機電傳動控制匯編

1、本章(bn zhn)要求1）了解機電傳動自動調速系統(tǒng)的組成、生產機械對調速系統(tǒng)提出的調速技術指標要求以及調速系統(tǒng)的調速性質與生產機械的負載特性合理匹配的重要性；2）重點掌握自動調速系統(tǒng)中各個基本環(huán)節(jié)，各種反饋(fnku)環(huán)節(jié)的作用及特點，掌握各種常用的自動調速系統(tǒng)的調速原理、特點及適用場所。第十一章 直流傳動控制系統(tǒng)共五十頁第一節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成和分類開環(huán)控制系統(tǒng)：只有控制量(輸入量)對被控制量(輸出量)的單向控制作用，而不存在被控制量對控制量的影響和聯(lián)系閉環(huán)控制系統(tǒng)：其特點是輸入量與輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的反饋(fnku)控制作用，形成一個閉環(huán)

2、。故又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋(fnku)控制系統(tǒng)。一、自動控制系統(tǒng)分類：（1）從組成原理上分類共五十頁特點：系統(tǒng)(xtng)簡單；控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：特點：系統(tǒng)較復雜；控制精度高。第一節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類一、自動控制系統(tǒng)分類：（1）從組成原理上分類（2）按反饋方式的不同，可分為 轉速負反饋、電勢負反饋、電壓負反饋及電流 正反饋控制系統(tǒng)；（3）按系統(tǒng)的復雜程度，可分為 單環(huán)自動調節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動調節(jié)系統(tǒng)；共五十頁（4）按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時被調量與給定量有無差別，可分為(fn wi) 有靜差調節(jié)系統(tǒng)和無靜差調節(jié)系統(tǒng)。 （5）按給定量變化的規(guī)律，可分為 定值調節(jié)系

3、統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)。（6）按調節(jié)動作(dngzu)與時間的關系，可分為 斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)；（7）按系統(tǒng)中所包含的元件特性，可分為 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。 第一節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類一、自動控制系統(tǒng)分類：共五十頁二、一般自動控制系統(tǒng)(kn zh x tn)組成：給定環(huán)節(jié) 放大調節(jié)環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)被調對象 被調量 擾動測量環(huán)節(jié)比較Ug + EBRn第一節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成和分類共五十頁第二節(jié) 機電(jdin)傳動控制系統(tǒng)調速方案選擇一、調速方法純機械方法調速: 通過變速齒輪箱或幾套變速皮帶輪或其他變速機構來實現(xiàn)；純電氣方法調速: 通過改

4、變電動機的機械持性實現(xiàn)，這時機械變速機構簡單、只一套變速齒輪或皮帶輪；電氣與機械配合調速: 用電動機來得到多種轉速，同時，又用機械變速機構的換檔來進行變速。 電氣調速優(yōu)點：簡化(jinhu)機械變速機構，提高傳動效率,操作簡單。易于獲得無級調速，便于實現(xiàn)遠距離控制和自動控制，因此，在生產機械中廣泛應用。共五十頁二.技術指標要求(yoqi) 靜態(tài)指標： 1）調速范圍：D= nmax / nmin2）靜差度：S=n0-nN /n0 用來表示生產機械(jxi)的相對穩(wěn)定性；3）調速的平滑性，通常用兩個相 鄰調速級的轉速差來衡量。第二節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)調速方案選擇共五十頁 動態(tài)(dngti)指標：

5、1）最大超調量過渡過程(guchng)時間 T振蕩次數 N第二節(jié) 機電傳動控制系統(tǒng)調速方案選擇共五十頁第三節(jié) 晶閘管電動機直流傳動(chundng)控制系統(tǒng) 分類(fn li)：GM，SCR-M共五十頁1. 有靜差調速系統(tǒng)(xtng)（轉速負反饋）自動(zdng)調節(jié)過程:Ug一定時,TL Uf Ud nU UKn 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁 開環(huán)時 Ug一定(ydng)時 若n0f=n0時 閉環(huán)時 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁開環(huán): 若nmax和S2不變時閉環(huán):增大(zn d)K是減小靜態(tài)轉速降落，擴大D的有效措施。 轉速負反饋調速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載變化、電動機勵磁

