電力拖動綜述

1、課程名稱綜述報告專業(yè)及班級 07自動化（2） 班姓名張文華學(xué)號 0705074038授課老師孫送完成時間 2010-12-25摘要：電力拖動自動控制系統(tǒng)是普通高校自動化專業(yè)的一門重要的主干專業(yè)課 程，也是培養(yǎng)合格自動化專業(yè)人才的關(guān)鍵課程之一， 因而受到極大關(guān)注。 該課程 的實(shí)踐性很強(qiáng)， 能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基本理論與方法進(jìn)行工程設(shè)計的能力。 通過本課 程的學(xué)習(xí)要掌握直流拖動自動控制系統(tǒng)的基本概念、 基本組成環(huán)節(jié)和基本控制規(guī) 律及自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。關(guān)鍵詞： 電力拖動自動控制系統(tǒng)， 課程概述 結(jié)構(gòu) 心得一、課程簡介1 1 課程在專業(yè)中的地位電力拖動自動控制系統(tǒng)是一門實(shí)踐性和綜合性很強(qiáng)的

2、課程，是在學(xué)生學(xué)習(xí)完電 機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、自動控制原理等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門專業(yè)課。也 是培養(yǎng)合格自動化專業(yè)人才的關(guān)鍵課程之一。該課程主要介紹交直流調(diào)速，位置控制等 知識。1 2 學(xué)習(xí)的時間電力控制系統(tǒng)課時： 72 個 課程實(shí)驗(yàn)課： 12 課時1.3. 課程的培養(yǎng)目標(biāo)及其綱要本課程的重點(diǎn)內(nèi)容分為二大部分。 第一部分是以直流電動機(jī)為控制對象的直 流拖動控制系統(tǒng)， 主要介紹直流拖動自動控制系統(tǒng)的基本概念、 基本組成環(huán)節(jié)和 基本控制規(guī)律及自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。 第二部分是以交流電動 機(jī)為控制對象的交流拖動系統(tǒng)， 主要對交流拖動系統(tǒng)中的一些基本理論、 基本環(huán) 節(jié)和控制規(guī)律進(jìn)行了分析。

3、 通過本課程的學(xué)習(xí)， 使學(xué)生了解自動控制系統(tǒng)有關(guān)知 識，掌握直流拖動自動控制系統(tǒng)的基本概念、 基本組成環(huán)節(jié)和基本控制規(guī)律及自 動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法， 以及以交流電動機(jī)為控制對象的交流拖動 系統(tǒng)等，為今后走上工作崗位，從事自動控制工作打下初步基礎(chǔ)。、課程內(nèi)容電力拖動控制系統(tǒng)是用各種電動機(jī)作為原動機(jī)的拖動方式。 實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī) 械能之間的能量變換， 而電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過控 制電動機(jī)電壓，電流，頻率等輸入量，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩，速度，位移，等 機(jī)械量，使各種工作機(jī)械按人們的要求運(yùn)行， 以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。 工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)的發(fā)展， 對運(yùn)動控制系統(tǒng)提出

4、新的更為復(fù)雜的要求， 同時也為研 制和生產(chǎn)各類新型控制系統(tǒng)提供了可能。 主要有四部分：緒論，直流調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)。其中直流 調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速系統(tǒng)兩部分是重點(diǎn)。緒論主要介紹了運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成， 運(yùn)動控制系統(tǒng)的歷史和發(fā)展， 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。 讓我們對控制系統(tǒng)的任務(wù)和根本問題有了 更進(jìn)一步的了解。 要重點(diǎn)掌握控制規(guī)律， 三種負(fù)載特性。 為后面的學(xué)習(xí)打下個好 的基礎(chǔ)。直流調(diào)速系統(tǒng)主要介紹直流拖動自動控制系統(tǒng)的基本概念、 基本組成環(huán)節(jié)和 基本控制規(guī)律及自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)首先描述兩類可控直流電源的特性和和數(shù)學(xué) 模型

5、。當(dāng)用可控直流電源和直流電動機(jī)組成一個直流調(diào)速系統(tǒng)時， 它所表現(xiàn)出來 的性能指標(biāo)和期望值有差距時， 第二節(jié)將對此作出分析。 解決的方法是設(shè)計具有 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)， 2.3 節(jié)論述了轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的控 制規(guī)律，介紹了 P和PI調(diào)節(jié)器和的控制作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多采用 微機(jī)數(shù)字控制， 2.4 節(jié)分析了數(shù)字控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，重點(diǎn)是數(shù)字測速方法和數(shù)字 調(diào)節(jié)器。由于轉(zhuǎn)速反饋控制系統(tǒng)制對象是轉(zhuǎn)速， 沒有控制電流， 因此需要限流保 護(hù)，下節(jié)分析了限流的方法。 MATLAB 仿真設(shè)計是工程設(shè)計的常用方法， 2.6 節(jié) 介紹了其在直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中的方法，為以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)速

