電力拖動與運動控制系統B教案

1、中國礦業(yè)大學授課教案授課人：王穎杰系（部）：電氣系系主任：鄧先明 2014年03月28 H課程名稱電力拖動與運動控制系統B總學時數56適用專業(yè)電氣工程及自 動化課程編號學分 數年級課程類型必修課校級公共課（）：專業(yè)基礎課（7 ）;專業(yè)核心課（）選修課專業(yè)方向課（）：專業(yè)選修課（）：全校任選課（）是否多媒體教學是（Q ）;否（）考核方式考試（P ）:考查（）教材名稱電力拖動口動控制系統（第四 版）作者阮毅及 出版時間機械工業(yè) 2010年01月學時分配教學容課堂 講授課堂討論錄像實驗合計第1章緒論及直流調速系統引言部分2第2章轉速反饋控制的直流調速系統2.1.1晶閘管一電動機系統22.1.2直流P

2、WM變換器-電動機系統22.2穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統的機械 特性22.3轉速反饋控制的直流調速系統2.3.1轉速反饋控制直流調速系統的數學模型22.3.2比例控制的直流調速系統22.3.3比例積分控制規(guī)律和無靜差調速系統22.3.3直流調速系統的穩(wěn)態(tài)誤差分析2.4直流調速系統的數字控制2.4.1微機數字控制的特殊問題22.4.2轉速檢測的數字化2第3章 轉速、電流反饋控制的直流調速系統3.1轉速、電流雙閉環(huán)調速系統的組成及其靜 態(tài)特性3.2雙閉壞直流調速系統的動態(tài)數學模型和 動態(tài)性能分析23.3轉速、電流反饋控制的宜流調速系統的設 計23.4按工程設計方法設計雙閉環(huán)調速系統的 轉速調節(jié)

3、器和電流調節(jié)器2課程名稱電力拖動與運動控制系統B總學時數56適用專業(yè)電氣墨及門動化第4章可逆控制和弱磁控制的直流調速系統 4.1直流PWM可逆調速系統24.2 V-M可逆直流調速系統4.2.1 V-M可逆直流調速系統的主回路及環(huán)流4.2.2 V-M可逆直流調速系統的控制24.2.3轉速反向的過渡過程分析2第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調速系統 5.1異步電動機穩(wěn)態(tài)數學模型和調速方法25.2異步電動機的調壓調速25.3異步電動機的變壓變頻調速25.4電力電子變壓變頻器5.4.1交直交PWWI變頻器主回路5.4.2正弦波脈寬調制(SPWM)技術25.4.4電流跟蹤PWM控制技術5.4.5電壓空間矢

4、S PWM(SVPWM)控制技術25.5轉速開環(huán)變壓變頻調速系統5.6轉速閉環(huán)轉差頻率控制的變壓變頻調速系 統2第6章基于動態(tài)模型的異步電動機調速系統6.1-6.3異步電動機的多變量數學模型和坐標 變換26.4-6.5異步電動機在正交坐標系上的動態(tài)數 學模型和狀態(tài)方程26.6基于動態(tài)模型按轉子磁鏈泄向的矢疑控 制系統26.7按左子磁鏈控制的直接轉矩控制系統2實驗1單閉環(huán)不可逆直流調速系統實驗2實驗2雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統實 驗2實驗3 SPWM電壓源型變頻調速實驗2參考書目：電力拖動控制系統,馬志源著,科學，2004。電機學，胡虜生著，中國電力,2007。自動控制原理，胡壽松主編，科學

5、，第四版?，F代控制原理,豹著，機械工業(yè)，2004。電力電子和電力拖動控制系統的Matlab仿真，洪乃剛著，機械工業(yè)?？刂葡到y計算機仿真(第2版)，琨，柴干，王宏華等，電子工業(yè)。礦業(yè)大學授課教案第1章緒論及直流調速系統引言部分第1次課/學時2學時教學目的及要求1自我介紹，了解班級情況2. 介紹本課程的背景知識，包括應用及學習方法，介紹參考書3. 了解宜流電動機的三種調速方法，引出可控直流電源，介紹其在直流電動機調 速中的關鍵作用。教學重點1.電力拖動自動控制系統的應用以及三種調速方法教學難點教學容及安排視頻容課堂討論1、電力拖動在國民經濟中的作用電力拖動又稱電氣傳動，即以電動機作為原動機驅動生產

