第一章++闭环控制..(1).ppt

7 直流调速系统和随动系统 绪论 一 学科性质 是一门与生产紧密相关的专业课程，是电气传动及其自动化学科（研究方向）的基础性课程。也叫运动控制系统。 二 课程任务 为电力拖动机械设备选择配套的电气传动系统及其自动控制装置。 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 。 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 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。 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。 运动控制系统的功率放大与变换装置 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 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 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 模拟控制器 并行运行，控制器的滞后时间小。 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，在设计系统时应予以考虑。 运动控制系统的信号检测与处理 信号检测 电压、电流、转速和位置等信号 信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理 信号滤波 三、调速系统 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。 四、 自动控制系统的发展概况 直流传动和交流传动在19世纪中期以后诞生； 20世纪前、中期形成公认的格局：80%的不变速系统都采用交流传动，20%调速系统一般采用直流调速； 20世纪70年代的能源危机促使世界各国开始重点研究交流调速系统； 随着三大技术的发展，交流调速系统在性价比上也逐渐优于直流调速系统，目前，新的格局已经形成：交流调速系统上升到主导地位，并将逐步取代直流调速系统。 2、直流调速系统和交流调速系统的比较 直流电机的弱点：存在机械式换向器和电刷 a. 制造工艺复杂，费时费料，成本增加； b. 换向器的换向能力限制了电机的容量和速度； c. 电刷火化和环火限制了直流电机的安装环境； d. 转子散热条件差，电机效率低； e. 换向器和电刷的磨损使电机可靠性低，维修量大。 交流电动机在低成本、高速、大容量、恶劣环境可使用、维修量小等方面明显优于直流电动机； 随着功率器件的发展，交流调速系统的成本也会大幅度降低； 实际上，直流电动机较交流电动机仅存在调速性能好，控制简单等优点。 3、交流调速系统的难点和复杂性 交流电机的数学模型造成了转矩控制的困难; a.交流电机是一个多输入、多输出、非线性、强耦合且时变的控制对象 b.转矩公式：Td＝CTφmIrcosθr 调速装置中器件的发展阶段的限制了交流调速的发展； 交流调速系统精度和成本的限制； a.很难在短期内达到直流调速系统的精度 b.高成本、高价格往往使新用户望而却步 六、学习重点 高性能速度控制的电力拖动场合 以节能为目的改恒速为调速 高精度机床、大型起重设备 轧钢机、卷扬机 电力机车 … 七、 教材的选用 《电力拖动自动控制系统》第4版 陈伯时教授主编 机械工业出版社出版 本章内容提要 直流调速方法 直流调速电源 直流调速控制 根据直流电机转速方程   （1）调压调速 工作条件： 保持励磁 ? = ?N ； 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN ? U? U? ?n ?， n0 ? 调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行下移。 （2）调阻调速 工作条件： 保持励磁 ? = ?N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra ? R? R ? ?n ?，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软。 （3）调磁调速 工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程：