运动控制系统资料.ppt

运动控制系统 湖南科技大学 陈敏 2015年版 绪论 运动控制系统概述（定义、分类、发展过程、发展趋势） 控制系统的计算机仿真 调速控制系统的技术指标（静态指标、动态指标） 本课程特点与学习方法 一、运动控制系统概述 定义： 以机械运动的驱动设备－－电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统。 分类： （1）按被控物理量分：以转速为被控量的系统叫调速系统，以角位移或直线位移为被控量的系统叫随动系统（或伺服系统）。 （2）按驱动电动机的类型分：用直流电动机带动生产机械的为直流传动系统，用交流电动机带动生产机械的为交流传动系统。 （3）按控制器的类型分：用模拟电路构成控制器的系统为模拟控制系统，用数字电路构成控制器的系统为数字控制系统。 一、运动控制系统概述 运动控制系统的发展过程： 19世纪80年代以前，直流电气传动是唯一的电气传动方式； 19世纪末出现了交流电，解决了三相制交流电的输送和分配问题，研制了鼠笼式异步电机；（结实、少维护，适应环境宽、容量大，电压和转速高，但转矩控制非线性） 20世纪30年代，开始使用直流调速系统 20世纪70年代以来，电力电子技术、微电子技术、现代控制理论和电机理论促进了交流调速系统的发展。到目前，交流调速系统已占据电机速度控制系统的主导地位。 一.运动控制系统概述 运动控制系统的发展趋势： 驱动的交流化 驱动系统的高速化和超小、超大型化 高转速－－上万转／分钟 超小型化－－应用于微型机器人、微型飞行器 超大型化－－数MKW 系统的集成化 控制的数字化、智能化和网络化 二.控制系统的计算机仿真 控制系统计算机仿真的基本概念 1.计算机仿真是用来帮助设计人员进行设计的一种新技术，它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真是基于计算机的高速而精确的计算，来实现各种功能的。 2.自动控制系统的计算机仿真，是一门涉及到计算机技术、计算数学与控制理论、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性学科。他为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学以及有效的手段. 3.应用MATLAB的TOOLBOX工具箱及其SIMULINK仿真集成环境作仿真工具，这就是MATLAB仿真。它是控制系统计算机仿真一个特殊软件工具的子集. 二.控制系统的计算机仿真 先进的软件MATLAB 1.功能强大适用范围广 2.编程效率高 3.界面友好、用户使用方便 4.扩充能力强 5.强大方便的图形功能 6. MATLAB的活笔记本功能 7.功能齐备的自动控制软件工具包 常用库 Powersystem Application 电源 电路元件 扩展模块 电机 測量单元 功率模块 三.调速控制系统的技术指标 输入信号和扰动是一个系统典型的外作用，但希望系统只受输入信号的控制，而丝毫不受扰动的影响，所以我们只研究在输入信号作用下，对系统性能的要求。 三.调速控制系统的技术指标 当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。 三.调速控制系统的技术指标 整个调节过程分为两个阶段: 过渡过程 反映系统的动态特性(输出量处于激烈变化之中） 稳态过程 反映系统的稳态特性(输出量稳定在新的平衡状态，并保持不变。） 三.调速控制系统的技术指标 典型外作用： 为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来恒量，通常需要选择几种典型的外作用。 三.调速控制系统的技术指标 对系统性能的基本要求 阶跃输入是变化最剧烈，对系统最不利的外作用，如果系统在阶跃函数作用下能满足自动控制任务。那么，系统在其它缓慢变化的外作用下更能满足要求。所以，常选用阶跃函数作用典型输入来研究系统的性能。阶跃响应的某些特征值，就是性能指标，可以统一评价系统的性能。总的来说，希望实际的调节过程尽可能接近于理想的调节过程。工程上把它归结为稳、准、快三个方面. 三.调速控制系统的技术指标 稳定性——就是指系统重新恢复平稳状态的能力，即过渡过程的收敛情况。 三.调速控制系统的技术指标 快速性——指过渡过程进行的时间长短。 三.调速控制系统的技术指标 准确性——用稳态误差衡量：指过渡过程结束后，也就是进入稳态过程后，希望的输出量与实际输出量之间的误差，是衡量系统稳态精度的重要指标。 稳态误差越小越好。 同一系统这三方面的性能是相互制约的。提高了系统的稳态精度，可能使动态性能变坏；快速性的改善可能会引起系统的强烈振荡；平稳性好的系统又可能很迟缓。分析和解决这些矛盾，是本课程的重要内容之一。