自動控制總結(jié)

1、運動控制系統(tǒng)應用及其發(fā)展過程運動控制系統(tǒng)應用及其發(fā)展過程 直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平 滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中 得到了廣泛的應用。得到了廣泛的應用。 由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實 踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖 動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 交流交流電機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但調(diào)電機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但調(diào) 速相對直流來說復雜。速相對直流

2、來說復雜。 二十世紀八十年代以前，晶閘管發(fā)展促使直流調(diào)速的發(fā)展，二十世紀八十年代以前，晶閘管發(fā)展促使直流調(diào)速的發(fā)展， 相位控制、相位控制、PWM控制?？刂?。 格局：格局：80%的不變速系統(tǒng)都采用交的不變速系統(tǒng)都采用交 流傳動，流傳動，20%調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速。 二十世紀后期，隨著全控型器件的出現(xiàn)、微機控制技術(shù)以二十世紀后期，隨著全控型器件的出現(xiàn)、微機控制技術(shù)以 及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展促使交流調(diào)速興起，直流調(diào)速及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展促使交流調(diào)速興起，直流調(diào)速20%, 交流調(diào)速交流調(diào)速80%。交流交流調(diào)速用于一般性能的節(jié)能調(diào)速、高性調(diào)速用于一般性能的節(jié)能調(diào)速、高性 能的

3、交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交 流調(diào)速。流調(diào)速。 根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)速方程根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)速方程 nn K IRU n 0 e 直流調(diào)速直流調(diào)速 （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵磁磁通）減弱勵磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻 R。 改變電阻只能有級調(diào)速改變電阻只能有級調(diào)速； 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以 調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 減弱磁通減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往雖然能夠

4、平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往 只是配合調(diào)壓方案，只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小 范圍的弱磁升速范圍的弱磁升速。 （1）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持勵磁保持勵磁 = = N N ； ； 保持電阻保持電阻 R = RR = Ra a o 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 改變電壓改變電壓 U UN N U U U U n n 。 o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特轉(zhuǎn)速下降，機械特 性曲線平行下移性曲線平行下移。 基速以下調(diào)速基速以下調(diào)速 n n0 OIIL UN U 1 U 2 U 3 nN n1 n2 n3 調(diào)壓調(diào)速特性曲線

5、 nn K IRU n 0 e （2）調(diào)磁調(diào)速）調(diào)磁調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持電壓保持電壓 U =UU =UN N ； 保持電阻保持電阻 R = R R = R a a ； ； o 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 減小勵磁減小勵磁 N ， n ， n0 o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機械特性曲轉(zhuǎn)速上升，機械特性曲 線變軟。線變軟。 基速以上調(diào)速基速以上調(diào)速 n n0 O TeTL N 1 2 3 nN n1 n2 n3 調(diào)磁調(diào)速特性曲線 nn K IRU n 0 e （3）調(diào)阻調(diào)速）調(diào)阻調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持勵磁保持勵磁 = = N N ； 保持電壓保持電壓 U =UU =

6、UN N ； ； o 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 增加電阻增加電阻 Ra Rn ， n0不變；不變； o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲 線變軟。線變軟。 n n0 OIIL R a R 1 R 2 R 3 nN n1 n2 n3 調(diào)阻調(diào)速特性曲線 nn K IRU n 0 e 1.1 V-M調(diào)速系統(tǒng)的特點調(diào)速系統(tǒng)的特點 1.2 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 1.3 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析 1.4 比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng) 第第1章章 直流單閉

7、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 2.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 2.3 直流電動機的雙域控制直流電動機的雙域控制 第第2章章 多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 3.1 V-M系統(tǒng)的可逆線路和工作狀態(tài)系統(tǒng)的可逆線路和工作狀態(tài) 3.2 有環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流及其控制方法有環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流及其控制方法 3.3 電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng) 3.4 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 3.5 直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng) 第第3章章 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)直流可

8、逆調(diào)速系統(tǒng) 交流調(diào)速的分類交流調(diào)速的分類 異步電動機的轉(zhuǎn)速異步電動機的轉(zhuǎn)速 n n 表示為表示為 調(diào)定子電壓調(diào)定子電壓 調(diào)轉(zhuǎn)子電壓調(diào)轉(zhuǎn)子電壓 串級調(diào)速串級調(diào)速 交流調(diào)速交流調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變極調(diào)速變極調(diào)速 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率消耗消耗型型 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率回饋回饋型型 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率不變不變型型 Pm Ps P2 效率最高效率最高 )1 ( 60 1 s n f n p 變頻調(diào)速是交流調(diào)速中效率最高，靜態(tài)及動態(tài)特性最為優(yōu)變頻調(diào)速是交流調(diào)速中效率最高，靜態(tài)及動態(tài)特性最為優(yōu) 良，目前應用最廣的一種交流調(diào)速方法。良，目前應用最廣的一種交流調(diào)速方法。 6.1 概述概述

