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运动控制系统----电力拖动自动控制系统 湖南科技大学 吴新开 2011年9月 绪论(Introduction) 运动控制系统的定义 运动控制系统的发展历程 运动控制系统的发展趋势 课程定位 本课程的学习方法 １．运动控制系统的定义 运动控制系统(Motion control system)或电力拖动自动控制系统(Control system of electric drive) 以电动机及其拖动的机械设备为控制对象，以控制器为核心、以电力电子功率变换装置为执行机构，在控制理论指导下可实现电气传动功能的自动控制系统。 课程特点 多学科的交叉学科 电力电子学、电机拖动、自动控制原理、电子学、计算机控制技术等 工程系统学科 应用系统分析方法解决系统的构成、系统控制方法、设计方法等问题 知识面广、实用性强 源于工程系统，解决工程系统 ２．运动控制系统的发展历程（Developed course) 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） ２．运动控制系统的发展历程（Developed course) 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。 ３．运动控制系统的发展趋势（Developing trend) 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 4.课程定位(Course nature) 核心专业课程 以运动控制系统为核心的系统原理的分析与设计 5.学习方法(Study ways) 关注系统的工程背景 学习一些问题提出的背景和解决思路,有助于创新性思维和能力的提高; 应用理论解决实际问题 掌握一些具体的知识点 系统的稳定性\动静态特性\建模方法\分析方法\控制方法和设计方法 掌握重点系统(单输入单输出系统,多输入单输出系统) 相关知识的综合应用 多看\多想\多问\多做\多实践 第1篇 直流拖动控制系统 1.1 直流调速系统用的可控直流电源 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   由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通 ?； （3）改变电枢回路电阻 R。 （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： 减小励磁 ?N ? ?? ? ? ? n ?， n0 ? 调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。 三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。 改变电阻只能有级调速； 减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 1.1.2 常用的可控直流电源 旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 (1) 旋转变流机组 G-M系统工作原理 由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）