電力拖動自動控制知識點總結(jié)

1、第1章 緒論1、電機的分類？ 發(fā)電機（其他能電能）直流發(fā)電機和交流發(fā)電機 電動機（電能其他能）直流電動機：有換向器直流電動機（串勵、并勵、復(fù)勵、他勵）和無換向器直流電動機（又屬于一種特殊的同步電動機） 交流電動機：同步電動機 異步電動機：鼠籠式、繞線式、伺服電機  控制電機：旋轉(zhuǎn)變壓器自整角機力矩電機測速電機步進電機（反應(yīng)式、永磁式、混合式）2、 根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)速方程 n 轉(zhuǎn)速（r/min）； U 電樞電壓（V） I 電樞電流（A）； R 電樞回路總電阻（ W ）；      勵磁磁通（Wb）；

2、Ke 由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵磁磁通 F；（3）改變電樞回路電阻 R。調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進行調(diào)速，適應(yīng)于：UUnom，基頻以下，在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速。 弱磁調(diào)速：無級，適用于nom，一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上(即電動機額定轉(zhuǎn)速以上)作小范圍的升速。 變電阻調(diào)速：有級調(diào)速。問題3：請比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并說明今后電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢。 * 直流電機調(diào)速系統(tǒng) 優(yōu)點：調(diào)速范圍廣，易于實現(xiàn)平滑調(diào)速，起動、制動性能好，過載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高

3、，動態(tài)性能良好。 缺點：有機械整流器和電刷，噪聲大，維護困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。 * 交流電機調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機調(diào)速系統(tǒng)相反） 優(yōu)點：異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護方便、造價低廉，使用環(huán)境廣，運行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機。大量被用來拖動轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機械。 缺點：調(diào)速性能比直流電機差。 * 發(fā)展趨勢：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能；或采用同步電機調(diào)速系統(tǒng). 第2章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1、常用的可控直流電源

4、有以下三種n 旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。n 相控整流器把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控的直流電源。n 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器先用不可控整流交流電變換成直流電，然后用PWM脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)輸出的直流電壓。2、由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動機 M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速 n 。 這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。3、晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），4、晶閘

5、管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時間引起的。傳遞函數(shù)近似成一階慣性環(huán)節(jié)。5、采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)的優(yōu)點（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1:10000左右；（4）若與快速響應(yīng)的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當

6、開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。6、PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型PWM控制與變換器（簡稱PWM裝置）也可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成Ks PWM裝置的放大系數(shù)； Ts PWM裝置的延遲時間， Ts T0 7、當開關(guān)頻率為10kHz時，T = 0.1ms ，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此, 與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致8、調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精

7、度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。9、調(diào)速范圍：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即靜差率：當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 DnN ，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 s ，即DnN = n0 - nN 10、調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標應(yīng)以最低速時所能達到的數(shù)值為準。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是

8、指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。11、系統(tǒng)特性比較（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。（2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。（3）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。（4）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。 12、反饋控制規(guī)律（1.）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)：【閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp =常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差

9、就只能減小，卻不可能消除?！浚?.）反饋控制系統(tǒng)的作用是： 抵抗擾動, 服從給定反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動?？箶_性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。（3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。13、采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。PI調(diào)節(jié)器的

10、輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。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(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。14、無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時 DUn = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)15、為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。如果采用某種方法，當電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉(zhuǎn)速負反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負反饋，簡稱截流反饋。16、微機數(shù)字控制系統(tǒng)的

11、主要特點是離散化和數(shù)字化：n 離散化：為了把模擬的連續(xù)信號輸入計算機，必須首先在具有一定周期的采樣時刻對它們進行實時采樣，形成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，這就是離散化。n 數(shù)字化：采樣后得到的離散信號本質(zhì)上還是模擬信號，還須經(jīng)過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這就是數(shù)字化。 17、由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。 脈沖數(shù)字（P/D）轉(zhuǎn)換方法： （1）M法脈沖直接計數(shù)方法；M法測速只適用于高速段。 （2）T法脈沖時間計數(shù)方法；T法測速適用于低速段。 （3）M/T法脈沖時間混合計

12、數(shù)方法。M/T法測速可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，具有較高的測速精度。 18、數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制器的數(shù)字化，而且可以突破模擬控制器只能完成線性控制規(guī)律的局限，完成各類非線性控制、自適應(yīng)控制乃至智能控制等等，大大拓寬了控制規(guī)律的實現(xiàn)范疇。 智能控制特點： 控制算法不依賴或不完全依賴于對象模型，因而系統(tǒng)具有較強的魯棒性和對環(huán)境的適應(yīng)性。 第 3 章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不

13、飽和時，各變量之間有下列關(guān)系 比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，達到穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。3、起動過程分析 在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況【1】電流上升階段（0t1）。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和?！?】恒流升速階段（t1t2），是起動過程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動過程中 ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出

14、電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計時必須注意的。系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長?！?】第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 Id 盡快地跟隨其給定值 U*i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。 4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）    飽和非線性控制； （2）    轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3） 準時間最優(yōu)控制5、在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。6、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)

15、速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。7、【1】 跟

16、隨性能指標：常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標有tr 上升時間；s 超調(diào)量；ts 調(diào)節(jié)時間?！?】抗擾性能指標標志著控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力。常用的抗擾性能指標有DCmax 動態(tài)降落；tv 恢復(fù)時間。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主，而隨動系統(tǒng)的動態(tài)指標則以跟隨性能為主。8、在階躍輸入下的 I 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與 K 值成反比；在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為¥ 。 因此，I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動系統(tǒng)。9、典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計時選擇典型系統(tǒng)的重要依

17、據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。 10、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，按照電力拖動原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運行時，為了充分利用電機，都應(yīng)使電樞電流達到其額定值 IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩 Te = KmF Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。 恒功率調(diào)速方式而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得

18、不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。第 4 章 可逆調(diào)速系和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1、V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路電樞反接反向過程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵磁反接可逆線路勵磁反接反向過程慢，控制相對復(fù)雜，但所需晶閘管裝置容量小。每一類線路又可用不同的換向方式：接觸器切換線路適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械；晶閘管開關(guān)切換線路適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)；兩組晶閘管反并聯(lián)線路適用于各種可逆系統(tǒng)。2、環(huán)流的定義： 采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流（1）靜態(tài)環(huán)流兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：直流平均環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時脈動環(huán)流兩組晶閘管輸出的