9、6.2 SPWM變頻器變頻器 6.3 電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式及其機械特性電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式及其機械特性 6.4 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.5 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 第第 6 章章 交流異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)交流異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.3.3 電壓電壓-頻率協(xié)調(diào)控制下的機械特性頻率協(xié)調(diào)控制下的機械特性 恒恒Eg / 1 控制控制 l2 2 1 g pmaxM 1 2 3 L E nT S S 較小較小 常值 1 2 60 s n n p 2 1 2 1 g pM E 3 R s nT 恒恒

10、 Eg / 1 控制時變頻調(diào)速的機械特性控制時變頻調(diào)速的機械特性 2 l2 2 1 22 2 21 2 1 g pM 3 LsR Rs E nT 機械特性近似為一條直線機械特性近似為一條直線 7.1 異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速 7.1.1 異步電動機改變電壓時的機械特性異步電動機改變電壓時的機械特性 7.1.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機調(diào)壓調(diào)速電路 7.1.3 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 7.1.4 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 7.1.5 調(diào)壓控制的應用調(diào)壓控制的應用

11、 異步電動機等效電路及調(diào)壓原理異步電動機等效電路及調(diào)壓原理 U1 1 R1Ll1 Ll2 LmR2 /s I1 I0 I2 Lm 7.1.1 異步電動機改變電壓時的機械特性異步電動機改變電壓時的機械特性 2 2 1 2 21 2 1 1 21 ll LL s R R U II 2 pp122 m2 M2 2 211 2 2 111l1l2 3n3n U R /s PR TI s R RLL s 當定子頻率、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子當定子頻率、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子 電壓的平方成正比。電壓的平方成正比。 異步電動機機械特性異步電動機機械特性 7.1.1 異步電動機改變電壓時

12、的機械特性異步電動機改變電壓時的機械特性 帶帶恒轉(zhuǎn)矩負載恒轉(zhuǎn)矩負載工作時，工作時， 普通籠型異步電機變電普通籠型異步電機變電 壓時的穩(wěn)定工作點為壓時的穩(wěn)定工作點為A、 B、C，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率s 的變化的變化 范圍不超過范圍不超過 0 sm ，調(diào)調(diào) 速范圍有限速范圍有限。 如果帶風機、水泵類如果帶風機、水泵類 負載運行，則工作點為負載運行，則工作點為 D、E、F，調(diào)速范圍可調(diào)速范圍可 以大一些以大一些。 n0 Temax sm TL U1N 0.7U1N A B C F D E 0.5U1N 風機類負載特風機類負載特 性性 TLn2 恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性 異步電動機異步電動機不同電壓下的

13、機械特性不同電壓下的機械特性 Te O n 交流力矩電機的機械特性交流力矩電機的機械特性 Te O n n0 U1N 0.7U1N A B C TL 0.5U1N 恒轉(zhuǎn)矩負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性 高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩電動機）高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩電動機） 在不同電壓下的機械特性在不同電壓下的機械特性 7.1.1 異步電動機改變電壓時的機械特性異步電動機改變電壓時的機械特性 為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下 擴大調(diào)速范圍，并使電機擴大調(diào)速范圍，并使電機 能在較低轉(zhuǎn)速下運行而不能在較低轉(zhuǎn)速下運行而不 致過熱，就要求電機轉(zhuǎn)子致過熱，就要求電機轉(zhuǎn)子 有較高的電阻值，這樣的有較高的電阻值

14、，這樣的 電機在變電壓時的機械特電機在變電壓時的機械特 性繪于左圖。性繪于左圖。 顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負載時顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負載時 的調(diào)壓調(diào)速范圍增大了，的調(diào)壓調(diào)速范圍增大了， 堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機， 這種電機又稱作交流力矩這種電機又稱作交流力矩 電機。電機。 7.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機串級調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 7.2.1 引言引言 7.2.2 串級調(diào)速工作原理串級調(diào)速工作原理 7.2.3 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性異步電動機串級調(diào)速時的機械特性 7.2.4 雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng) 串級調(diào)速電氣系統(tǒng)組成串級調(diào)速電氣系統(tǒng)組成 7.2.2 串級調(diào)速工作原理串級調(diào)速工作原理 UR 三相不可控三相不可控 整流裝置，將異步整流裝置，將異步 電機轉(zhuǎn)子相電動勢電機轉(zhuǎn)子相電動勢 sEr0 整流為直流電整流為直流電 壓壓 Ud 。 UI 三相可控整流裝置，工作在三相可控整流裝置，工