電機控制 課件 緒論

電機控制課程大綱電機控制方法變頻器電機控制系統(tǒng)直流電機異步電機/同步電機交—直—交和交—交變頻器脈寬調制技術非正弦供電下電機運行性能變頻調速系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)/直接轉矩控制系統(tǒng)SPWM、HCC、SVPWM調壓調速、變頻調速、矢量控制雙閉環(huán)調速、PWM調速必要性科技的發(fā)展、新能源的利用、生活品質的提高，都與高性能電機控制系統(tǒng)密切相關。課程內容針對電氣工程中，機（械能）、電（能）轉換系統(tǒng)如何實現“運動”（旋轉/直線）的控制技術及控制系統(tǒng)運動控制表現在：1、速度和位置調節(jié)：

穩(wěn)態(tài)調速精度

動態(tài)響應速度

（伺服）定位精度課程內容2、特性控制：自然特性人工特性

以滿足生產效率、生產工藝要求工作點課程內容3、節(jié)能措施：通過運行方式改變，提高機電運動系統(tǒng)運行經濟性，大幅節(jié)能。（如風機、水泵調速調流量的節(jié)能）

課程內容4、電子（電力電子）控制后對電機系統(tǒng)及電網的影響—對電機系統(tǒng)：損耗、效率、發(fā)熱、轉矩、功率因數—對電網：諧波污染，無功惡化電機控制

例一：仿真機械手良好的控制性能快速的動態(tài)響應寬范圍調速關節(jié)采用直流電機實現對手臂的靈活快速、精確控制上坡：低速、大轉矩（恒轉矩運行）電機控制必要性

例二：電動車輛（電動汽車、輕軌電車、電力機車等）下坡：再生（動能回饋）制動（非機械抱閘）平路：高速、小轉矩（恒功率運行）

結論：提出了對電機實施的控制電機控制必要性

例二：電動車輛（電動汽車、輕軌電車、電力機車等）電機控制的發(fā)展直流電機有優(yōu)良的調速性能應用于高動態(tài)性能的電機控制

電氣牽引

風機、水泵調節(jié)流量高精度機床主軸驅動伺服控制、機械手、機械人關節(jié)驅動

原因：

磁場與電樞電流能自然解耦可通過相應電流分別控制電機控制的發(fā)展

缺點：

碳刷、換向器帶來的維護、火花速度×容量極限：，不能滿足高速、大容量驅動（時，）交流電機采用高性能解耦控制——矢量變換控制（模擬直流電機控制）電機控制的發(fā)展交流電機的發(fā)展概況

優(yōu)點：結構簡單、運行可靠、高速大容量等

缺點：調速控制困難、磁通和轉矩耦合，不能有效實現電機運動控制；

調速方法：調壓、轉子串電阻、變頻等；

轉折點：開關器件的發(fā)展

脈寬調制技術的發(fā)展

矢量控制理論的發(fā)展

變頻調速理論的發(fā)展

微型計算機控制技術的發(fā)展

電機控制的發(fā)展交流調速系統(tǒng)基本類型

異步電機劃分依據：調速過程轉差功率是否增大、真實消耗還是回收1）轉差功率消耗型：全部轉差功率轉化為熱能，運行效率較低

如調壓調速、繞線式異步電動機轉子串電阻調速2）轉差功率回饋型：一部分轉差功率被消耗，大部分被回收

如繞線式異步電機串級調速3）轉差功率不變型：轉差功率消耗水平保持不變，高效調速方式

如變頻調速，變極調速

電機控制的發(fā)展交流調速系統(tǒng)基本類型

同步電機劃分依據：轉子勵磁方式的不同1）電勵磁同步電機

優(yōu)點：高運行效率、調速性能優(yōu)越，容易制造

缺點：勵磁難以調節(jié)，控制相對復雜；2）永磁同步電機

優(yōu)點：無需直流勵磁，電機結構簡單可靠

缺點：永磁材料造價高昂，磁場控制困難；

電機控制的發(fā)展電機控制發(fā)展動向

采用新型電力電子器件的變換器和脈寬調制技術

消除電網諧波污染，提高系統(tǒng)功率因數，優(yōu)化變頻器輸入特性

開發(fā)無機械傳感技術

無速度傳感器控制技術—>降低造價，便于維護，提高可靠性

應用現代控制理論

滑模變結構控制

非線性解耦控制

模型預測控制

結構復雜、無法擺脫系統(tǒng)非線性和參數變化的影響智能化控制發(fā)展模糊控制人工神經網絡控制專家系統(tǒng)電機控制關鍵必須實現1、給機電運動系統(tǒng)提供所需形態(tài)電能

“電能形態(tài)”：電的類型、參數

電能形態(tài)變化稱“變流”→電力電子技術

特別是變流器輸入、輸出特性優(yōu)化控制——脈寬調制（PWM）技術對電能

機械能轉換過程有效控制

電機控制關鍵2、對電機系統(tǒng)實施控制，獲得所需運動特性

被控制對象為電機→電機理論

交流電機高性能控制

矢量變換控制

直接轉矩控制

無傳感器運行控制電機控制關鍵3、控制系統(tǒng)滿足電網側的技術要求網側電流的畸變輸入功率因數

LC諧振的抑制

電機控制關鍵

控制以閉環(huán)、解耦為核心→控制理論經典控制理論——PID調節(jié)技術現代控制理論——模型參考自適應控制，滑模變結構控制智能控制理論——模糊控制，專家系統(tǒng)，人工神經網絡控制控制的實現

微機數字控制技術：單片機、微處理器，數字信號處理器（DSP）、可編程邏輯器件（CPLD，FPGA）

傳感器技術：測量并獲得電壓、電流、磁通、轉矩、轉子空間位置，轉速，以獲得閉環(huán)控制用反饋信息電機控制關鍵

控制系統(tǒng)分析與設計——計算機仿真技術電機控制系統(tǒng)是一個多變量、強耦合、非線性、時變的復雜大系統(tǒng)，無法獲得解析表達，必須采用數學建模，計算機仿真分析，計算機輔助設計（CAD）技術Matlab/simulinkSaberSimplorerPSCAD…電機控制分類按被控物理量分:調速系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)/伺服系統(tǒng)按驅動電機類型分:直流傳動系統(tǒng)交流傳動系統(tǒng)按控制器的類型分:模擬控制系統(tǒng)數字控制系統(tǒng)電機控制涉及學科電機控制電力電子器件功率變換電路電機傳感器計算機仿真與CAD自動控制理論模擬/數字電子技術微機控制技術大規(guī)模集成電路課程特點微電子技術自動控制原理電力電子技術電機微機控制技術電機控制系統(tǒng)運用電力電子技術、微電子技術、微機控制技術、自動控制原理等，講述電力電子技術在