6、，電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛， 性能優(yōu)良。 本章著重闡明 其控制規(guī)律，性能特點(diǎn)和設(shè)計方法。 3.1 介紹轉(zhuǎn)速和電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng) 的組成及其靜特性。 3.2 節(jié)闡述系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并分析其性能和轉(zhuǎn)速和電 流兩個調(diào)節(jié)器的控制作用。 最后介紹了調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。 這種設(shè)計方法計 算簡單，應(yīng)用方便，容易掌握。應(yīng)用工程設(shè)計方法能很好的解決轉(zhuǎn)速，電流反饋 控制調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器 的設(shè)計穩(wěn)題?？赡婵刂坪腿醮趴刂频闹绷髡{(diào)速系統(tǒng)進(jìn)一步討論了直流 PWM 可逆直流調(diào)速 系統(tǒng)，其控制簡單，但存在回饋問題。弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，在雙閉環(huán)基礎(chǔ) 上增設(shè)電動勢控制環(huán)和勵磁電流控制環(huán)。 可以控制直

7、流電動機(jī)的氣隙磁通， 實(shí)現(xiàn) 弱磁調(diào)速。交流調(diào)速系統(tǒng)：異步電動機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的性質(zhì)，要獲得高 動態(tài)調(diào)速性能，必須從動態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律， 研究高性能異步電動機(jī)的調(diào)速方案。主要有變壓，變流，串級三類?；诜€(wěn)態(tài)等 效電路異步電動機(jī)的模型，分析其基本方法，調(diào)壓系統(tǒng)的基本特征和機(jī)械特性， 介紹變壓變頻的基本原理和機(jī)械特性以及補(bǔ)償控制。 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)雖然能夠在一定范圍實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速， 但對于高動態(tài)性能的對象， 就不能 滿足要求了就需要基于動態(tài)模型設(shè)計。 基于動態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要 討論了數(shù)學(xué)模型的非線性， 多變量性質(zhì)， 原始三相數(shù)學(xué)模

8、型， 以及坐標(biāo)變換的物 理意義等。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓可以利用其轉(zhuǎn)差功率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)， 構(gòu)成轉(zhuǎn) 差饋送調(diào)速系統(tǒng)， 效率較高， 且具有良好的調(diào)速系統(tǒng)。 雙饋調(diào)速系統(tǒng)主要介紹了 雙饋調(diào)速工作原理， 雙饋調(diào)速的五種工況， 串級調(diào)速系統(tǒng)工作原理， 機(jī)械特性的 特征。變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟不僅實(shí)現(xiàn)了同步電動機(jī)的調(diào)速，同時也解決了失步與 起動問題， 使之不再是限制同步電動機(jī)運(yùn)行的障礙。 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展， 同步 電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。同步電動機(jī)調(diào)速可分為自控式和他控式兩種， 適用于不同的應(yīng)用場合。 伺服系統(tǒng)主要介紹了同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與調(diào)速方法， 他控變頻同步電動 機(jī)調(diào)速系統(tǒng)自控變頻同步

9、電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)同步電動機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。三、學(xué)習(xí)小結(jié)隨著社會的進(jìn)步， 為提高生產(chǎn)率和改善產(chǎn)品質(zhì)量， 工業(yè)部門對機(jī)械設(shè)備不斷 提出新的、高的技術(shù)要求。 電力拖動被廣泛用于冶金、 石油、交通、紡織、機(jī)械、 煤炭、輕工、國防和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等部門，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是社會生產(chǎn) 不可缺少的一種傳動方式。 電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動了新一代交流調(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)已成為不爭的事實(shí)。 目前主要的發(fā)展有 如下一些動向： (1)新型調(diào)速電機(jī)。 (2)新型變流裝置和變流技術(shù)。 (3)新的

10、控制策 略。 (4)無速度(位置)檢測器的速度(位置)檢測技術(shù)。 (5)全數(shù)字化控制及集 成化技術(shù) 。通過本課程的學(xué)習(xí)，我掌握了交，直流拖動自動控制系統(tǒng)的基本概念、基本 組成環(huán)節(jié)和基本控制規(guī)律及自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法。 學(xué)習(xí)好該課 程對學(xué)生考研、就業(yè)都很有助益，因而受到廣泛重視。 學(xué)校開設(shè)這門課程的目的， 也是為了讓我們在自動化領(lǐng)域上有個初級的入門， 便于后續(xù)知識的學(xué)習(xí)。 同時我 感到電力拖動控制這門課程在實(shí)際的應(yīng)用十分廣泛。在進(jìn)行理論教學(xué)過程中，孫老師首先大力提倡“ 互動式”教學(xué)方法，以學(xué) 生為主體， 充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)過程中。達(dá)到 較好的效果。充分利