6、的變化、晶閘管電源電壓的變化）對電動機轉速的影響。但測量元件本身(bnshn)的誤差對電動機轉速的影響是無法克服的。 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁 結論(jiln)： 閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)更多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差度(ch d)S的條件下，能夠提高D，為此付出的代價是增設檢測反饋裝置和放大器。 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁2.有靜差調速系統(tǒng)(xtng)（電壓負反饋） 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁 有靜差調速系統(tǒng)（電壓(diny)負反饋）特點：（1）采用電位計取電壓量，線路簡單；（2）穩(wěn)速效果不好，主要用作防止過壓，改善動態(tài) 特性、加快過渡過程； （3）對由于電樞

7、電阻而引起的降壓(jin y)不能補償（反饋 環(huán)外），U=E+IaR 。 有靜差調節(jié)系統(tǒng)采用比例放大器，所以系統(tǒng)總存在靜差。若采用PI放大器則可實現(xiàn)無靜差系統(tǒng)。 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁 3、無靜差調速系統(tǒng)(xtng)（轉速負反饋） 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁1）無差元件(yunjin)PI調節(jié)器：P：響應(xingyng)快，反應快速性；I：響應慢，穩(wěn)態(tài)無靜差。 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)2）自動調節(jié)(tioji)過程:調節(jié)初期，P調節(jié)起主要作用，使轉速迅速回升，反應了系統(tǒng)的快速性；調節(jié)末期，I調節(jié)起主要作用，最終消除偏差，實現(xiàn)系

8、統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差。共五十頁1、調節(jié)初期，P調節(jié)起主要作用，使轉速迅速回升， 反應了系統(tǒng)的快速性；調節(jié)末期，I調節(jié)起主要作 用，最終消除偏差，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差。既能獲 得較高的靜態(tài)精度，又具有較快的動態(tài)響應(xingyng)。2、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差，但動態(tài)過程中有偏差，即動態(tài)速 降。3、實際的無靜差調速系統(tǒng)由于放大器、檢測裝置的誤 差存在，還是有一定的偏差。結 論： 一、單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁1.轉速、電流(dinli)雙閉環(huán)調速系統(tǒng) 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng) 由PI調節(jié)器組成的轉速單閉環(huán)系統(tǒng)，可以滿足一般生產機械的要求，但有些負載要求正反轉，啟制動（如龍門刨床），為了提高生

9、產效率，過渡過程越短越好。 由T=KmIa 知：若保證Ia = Imax則過渡過程最短。單閉環(huán)系統(tǒng)只保證n 恒定，而對I 沒有控制。 反饋控制規(guī)律 ：要想保持某量不變，則引入該量的負反饋。因此，可在轉速環(huán)基礎上增加一個電流環(huán)，形成雙閉環(huán)系統(tǒng)。 第三節(jié)晶閘管電動機直流傳動控制系統(tǒng)共五十頁速度(sd)負反饋（速度(sd)環(huán)）電流(dinli)負反饋（電流(dinli)環(huán)）2. 組成：1）雙環(huán)：轉速環(huán)-外環(huán)，電流環(huán)-內環(huán)； 2）轉速調節(jié)器ST，電流調節(jié)器LT都是PI結構。ST的輸出信號作為LT的輸入信號，LT的輸出信號Uk控制整流器，從而控制 Ud n。 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)共五十頁3. 靜態(tài)分析

10、: ST、LT都是具有限幅的PI調節(jié)器，特點：調節(jié)器一旦飽和，輸出為恒值，輸出信號不再(b zi)受輸入信號變化的影響；只有當輸入信號為負值時，調節(jié)器退飽和，輸出信號才受輸入信號的控制。 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁3. 靜態(tài)分析: 在雙閉環(huán)中，ST有兩種狀態(tài)：飽和，不飽和狀態(tài)。LT只有一種狀態(tài)：不飽和。1）開始時，系統(tǒng)加Ugn，因n不能立即建立，則Ufn0，偏差電壓很大。ST進入飽和狀態(tài)，輸出最大值Ugi= Ugimax，相當于轉速環(huán)開環(huán)，只有電流環(huán)，系統(tǒng)進行(jnxng)恒電流無靜差調節(jié)。 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁3. 靜態(tài)分析(fnx): 在雙閉環(huán)中，ST