6、 機械。電力拖動控制系統簡稱電力拖動系統，是將電能轉換為機 械能的系統總稱，完成生產機械的起動、停止、正反轉、調速 等任務，使被拖動機械按預左方式運行，滿足生產工藝的要求。 國際電工委員會將“電力拖動“歸入“運動控制疇。電氣傳動在國民經濟起著重要作用，廣泛用于冶金、輕工、 礦山、石化、航空航天等行業(yè)，以及日常生活中，用電量占我 國總發(fā)電量的60%以上，產品以每年15%的速度遞增，市場前景 廣闊。2、運動控制系統及其組成3、運動控制系統的歷史與發(fā)展4、運動控制系統的轉矩控制規(guī)律5、生產機械的負載轉矩特性6、直流電動機轉速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關系可表示為：U-IRn =從上式可以看出，調節(jié)電動機的

7、轉速有三種方法：1）調節(jié)電樞供電電壓2.）減弱勵磁磁通。3）改變電樞回路電阻人。對于一沱圍無級平滑調速的系統來說，調右 電樞供電電壓的方式最好。本章思考題：為什么在VM系統中電流會岀現斷續(xù)的情況？小結中國礦業(yè)大學授課教案第2章 轉速反饋控制的直流訓速系統2.1.2直流PWM變換器電動機系統2學時第3次課/學時1 掌握橋式可逆PWM變換器工作原理。教學目的及要求2. 熟悉直流脈寬調速系統的機械特性和PWM控制與變換器的數學模型。3. TW-不可逆PWM變換器、和帶制動電流通路的不可逆PWM變換器的工作原理及特點。直流脈寬調速系統的機械特性和PWM控制與變換器的數學模型。教學重點橋式可逆PWM變換

8、器工作原理。教學難點教學容及安排視頻容PWM調制就是把恒立的直流電源電壓調制成頻率一泄、寬度可 變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出平均電壓的大小。與晶閘管裝置一樣,PWM裝置可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié):7 + 1本章思考題：為什么PWM電動機系統比VM系統能夠獲得更好的動態(tài)性能。小結中國礦業(yè)大學授課教案第2章轉速反饋控制的直流調速系統2.2穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統的機械特性第4次課/學時2學時教學目的及要求1.掌握轉速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調速性能指標。2熟悉生產工藝對轉速控制的要求，熟悉穩(wěn)態(tài)性能指標以及之間的關系。3 掌握開環(huán)調速系統及其存在的問題。教學重點1穩(wěn)態(tài)性能指標以及之間的關

9、系。2.掌握開環(huán)調速系統及其存在的問題。教學難點教學容及安排視頻容課堂討論兩個調速指標：調速圍和靜差率。1）調速圍2）靜差率 =%53）直流變壓訓速系統中調速帀、靜差率和額左速降之間的 關系：D- “嘰（1-$）開環(huán)系統速降：=舉例汁算，以量化的指標感性認識開環(huán)系統的問題。本章思考題：開環(huán)調速系統存在的速降問題如何解決？小結中國礦業(yè)大學授課教案第2章 轉速反饋控制的直流調速系統2.2轉速反饋控制的直流調速系統2.3.1轉速反饋控制直流調速系統的數學模型第5次課/學時2學時教學目的及要求1. 掌握閉環(huán)直流調速系統穩(wěn)態(tài)參數的訃算方法。掌握閉環(huán)調速系統的組成及其靜 特性。2. 掌握轉速反饋控制直流調

