電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制

電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月我為什么要學(xué)該課？我會(huì)喜歡這門課嗎？我能學(xué)好嗎？第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程信息開課院系：工程學(xué)院自動(dòng)化與測控系課程編號(hào)：082303101217英文名稱：AutomaticControlSystemofElectricalDrives課程總學(xué)時(shí)：48（含實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`學(xué)時(shí)：12）總學(xué)分：3使用教材：《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》編者：陳伯時(shí)出版社：機(jī)械工業(yè)出版社出版時(shí)間及版次：2003年第三版第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)化專業(yè)最重要的課程是什么？第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程教學(xué)目標(biāo)與基本要求本課程是自動(dòng)化專業(yè)的一門的專業(yè)課。它應(yīng)該使學(xué)生獲得比較寬廣的、鞏固的有關(guān)電機(jī)拖動(dòng)和自動(dòng)控制的基本理論知識(shí)、相應(yīng)的分析計(jì)算能力以及一定的實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。培養(yǎng)學(xué)生提高分析和解決工程實(shí)際問題的能力。第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月在學(xué)完本課程后，應(yīng)達(dá)到下列要求１、掌握直流調(diào)速系統(tǒng)中單閉環(huán)、多環(huán)和可逆系統(tǒng)基本組成和控制規(guī)律、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能分析及工程設(shè)計(jì)方法，直流調(diào)速系統(tǒng)地?cái)?shù)字控制。２、掌握交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本組成、工作原理和性能特點(diǎn)。第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月考試形式閉卷考試實(shí)驗(yàn)平時(shí)考試第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第一章閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)1．直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源2．V-M系統(tǒng)的特殊問題(1學(xué)時(shí))3．脈寬調(diào)制變換器及調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題4．反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)5．反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)6．無靜差調(diào)速系統(tǒng)和積分、比例積分控制規(guī)律7．電壓反饋、電流補(bǔ)償控制的調(diào)速系統(tǒng)第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第二章多環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)1．轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)性能2．調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法3．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)器和電流調(diào)節(jié)器4．弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第三章直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制1．微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的主要特點(diǎn)2．微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件3．?dāng)?shù)字測速4．?dāng)?shù)字PI調(diào)節(jié)器5．按離散系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字控制器第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第四章可逆調(diào)速系統(tǒng)和位置隨動(dòng)系統(tǒng)1．可逆調(diào)速系統(tǒng)的可逆線路、制動(dòng)問題及其環(huán)流問題2．有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)3．無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)4．位置隨動(dòng)系統(tǒng)第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第五章交流調(diào)速的基本類型和交流變壓調(diào)速系統(tǒng)1．交流調(diào)速的基本類型2．閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第六章異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1．變頻調(diào)速的基本控制方式2．靜止式變頻裝置3．正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器4．異步電動(dòng)機(jī)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性5．轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)6．轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)7．異步電動(dòng)機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換8．矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月交流調(diào)速按對象劃分異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速按Ps變化情況劃分Ps功率消耗型Ps功率回饋型Ps功率不變型交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)方式SPWM按對象劃分他控同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)自控同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式次同步串級調(diào)速系統(tǒng)超同步串級調(diào)速系統(tǒng)恒U1/ω1控制恒Eg/ω1控制恒Er/ω1控制

轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制變頻調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一:晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二:單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三:雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四:雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)參考書《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》張明達(dá)，冶金工業(yè)出版社《電機(jī)控制系統(tǒng)》賴福新，上海交通大學(xué)出版社《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》羅非編著化學(xué)工業(yè)出版社2001年9月《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》馬志源編著科學(xué)出版社2004年3月《實(shí)用變頻調(diào)速技術(shù)》張燕賓等編著機(jī)械工業(yè)出版社2004年8月《電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》丁學(xué)文，機(jī)械工業(yè)出版社2007年9月第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月教學(xué)改革的嘗試1.加強(qiáng)伺服系統(tǒng)控制比重2.增加步進(jìn)電機(jī)控制、開關(guān)磁阻電機(jī)、微特電機(jī)等內(nèi)容3.BB網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)重復(fù)考試第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月我為什么要學(xué)該課？專業(yè)核心課程的具體應(yīng)用，兼有理論課和技術(shù)課的特點(diǎn)，是打通自動(dòng)化專業(yè)理論和實(shí)踐的橋梁，也是打通強(qiáng)電弱電、機(jī)械電子、檢測與控制、信息與系統(tǒng)、硬件與軟件的橋梁。（練拳不練功，到老一場空；花拳繡腿，非真功夫）我會(huì)喜歡這門課嗎？課程確實(shí)有些枯燥（理論），而且還有危險(xiǎn)（強(qiáng)電、電機(jī)運(yùn)動(dòng)），但是一種修煉，可以受用終生。（職場小說：佛與石階、長跑）我能學(xué)好嗎？付出行動(dòng)、思考、感悟，一定能學(xué)好，并從中受益。（沒有笨徒弟，只有笨師傅）第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月希望長跑堅(jiān)持下來的人越多越好！第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.緒論0.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)0.1.1什么是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)0.1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類0.1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)0.2電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)0.2.1什么是電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)0.2.2電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的分類0.2.3電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)0.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應(yīng)用0.4運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.1什么是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（motioncontrolsystem）：