11、有兩種狀態(tài)：飽和，不飽和狀態(tài)。LT只有一種狀態(tài)：不飽和。1）開始時，系統(tǒng)加Ugn，因n不能立即建立，則Ufn0，偏差電壓很大。ST進入飽和狀態(tài)，輸出最大值Ugi= Ugimax，相當于轉速環(huán)開環(huán)，只有電流環(huán)，系統(tǒng)進行恒電流無靜差調節(jié)。2）當達到穩(wěn)定轉速時，電動機轉速因慣性出現(xiàn)超調，ST退飽和，轉速環(huán)起作用，實現(xiàn)轉速無靜差調節(jié)。穩(wěn)態(tài)時，偏差電壓、偏差電流為0， n恒定，電動機穩(wěn)定運行。 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁I電流上升階段：突加Ugn，n不能突變，偏差電壓很大，ST飽和。給LT提供一個恒定的給定信號，建立起I。只有電流環(huán)起作用，當IaIL有n。II恒流升速階段：當I=Imax

12、,在PI作用下,LT恒流調節(jié), n線性增加。 III轉速調節(jié)階段：當UfnUgn,ST退飽和，雙環(huán)作用,直到穩(wěn)定(wndng)狀態(tài).4. 動態(tài)分析:共五十頁 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)特點： 系統(tǒng)的調整性能好、有很硬的靜持性，基本上無 靜差； 動態(tài)響應快，啟動(qdng)時間短； 兩個調節(jié)器可分別設計調整方便(先調電流環(huán)， 再調速度環(huán))； 系統(tǒng)的抗干擾能力強。 所以，它在自動調速系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)(xtng)共五十頁三、可逆調速系統(tǒng)(xtng)第三節(jié) 晶閘管電動機直流傳動(chundng)控制系統(tǒng)1、利用接觸器進行切換的可逆線路2、利用晶閘管切換的可逆線路 只適用于

13、幾十kW以下的可逆調速系統(tǒng)。共五十頁三、可逆調速系統(tǒng)(xtng)第三節(jié) 晶閘管電動機直流傳動(chundng)控制系統(tǒng) 采用兩套晶閘管變流器分別提供正、反兩個方向的電樞電流，實現(xiàn)電動機的可逆運轉，這種系統(tǒng)目前應用比較廣泛。共五十頁第四節(jié) 晶體管電動機直流脈寬調速系統(tǒng)(xtng) 1. 工作(gngzu)原理：決定轉向和轉速共五十頁第四節(jié) 晶體管電動機直流脈寬調速系統(tǒng)(xtng) 1. 工作(gngzu)原理：共五十頁2、PWM調速系統(tǒng)(xtng)特點：1) 主電路所需的功率元件(yunjin)少。 2) 控制線路簡單。3) PWM放大器的開關頻率比晶閘管三相全控整流橋 的開關頻率約高一個數量級

14、。4) 晶體管脈寬調制放大器的電壓放大系數不隨輸出 電壓的改變而變化，低速性能好。 第四節(jié) 晶體管電動機直流脈寬調速系統(tǒng) 因受大功率晶體管最大電壓、電流定額的限制，PWM還只能在中、小容量的調運系統(tǒng)中取代晶閘管直流調速系統(tǒng)。共五十頁第十二章 交流(jioli)傳動控制系統(tǒng)共五十頁第十二章 交流傳動(chundng)控制系統(tǒng) 由于(yuy)交流電動機本身就是一個多變量強耦合的系統(tǒng)。從理論上說，交流調速系統(tǒng)比直流調速系統(tǒng)復雜得多。但隨著變頻調速及其高精度數字化控制方式的實現(xiàn)，使得大多數的運算都可以用標準功能的軟件模塊來實現(xiàn)，對用戶而言，省去了大量的維護工作量。加之交流電動機自身的耐環(huán)境，耐沖擊，過

