電力拖動與控制系統(tǒng)第1章緒論課件

電力拖動自動控制系統(tǒng)9/27/20231電力拖動自動控制系統(tǒng)8/7/20231開課目的掌握基于電氣傳動的運動控制系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)電機學、電力電子技術(shù)、電路原理、自動控制理論、微機原理課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。著重研究運動控制系統(tǒng)的基本規(guī)律，靜、動態(tài)特性分析和工程設(shè)計方法，應(yīng)用自動控制理論解決系統(tǒng)的實際問題。9/27/20232開課目的掌握基于電氣傳動的運動控制系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)課研究內(nèi)容直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的VVVF調(diào)速基于動態(tài)模型的矢量控制技術(shù)伺服系統(tǒng)END9/27/20233研究內(nèi)容直流調(diào)速系統(tǒng)END8/7/20233考核方式期末考試—70分（閉卷）平時成績—30分（作業(yè)、實驗、出勤）參考教材《電力拖動自動控制系統(tǒng)》（第4版）上海大學阮毅陳伯時主編.機械工業(yè)出版社，2009年參考書目1.李華德主編《電力拖動自動控制系統(tǒng)》機械工業(yè)出版社，2009.22.湯天浩.《電力傳動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)》.機械工業(yè)出版社.2010.43.陳霞.《電力拖動自動控制系統(tǒng)原理與設(shè)計方法》.中國電力出版社.2010.74.LeonhardW.《ControlofElectricalDrives.》，3rded,Springer-Verlag,NewYork,20019/27/20234考核方式期末考試—70分（閉卷）參考教材《電力拖動自動控制電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)第1章緒論9/27/20235電力拖動自動控制系統(tǒng)

—運動控制系統(tǒng)第內(nèi)容提要運動控制系統(tǒng)及其組成運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性9/27/20236內(nèi)容提要運動控制系統(tǒng)及其組成8/7/20236電力拖動及其自動控制系統(tǒng)0-7電力拖動自動控制系統(tǒng):具有自動控制和調(diào)節(jié)工作機械的速度或位移的電力拖動系統(tǒng)（或稱為運動控制系統(tǒng)）基本任務(wù)：通過控制電動機的電壓﹑電流﹑頻率等，來調(diào)節(jié)電動機的旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)工作機械對速度或位移的要求。電力拖動：實現(xiàn)了電能與機械之間的能量變換9/27/20237電力拖動及其自動控制系統(tǒng)0-7電力拖動自動控制系統(tǒng):基本任務(wù)現(xiàn)代運動控制技術(shù)電機學、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理技術(shù)等多門學科相互交叉的綜合性學科。圖1-1運動控制及其相關(guān)學科控制對象：各類電機；控制手段：計算機和其他電子裝置；弱電控制強電的紐帶：電力電子裝置；理論基礎(chǔ)：自動控制理論和信息處理理論；研究和開發(fā)工具：計算機數(shù)字仿真和計算機輔助設(shè)計（CAD）9/27/20238現(xiàn)代運動控制技術(shù)電機學、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機控制1.1運動控制系統(tǒng)及其組成

圖1-2運動控制系統(tǒng)及其組成9/27/202391.1運動控制系統(tǒng)及其組成圖1-2運動控制系統(tǒng)及其組運動控制系統(tǒng)的控制對象——

電動機從類型上分直流電動機、交流感應(yīng)電動機（交流異步電動機）和交流同步電動機。從用途上分用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動機和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機。9/27/202310運動控制系統(tǒng)的控制對象——

電動機從類型上分8/7/2023運動控制系統(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合功能的功率模塊發(fā)展9/27/202311運動控制系統(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運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器 物理概念清晰、控制信號流向直觀 控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路 線路復雜、通用性差 控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響9/27/202312運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器8/7/202312運動控制系統(tǒng)的控制器以微處理器為核心的數(shù)字控制器 硬件電路標準化程度高 控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改靈活方便 擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能9/27/202313運動控制系統(tǒng)的控制器以微處理器為核心的數(shù)字控制器8/7/20運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器并行運行，控制器的滯后時間小。微處理器數(shù)字控制器串行運行方式，其滯后時間比模擬控制器大得多，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)予以考慮。9/27/202314運動控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器8/7/202314運動控制系統(tǒng)的信號檢測與處理信號檢測電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號信號轉(zhuǎn)換電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等數(shù)據(jù)處理信號濾波9/27/202315運動控制系統(tǒng)的信號檢測與處理信號檢測8/7/202315運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源主控制器運動控制器驅(qū)動器電動機機械系統(tǒng)反饋裝置PC/PLCPLC變流裝置敏捷驅(qū)動裝置直流電動機伺服電動機步進電動機直線電動機旋轉(zhuǎn)變壓器編碼器電位器測速發(fā)電機傳動裝置定位平臺旋轉(zhuǎn)平臺9/27/202316運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源主控制器運動控制器驅(qū)動器電動機機械系統(tǒng)反1.2運動控制系統(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。進入21世紀后，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。9/27/2023171.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動1.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機的數(shù)學模型簡單，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磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。9/27/2023181.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)8/7/20231.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng) 交流電動機（尤其是籠型感應(yīng)電動機）結(jié)構(gòu)簡單 交流電動機動態(tài)數(shù)學模型具有非線性多變量強耦合的性質(zhì)，比直流電動機復雜得多。9/27/2023191.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng)8/7/2023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)動態(tài)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比9/27/202320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)8/7/202320交流調(diào)速系統(tǒng)基于動態(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)動態(tài)性能良好，取代直流調(diào)速系統(tǒng)9/27/202321交流調(diào)速系統(tǒng)基于動態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)8/7/2023211.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng) 同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴格保持同步，機械特性硬。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機調(diào)速的失步和啟動兩大問題。9/27/2023221.2運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展同步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)8/71.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

運動控制系統(tǒng)的基本運動方程式9/27/2023231.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運動控制系統(tǒng)的基本運動方忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方程式1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/27/202324忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方程式1.轉(zhuǎn)矩控制是運動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機的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/27/202325轉(zhuǎn)矩控制是運動控制的根本問題1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)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)矩的同時也控制磁通（或磁鏈）。1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/27/202326磁鏈控制同樣重要1.3運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律8/7/1.4生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩是一個必然存在的不可控擾動輸入。負載轉(zhuǎn)矩特性直接影響運動控制系統(tǒng)控制方案的選擇和系統(tǒng)的動態(tài)性能。歸納出幾種典型的生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩特性，實際負載可能是多個典型負載的組合，應(yīng)根據(jù)實際負載的具體情況加以分析。9/27/2023271.4生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩是一個必然存恒轉(zhuǎn)矩負載

負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負載

a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載 b)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載圖1-3恒轉(zhuǎn)矩負載9/27/202328恒轉(zhuǎn)矩負載負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定