是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備—電動(dòng)機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

按被控物理量分：以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng)；以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)叫位置隨動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也叫伺服系統(tǒng)。

按驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型分：用直流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的為直流傳動(dòng)系統(tǒng)；用交流電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的為交流傳動(dòng)系統(tǒng)。

按控制器的類型分：以模擬電路構(gòu)成的控制器叫模擬控制系統(tǒng)；以數(shù)字電路構(gòu)成的控制器叫數(shù)字控制系統(tǒng)。第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖1.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

表中各部分的不同組合，可以構(gòu)成不同的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)部分、功率驅(qū)動(dòng)部分和控制器中的大部分內(nèi)容分別在其他課程中有介紹，但它們組合成完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以后，有哪些新的控制要求，如何分析系統(tǒng)的性能，如何設(shè)計(jì)控制器使系統(tǒng)達(dá)到較高的性能指標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用中存在哪些具體問題，以及如何解決等，這些都是個(gè)課程要解決的問題。第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.1什么是電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)采用動(dòng)力設(shè)備(或稱原動(dòng)機(jī))帶動(dòng)工作機(jī)械作形式不同的運(yùn)動(dòng)稱為“拖動(dòng)”，采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備的拖動(dòng)方式稱為“電力拖動(dòng)”，在工業(yè)生產(chǎn)中電力拖動(dòng)是最主要的拖動(dòng)方式。具有自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)工作機(jī)械的速度或位移的電力拖動(dòng)系統(tǒng)稱為“電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)”。實(shí)際上工作機(jī)械的速度控制或位移控制是通過控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)的。從電能的轉(zhuǎn)換及傳遞(傳輸)角度來看，把電力拖動(dòng)稱為電力傳動(dòng)，把電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)稱為電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)。由于這類系統(tǒng)的基本任務(wù)是通過控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)角來實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械對速度或位移的要求，因此把電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)又稱為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.2電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的分類電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)按被控制量的不同分為兩大類：以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為被控制量的系統(tǒng)叫做調(diào)速系統(tǒng)；以工作機(jī)械的角位移或直線位移為被控制量的系統(tǒng)叫做位置伺服系統(tǒng)，又叫做位置隨動(dòng)系統(tǒng)。電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)還有其他多種類型，如張力控制系統(tǒng)，多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等。雖然電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)種類很多，但是，各種電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)都是通過控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來工作的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.2.3電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應(yīng)用由于歷史上最早出現(xiàn)的是直流電機(jī)，所以19世紀(jì)80年代以前，直流電氣傳動(dòng)是惟一的電氣傳動(dòng)方式。直到19世紀(jì)末，出現(xiàn)了交流電，且解決了三相制交流電的輸送和分配問題，并制成了經(jīng)濟(jì)適用的鼠籠異步電機(jī)，這就使交流電氣傳動(dòng)在工業(yè)中逐步地得到廣泛的應(yīng)用。由于大量使用異步電機(jī)，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的功率因數(shù)，同步電機(jī)的誕生和使用大大緩解了功率因數(shù)問題。在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，基本形成直流調(diào)速、交流不調(diào)速的格局。由于直流電機(jī)的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好，20世紀(jì)30年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。近三四十年來，使交流調(diào)速逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)和四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化，從調(diào)速性能上完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。目前交流調(diào)速系統(tǒng)已占據(jù)主導(dǎo)地位。第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及應(yīng)用（續(xù)）

隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。它的發(fā)展過程是這樣的：由最早的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組控制發(fā)展為放大機(jī)、磁放大器控制，再進(jìn)一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速，再后來用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速，使系統(tǒng)的快速性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性不斷提高。調(diào)速性能的不斷提高使直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛。然而，由于直流電機(jī)具有電刷和換向器，制造工藝復(fù)雜且成本高，維護(hù)麻煩，使用環(huán)境受到限制等缺點(diǎn)，并且很難向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量發(fā)展，因而逐漸顯示出直流調(diào)速的弱點(diǎn)。第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月0.4運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(1)高頻化。在功率驅(qū)動(dòng)裝置中，低頻的半控器件-晶閘管在中小功率范圍將被高頻的全控器件-大功率晶體管所代替，這樣既可以提高系統(tǒng)性能，又可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。(2)交流化。隨著交流調(diào)速系統(tǒng)成本的逐步降低，不僅現(xiàn)有的直流調(diào)速系統(tǒng)將被交流調(diào)速系統(tǒng)取代，而且，大量的原來恒速運(yùn)行的交流傳動(dòng)系統(tǒng)將改為交流調(diào)速系統(tǒng)，原來直流調(diào)速所