15、載能力強，制造方便，經濟又為交流電動機的變頻調速控制提供了廣闊的發(fā)展空間。 共五十頁 交流電動機有同步電動機與異步電動機兩大類。同步電動機的調速靠改變供電電壓的頻率(pnl)來改變其同步轉速；第十二章 交流傳動(chundng)控制系統(tǒng) 由異步電動機的調速特性知：異步電動機的調速方法可分為三種，即改變S、p 和f 。 從控制技術來看，不外乎有：控制定子繞組的電壓調壓調速；控制轉子回路的電勢串級調速；控制定子的供電電壓與頻率變頻調速；無換向器電機調速系統(tǒng)和電磁轉差離合器調速系統(tǒng)等幾種方法。 共五十頁根據(gnj)異步電動機的基本原理：消耗型：降壓調速；串R調速；電磁(dinc)轉差離合器調速;回

16、饋型：串級調速;不變型：變f,變P調速。交流調速的基本類型：第十二章 交流傳動控制系統(tǒng) 是否消耗轉差功率來評價調速系統(tǒng)效率的高低。共五十頁1.調速原理： 電樞1與電機軸相連，與電機轉子同速旋轉，在勵磁繞組3通以直流電。由于(yuy)感應電流與磁通相互作用，產生電磁力矩使磁極跟著電樞同向旋轉，從而拖動生產機械。改變直流電壓，可改變負載的轉速。第一節(jié) 電磁(dinc)轉差離合器調速系統(tǒng)共五十頁改變(gibin)電壓第一節(jié) 電磁(dinc)轉差離合器調速系統(tǒng)調速系統(tǒng)原理圖：改變整流電壓勵磁電流磁極的轉速負載的轉速 滑差電機共五十頁2.調速系統(tǒng)機械(jxi)特性：引入速度(sd)負反饋后第一節(jié) 電磁轉

17、差離合器調速系統(tǒng)共五十頁調速特點： 通過改變電磁離合器的勵滋電流來實現(xiàn)調速的，對異步電動機本身并不進行調速。優(yōu)點：結構簡單、運行可靠、維護方便、加工容易、能平滑調速。用閉環(huán)系統(tǒng)可擴大籠型轉子異步電動機的調速范圍和調速精度。缺點：必須增加電磁轉差離合器設備(shbi)，低速運行時損耗較大而且調速效率比較低。 第一節(jié) 電磁(dinc)轉差離合器調速系統(tǒng)共五十頁第二節(jié) 交流(jioli)調壓調速系統(tǒng)單相交流(jioli)調壓電路 單相交流調壓電路的種類很多，但應用最廣的是反并聯(lián)電路。共五十頁調速特點(tdin)：第二節(jié) 交流(jioli)調壓調速系統(tǒng)共五十頁加速度反饋的調速系統(tǒng)(xtng)： 可以使

18、機械特性變硬，調速范圍變寬。第二節(jié) 交流(jioli)調壓調速系統(tǒng)共五十頁變頻調速原理： 保證U/f =定值，或保證 定值，可以實現(xiàn)恒轉矩調速或恒功率調速。第三節(jié) 晶閘管變頻(bin pn)調速系統(tǒng)變頻調速系統(tǒng)(xtng)的分類：1）交-直-交變頻調速（帶直流環(huán)的間接變頻調速）;2）交-交變頻調速（直接變頻調速）。共五十頁第三節(jié) 晶閘管變頻(bin pn)調速系統(tǒng)1. 交-直-交變頻(bin pn)調速系統(tǒng)首先將電網中的交流電整流成直流電，再通過逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調的交流電。 共五十頁第三節(jié) 晶閘管變頻(bin pn)調速系統(tǒng)1. 交-直-交變頻(bin pn)調速系統(tǒng)共五十頁2.交-交變頻(bin pn)調速系統(tǒng)交交變頻是直接將固定頻率的交流電能(dinnng)變成所需頻率的電能(dinn