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1、电力拖动自动控制系统 运动控制系统 第1章 绪论 内 容 提 要 n运动控制系统及其组成 n运动控制系统的历史与发展 n运动控制系统转矩控制规律 n生产机械的负载转矩特性 现代运动控制技术 电机学、电力电 子技术、微电子 技术、计算机控 制技术、控制理 论、信号检测与 处理技术等多门 学科相互交叉的 综合性学科 。 图1-1运动控制及其相关学科 1.1 运动控制系统及其组成 图1-2 运动控制系统及其组成 运动控制系统的控制对象 电动机 l从类型上分 直流电动机、交流感应电动机(交流 异步电动机)和交流同步电动机。 l从用途上分 用于调速系统的拖动电动机和用于伺 服系统的伺服电动机。 运动控制
2、系统的功率放大与变 换装置 l电力电子型功率放大与变换装置 半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功 率模块发展 运动控制系统的控制器 l模拟控制器 物理概念清晰、控制信号流向直观 控制规律体现在硬件电路 线路复杂、通用性差 控制效果受到器件性能、温度等因 素的影响 运动控制系统的控制器 l以微处理器为核心的数字控制器 硬件电路标准化程度高 控制规律体现在软件上,修改灵活 方便 拥有信息存储、数据通信和故障诊 断等功能 运动控制系统的控制器 l模拟控制器 并行运行,控制器的滞后时间小。 l微处理器数字控制器 串行运行方式,其滞后时间比模拟 控制器大得多,在设计系
3、统时应予以 考虑。 运动控制系统的信号检测与处理 l信号检测 电压、电流、转速和位置等信号 l信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 l数据处理 信号滤波 1.2 运动控制系统的历史与发展 l电力电子技术和微电子技术带动了 新一代交流调速系统的兴起与发展 ,打破了直流调速系统一统高性能 拖动天下的格局。 l进入21世纪后,用交流调速系统 取代直流调速系统已成为不争的事 实。 1.2 运动控制系统的历史与发展 l直流调速系统 直流电动机的数学模型简单,转 矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦,使转矩与 电枢电流成正比。 1.2 运动控制系统的历史与发展 l交流调速系
4、统 交流电动机(尤其是笼型感应电 动机)结构简单 交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质,比直流 电动机复杂得多。 交流调速系统 l基于稳态模型的交流调速系统 转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统 l动态性能无法与直流调速系统相比 交流调速系统 l基于动态模型的交流调速系统 矢量控制系统 直接转矩控制系统 l动态性能良好,取代直流调速系统 1.2 运动控制系统的历史与发展 l同步电动机交流调速系统 同步电动机的转速与电源频率严 格保持同步,机械特性硬。 l电力电子变频技术的发展,成功地 解决了阻碍同步电动机调速的失步 和启动两大问题。 1.3 运动控制系统的转矩控制
5、规律 l运动控制系统的基本运动方程式 l忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩,运 动控制系统的简化运动方程式 1.3 运动控制系统的转矩控制规律 l转矩控制是运动控制的根本问 题 要控制转速和转角,唯一的途径就 是控制电动机的电磁转矩,使转 速变化率按人们期望的规律变化 。 1.3 运动控制系统的转矩控制规律 l磁链控制同样重要 为了有效地控制电磁转矩,充分利 用电机铁芯,在一定的电流作用 下尽可能产生最大的电磁转矩, 必须在控制转矩的同时也控制磁 通(或磁链)。 1.3 运动控制系统的转矩控制规律 1.4 生产机械的负载转矩特性 l生产机械的负载转矩是一个必然 存在的不可控扰动输入。 l归纳出几种典型的生产机械负载 转矩特性,实际负载可能是多个 典型负载的组合,应根据实际负 载的具体情况加以分析。 恒转矩负载 l负载转矩的大小 恒定,称作恒转 矩负载 a)位能性恒转 矩负载 b) 反抗性恒转 矩负载 图1-3 恒转矩负载 恒功率负载 l负载转矩与转 速成反比,而 功率为常数, 称作恒功率负 载 图1-4 恒功率转矩负载 风机、泵类负载 l负载转矩与转速 的平方成正比, 称作风机、泵类 负载 图1-5 风机、泵类负载
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