳分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 積分調(diào)肖器的特性如圖所示：2、轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律：采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá) 到與給左轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)左運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。3、比例與積分控制的比較：比例調(diào)巧器的輸岀只取決于輸入偏 差量的現(xiàn)狀：而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包

13、含了輸入偏差量的全部 歷史。二、比例積分控制規(guī)律：比例積分控制綜合了比例控制和積分 控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相 補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn) 態(tài)偏差。三、無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：max視頻容本章思考題：比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)為什么會(huì)無靜差?小結(jié)授課教案第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.3.3直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析2.4直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制2.4.1微機(jī)數(shù)字控制的特殊問題第8次課/學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的及要求1. 三種調(diào)節(jié)器在階躍給定輸入的穩(wěn)定誤差；2. 擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差3. 數(shù)字控制的特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1.三種調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)在階躍給泄輸入的穩(wěn)泄誤差比較分析。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)容及安排視頻容課堂討論一、階躍給定輸入和擾動(dòng)引起的穩(wěn)定誤差1）由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與擾動(dòng)加入點(diǎn)之 間的傳遞函數(shù)。2）比例控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳遞函數(shù)無積分環(huán)節(jié)，故存 在擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱作有靜差調(diào)速系統(tǒng)；3）積分控制或比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳遞函數(shù)具 有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差為0, 稱作無靜差調(diào)速系統(tǒng)。三、微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：離散化和數(shù)字化：離散化和數(shù)字化的結(jié)負(fù)而效應(yīng)：時(shí)間上和