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电力拖动自动控制系统（运动控制系统） 运动控制系统—龙岩学院 第0章 绪 论 运动控制系统：以电机为对象，以电力电子（功率）变换器为弱电控制强电的媒质，以自动控制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机为控制手段，实现物体位置、速度等物理量控制。 一、什么是运动控制系统？ 二、运动控制系统的分类 （1）按执行电机分类 (A) 旋转式： 步进电动机、直流电动机、无刷直流电动机、 交流异步电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机，等等。 （B）直线式：永磁同步直线电机、异步直线电动机，等等。 （2）按控制目的分类 调速系统、位置随动系统（位置伺服系统） （3）按控制电路实现方式分类 模拟控制方式、数字模拟混合控制方式、全数字控制方式 三、运动控制系统的发展概况 运动控制系统的主要部分： 控制电路－电力电子变换器－电动机 控制电路方面的发展 数字控制器与模拟控制器相比，具有下列优点： ◆能明显地降低控制器硬件成本。 ◆可显著改善控制的可靠性。 ◆数字电路温度漂移小，不存在参数变化的影响，稳定性好。 ◆硬件电路易标准化。 ◆为复杂控制算法的实现提供了坚实基础。 模拟电路方式－－数字模拟电路方式－－全数字方式 运动控制系统的微机数字控制，大体经历三个阶段∶ 第一个阶段: 系统的控制器主要采用具有单一数据处理功能的 微处理器(Microprocessor)。如Intel 8086 。 第二个阶段: 系统主要采用单片微型计算机(Micro－Controller)和数字信号处理器(DSP)。如MCS-51系列和MCS-96系列单片机 ；数字信号处理器(DSP)，如TMS320系列、MOTOROLA公司的68000系列以及NEC公司的μPD7720系列等等 。　　 第三个阶段: 九十年代后期的具有单片机特点的数字信号处理器 。1997年TI公司推出了面向电机控制领域的DSP芯片－－TMS320C240(F240)芯片。 2．功率变换器方面 电力电子技术是信息流与物质/能量流之间的重要纽带。在大功率电力电子装置中，功率器件对整个装置的性能、体积、重量和价格的影响非常大。一般来说，功率电子学的发展是以功率器件的进步为标志的。 第一代电力电子器件的主要特点是门极不可关断。其代表器件是晶闸管，它是一种相控类型器件。 第二代电力电子器件的主要特点是双极型全控器件。其代表性器件是GTR、GTO和SIT. 第三代器件的主要特点是采用MOS门极控制和集成化。其代表性器件是功率MOSFET、IGBT和IPM 现代的电力电子变换装置中，PWM技术是目前主要采用的变换器控制技术。 IPM（智能功率模块） U V W B P N 泵升电阻 (需外接) VT7 VT1 VT3 VT5 VT4 VT6 VT2 3．电动机方面 与直流电动机相比，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有一系列突出的优点：制造成本低廉、重量轻、惯性小、可靠性和运行效率高、基本上不用维修、能在恶劣的甚至是含有易爆性气体的环境中安全运行。正是由于交流电动机有这些优势，使它在电力传动系统中的应用范围比直流电动机广泛得多。据统计， 目前，在国民经济各部门运行的电动机中，总量的90％以上是交流电动机。 交流电机传动： 不可调速交流传动 、可调速交流传动 上世纪90年代以前，高要求的调速场合主要采用直流电机调速系统。 高性能交流电机控制（或交流调速系统实现）的难度所在： A. 转矩控制特性差：电磁转矩不象直流电动机那样易于控制。 B. 交流电机基于新型控制技术的控制系统实现复杂，必须有 高性能的处理器作支撑。 长期以来，交流调速系统性能不能与直流调速系统的性能相媲美。但近十年来，交流调速系统性能逐步达到乃至超过了直流调速系统性能，交流传动全面取代直流传动已成为必然趋势。 四、运动控制系统的转矩控制规律 运动控制系统的基本运动方程式： J（dωm/dt）=Te-TL 或(GD2/375)（dn/dt）=Te-TL dθm /d t= ωm J：机械转动惯量（kg.m2) GD2:转动惯量（飞轮力矩）（N.m2） ωm：转子的机械角速度（rad/s） n：转子的机械转速（r/min） θ m：转子的机械转角(rad) Te：电磁转矩（N.m） TL：负载转矩（N.m） 结论：控制电机的转速和转角就是控制电机的电磁转矩。