11、用現(xiàn)代化教學(xué)手段 ( 如多媒體教學(xué)等 ) ， 進(jìn)一步增加學(xué)生的 感性認(rèn)識，同時還可以使課堂教學(xué)更生動、更形象、更充實(shí)， 使學(xué)生能透徹理 解教學(xué)內(nèi)容， 提高學(xué)習(xí)效率。孫老師帶了我們兩年課程，我的印象就是嚴(yán)謹(jǐn)， 認(rèn)真，負(fù)責(zé)，有時候還有點(diǎn)幽默。每節(jié)課上課時，老師都要抽出時間給我們復(fù)習(xí) 上節(jié)課的內(nèi)容， 讓我們對上節(jié)課的內(nèi)容有了更進(jìn)一步理解。 老師改作業(yè)我感覺很 認(rèn)真，我作業(yè)上很小的錯誤， 老師都用紅筆一一畫出。 有時候還要上課給我們作 分析，很詳細(xì)，很清楚。我認(rèn)為有必要對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行探索、改革和實(shí)踐，這對提高教學(xué)效 果有著重要意義。 例如，講授交流變頻調(diào)速原理這部分內(nèi)容時， 可以先讓學(xué)生提 前

12、上網(wǎng)查找資料，了解目前交流變頻技術(shù)的發(fā)展情況、應(yīng)用場合，實(shí)際產(chǎn)品等， 知道學(xué)習(xí)該內(nèi)容的價值， 學(xué)生就有主動學(xué)習(xí)的興趣。 同時可以讓幾個學(xué)生制作好 PPT在課堂上給大家介紹并演示，教師和其他同學(xué)一起參與討論，并對表現(xiàn)好 的同學(xué)進(jìn)行獎勵， 不僅利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 還培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。 授 直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析這部分內(nèi)容時， 可以將整個動態(tài)起動 過程分三個階段， 將每個階段電流和速度變化過程制作成動畫， 這樣分析起來清 晰明了，便于學(xué)生理解和掌握。仿真平臺建設(shè)：針對該課程，應(yīng)充分利用仿真軟件 MATLAB/Simulink 構(gòu)建各種電力拖動控制 系統(tǒng)的模型， 例如，可以利

13、用 Simulink 的電力系統(tǒng)模塊構(gòu)建晶閘管 - 電動機(jī)直流 調(diào)速系統(tǒng)PID控制、雙閉環(huán)PWM直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程分析、有(無)環(huán)流控制 的可逆晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)、 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)等電力拖動控制系統(tǒng)， 設(shè)置好仿真參數(shù)，進(jìn)行動態(tài)仿真分析。在課堂上，教師可以提前構(gòu)建好系統(tǒng)模型，現(xiàn)場進(jìn) 行仿真演示，同時可以修改參數(shù)和控制算法，特別如PID控制這類算法，修改其 比例、積分、微分?jǐn)?shù)值，通過仿真曲線觀察超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差的變化， 可以使學(xué)生很直觀地理解參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響。還有，構(gòu)建模型時盡量采用與實(shí)際系統(tǒng)接近的電力系統(tǒng)模型， 而不是簡單的傳遞函數(shù)模型，這樣不僅能 使學(xué)生更好地理解系統(tǒng)的控

14、制原理，而且對學(xué)生設(shè)計實(shí)際系統(tǒng)有很大幫助。例如： 圖1為直流電動機(jī)雙閉環(huán)PW碉速系統(tǒng)仿真模型，其中的 PWM&號產(chǎn)生模塊、H 橋模塊、電機(jī)模型都是與實(shí)際系統(tǒng)非常接近。 該模型不僅可以仿真系統(tǒng)的起動過程、制動運(yùn)行、加減負(fù)載運(yùn)行等工況，還可以對 PID算法的控制效果進(jìn)行仿真。 圖2為直流電動機(jī)PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)階躍響應(yīng)速度曲線，通過調(diào)整 PI參數(shù), 可以得到不同的調(diào)速性能。1 J.圖1直流電動機(jī)nrn雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖2直流電動機(jī)FWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)階跌響應(yīng)速度本科生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已成為人才培養(yǎng)規(guī)格的一個重要 標(biāo)志和特征。但隨著基礎(chǔ)課的加強(qiáng)，總學(xué)時的削弱和專業(yè)色彩的淡化以及過分強(qiáng) 調(diào)通才教育而相對忽視學(xué)生專業(yè)技能的培訓(xùn)，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)往往是作為驗(yàn)證理論 教學(xué)概念的一種可視化、形象化的手段和方法。針對這種情況，有必要對與理論 教學(xué)相配合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計進(jìn)行改革。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅是為了鞏固理論知識，而且更重要的是為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力、思維能力、創(chuàng) 新能力，所以在實(shí)驗(yàn)教