直流调速 第1章 绪论.ppt

电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 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 。 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 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 (1)半控型向全控型发展; 半控型：晶闸管； 全控型：GTO,GTR,MOSFET,IGBT (2)低频开关向高频开关发展; (3)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 （1）物理概念清晰、控制信号流向直观； （2）控制规律体现在硬件电路； （3）线路复杂、通用性差； （4）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： （1）硬件电路标准化程度高； （2）控制规律体现在软件上，修改灵活方便； （3）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； 1.2 运动控制系统的历史与发展 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。 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 直流调速系统 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。转矩与电枢电流成正比。 直流调速系统不仅在理论和实践上都比较成熟，而且直流调速又是交流调速的基础，因此掌握直流调速的基本规律和控制方法是非常必要地。 目前的趋势： （1）在硬件上，想实现无速度传感器的调速控制；利用电压电流信号进行参数估算，用算法估算转速，但如何提高转速估算精度是目前的难题； （2）在软件上，将各种先进智能的控制算法融入的运动控制系统，增加自学习、自适应、自调整以及决策能力，是目前发展的大趋势！ 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 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。 1.4 生产机械的负载转矩特性 生产机械的负载转矩是一个必然存在的不可控扰动输入。 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 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 恒功率负载 负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载 风机、泵类负载 负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载 1.自动控制 在无人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的某一物理量自动地按预定的规律进行。 一.自动控制系统的几个概念 2.拖动 应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产。 3.电力拖动 用各种电机作为原动机的拖动方式。 二.自动控制系统的分类 1.按输入量变化的规律 ①恒值控制系统 特点：系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应保持恒值。 例子：自动调速系统、恒温控制系统、恒压供水系统、恒流系统 二.自动控制系统的分类 ②随动系统 特点：系统的输入量是变化的，并要求系统的输出量跟随输入量的变化。 例子：刀架跟随系统、火炮控制系统、雷达导引系统、机器人控制系统。 二.自动控制系统的分类 ①线性系统 定义：数学模型为线性微分方程式的控制系统。 特点： a.系统的输入量与输出量之间关系是线性 b.各环节和系统均可用线性微分。 c.可用叠加原理和拉氏变换。 二.自动控制系统的分类 ②非线性系统 定义：数学模型为非线性微分方程式的控制系统。 例如： 1.传感器和放大器的温漂、零点漂移； 2.饱和现象：常见的直流电机的励磁； 3.间隙：齿轮传动，由于间隙存在，当主动齿轮方向改变时，从动轮保持原位不动，直到间隙消除后才改变转动方向。 二.自动控制系统的分类 3.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统 三.自动控制系统的组成 四.自动控制系统的性能指标 控制系统的性能指标包含： 稳定性、稳态特性、动态特性 稳定性：系统的首要条件 稳态特性：稳态误差 动态特性：动态跟随特性， 动态抗扰特性 五.研究自动控制系统的方法 定性分析 建立数学模型 定量分析 对系统校