10、速系統的動態(tài)數學模型。教學重點1.閉環(huán)調速系統的組成及其靜特性。教學難點2轉速反饋控制直流調速系統的動態(tài)數學模型。教學容及安排視頻容課堂討論轉速負反饋閉環(huán)直流調速系統的靜特性方程式:Cc(l + X)KpKsU；-IdR _KpKsU； H(l + KpKf/Cc)H(1 + K)開環(huán)系統機械特性和閉環(huán)系統靜特性的關系:/R 個7/1久=(l + K)Qpa)b)c)圖221額定勵磁下直流電動機的動態(tài)結構框圖本章思考題：轉速單閉環(huán)調速系統有哪些特點？改變給上電壓能否改變電動機的轉速？為什么？小結中國礦業(yè)大學授課教案第2章轉速反饋控制的直流調速系統 2.3轉速反饋控制的直流調速系統 2.3.2比

11、例控制的直流調速系統第6次課/學時2學時教學目的及要求1.掌握開環(huán)系統特性和閉環(huán)系統特性的關系2 反饋控制規(guī)律三個基本特征。3 比例控制閉環(huán)直流調速系統的動態(tài)穩(wěn)定性。教學重點教學難點1.開環(huán)系統特性和閉環(huán)系統特性的關系。2 比例控制閉環(huán)直流調速系統的動態(tài)穩(wěn)住條件。教學容及安排視頻容課堂討論/dL($)R（丁嚴伽。M（s）宀）心尙7Ar1/CeH（5）7 54-1+QJ $+lOn(.y)Y?件 0T,廣反饋控制閉環(huán)直流調速系統的穩(wěn)定穿 kJET；右邊稱作系統的臨界放大系數Kc不穩(wěn)定。當KKcr時，系統將本章思考題：比例控制的直流調速系統為什么會有靜差？小結1/Cei$+l中國礦業(yè)大學授課教案第

12、2章轉速反饋控制的直流調速系統2.3.3比例積分控制規(guī)律和無靜差調速系統第7次課/學時2學時教學目的及要求通過本節(jié)的學習，使得學生能夠掌握比例積分控制規(guī)律。由于積分功能的引入，使 得控制系統具有無靜差的特性。教學重點1 比例枳分控制規(guī)律。1.無靜差直流調速系統。教學難點教學容及安排一、積分調節(jié)器和積分控制規(guī)律 1.積分調節(jié)器枳分調節(jié)器的傳遞函數為： 積分調肖器的特性如圖所示：2、轉速的積分控制規(guī)律：采用積分調節(jié)器，當轉速在穩(wěn)態(tài)時達 到與給左轉速一致，系統仍有控制信號，保持系統穩(wěn)左運行， 實現無靜差調速。3、比例與積分控制的比較：比例調巧器的輸岀只取決于輸入偏 差量的現狀：而積分調節(jié)器的輸出則包

13、含了輸入偏差量的全部 歷史。二、比例積分控制規(guī)律：比例積分控制綜合了比例控制和積分 控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相 補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn) 態(tài)偏差。三、無靜差直流調速系統及其穩(wěn)態(tài)參數計算轉速反饋系數：max視頻容本章思考題：比例積分控制的直流調速系統為什么會無靜差?小結授課教案第2章轉速反饋控制的直流調速系統2.3.3直流調速系統的穩(wěn)態(tài)誤差分析2.4直流調速系統的數字控制2.4.1微機數字控制的特殊問題第8次課/學時2學時教學目的及要求1. 三種調節(jié)器在階躍給定輸入的穩(wěn)定誤差；2. 擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差3. 數字控制的特點教學重點1.三種調節(jié)器的調速系統在階躍給泄輸入的穩(wěn)泄誤差比較分析。教學難點教學容及安排視頻容課堂討論一、階躍給定輸入和擾動引起的穩(wěn)定誤差1）由擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點與擾動加入點之 間的傳遞函數。2）比例控制的調速系統，該傳遞函數無積分環(huán)節(jié)，故存 在擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱作有靜差調速系統；3）積分控制或比例積分控制的調速系統，該傳遞函數具 有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差為0, 稱作無靜差調速系統。三、微機數字控制系統的主要特點是：離散化和數字化：離散化和數字化的結負而效應：時間上和