自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)第1頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月一、自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制:指在脫離人的直接干預(yù)，利用控制裝置（簡稱控制器）使被控對象（如設(shè)備生產(chǎn)過程等）的工作狀態(tài)或簡稱被控量（如溫度、壓力、流量、速度、pH值等）按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行.自動(dòng)控制系統(tǒng):

實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體.第2頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋控制系統(tǒng)的中的常用術(shù)語：給定值（參考輸入值）偏差值控制量被控量擾動(dòng)量(內(nèi)擾,外擾)自動(dòng)控制裝置=傳感器+控制器+給定器+執(zhí)行器受控過程（受控對象）控制系統(tǒng)=受控過程＋控制裝置第3頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)組成方框圖

擾動(dòng)

調(diào)節(jié)閥控制器執(zhí)行器受控對象測量、變送元件給定值被控量操作值偏差值反饋值第4頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類設(shè)定器控制器被控對象擾動(dòng)被控量設(shè)定器被控過程傳感器控制器1按系統(tǒng)環(huán)節(jié)連接形式分類閉環(huán)控制系統(tǒng):開環(huán)控制系統(tǒng)：第5頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：

1.信號從輸入到輸出無反饋,單向傳遞. 2.控制精度不高,無法抑制擾動(dòng).閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn):1.有反饋回路;2.控制精度高,自動(dòng)糾偏第6頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2按控制依據(jù)信號性質(zhì)分類控制器控制器被控過程控制器被控過程控制器被控過程反饋控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)前饋---反饋控制系統(tǒng)第7頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月前饋---反饋控制系統(tǒng)

前饋---反饋控制系統(tǒng)即復(fù)合控制系統(tǒng)

復(fù)合控制:閉環(huán)控制和開環(huán)控制結(jié)合的一種方式。它是在閉環(huán)控制等基礎(chǔ)上增加一個(gè)干擾信號的補(bǔ)償控制，以提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。增加干擾信號的補(bǔ)償控制作用，可以在干擾對被控量產(chǎn)生不利影響同時(shí)及時(shí)提供控制作用以抵消此不利影響。純閉環(huán)控制則要等待該不利影響反映到被控信號之后才引起控制作用，對干擾的反應(yīng)較慢。第8頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月恒值控制系統(tǒng)（或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）特點(diǎn)：輸入信號是一個(gè)恒定的數(shù)值。恒值控制系統(tǒng)主要研究各種干擾對系統(tǒng)輸出的影響以及如何克服這些干擾隨動(dòng)控制系統(tǒng)（或稱伺服系統(tǒng)）特點(diǎn)：輸入信號是一個(gè)未知函數(shù)，要求輸出量跟隨給定量變化。程序控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸入信號是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，系統(tǒng)的控制過程按預(yù)定的程序進(jìn)行，要求被控量能迅速準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。3按給定值變化規(guī)律分類第9頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月4按系統(tǒng)特性分類

線性控制系統(tǒng)

輸入與輸出成正比，可用疊加原理用線性數(shù)學(xué)模型描述

非線性控制系統(tǒng)

輸入與輸出不成正比，不可用疊加原理用非線性數(shù)學(xué)模型描述

第10頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月5按變量的時(shí)間特性分類

1、連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)

系統(tǒng)各部分的信號是模擬的連續(xù)函數(shù)例：工業(yè)中普遍采用的常規(guī)控制儀表PID調(diào)節(jié)器控制的系統(tǒng)

2、離散時(shí)間控制系統(tǒng)系統(tǒng)的某一處或幾處，信號以脈沖序列或數(shù)碼的形式傳遞的控制系統(tǒng)例計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

第11頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月四、自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求典型試驗(yàn)信號階躍信號系統(tǒng)性能分析方法動(dòng)態(tài)特性分析穩(wěn)態(tài)特性分析第12頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月階躍信號（StepFunction）

階躍信號是最常用系統(tǒng)性能測試信號時(shí)間r(t)R-----單位階躍函數(shù)第13頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)態(tài)特性分析

動(dòng)態(tài)響應(yīng):系統(tǒng)輸出在典型測試信號下隨時(shí)間變化的特性

y(t)--輸出x(t)--輸入

y（t）=f(x（t）)x(t)y(t)tt第14頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)特性分析穩(wěn)態(tài)特性:

平衡狀態(tài)下系統(tǒng)輸出與輸入的關(guān)系

y（t=）=f(x)y()---穩(wěn)態(tài)輸出

x---輸入第15頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制系統(tǒng)被控量變化的動(dòng)態(tài)特性(a)單調(diào)過程

(b)衰減振蕩過程(c)等幅振蕩過程

(d)漸擴(kuò)振蕩過程第16頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)穩(wěn)定性---自動(dòng)控制系統(tǒng)的最基本的要求(2)快速性---在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，希望控制過程（過渡過程）進(jìn)行得越快越好，但如果要求過渡過程時(shí)間很短，可能使動(dòng)態(tài)誤差（偏差）過大。合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該兼顧這兩方面的要求。

(3)準(zhǔn)確性---即要求動(dòng)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)誤差都越小越好。自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求

第17頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）專業(yè)知識1.電子電路知識2.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)知識3.自動(dòng)控制技術(shù)知識（1）自動(dòng)控制的基本概念（2）常見直流調(diào)速系統(tǒng)的控制原理及控制過程第18頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對于直流調(diào)速系統(tǒng)，從調(diào)速范圍和平滑無級調(diào)節(jié)的要求角度說，調(diào)壓調(diào)速方法最好。弱磁調(diào)速雖然也能達(dá)到平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，一般只作為輔助方案，在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速上進(jìn)行小范圍調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，在交流供電系統(tǒng)中，可采用晶閘管整流裝置，獲得可調(diào)節(jié)的直流電壓；在具備恒定直流電源供電的場合，可采用斬波器，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速。第19頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路及等效電路第20頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由等效電路列寫電壓方程：其中：

L--主回路總電感；

R=Rb+Rhx+Ra--主回路等效總電阻；

Rb--整流變壓器繞組折合到副邊的等效電阻；

Rhx--變壓器漏抗引起換向電壓所對應(yīng)電阻；

Ra--電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻。第21頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制基本要求

1.調(diào)速——

在一定的速度范圍內(nèi)分級或無級調(diào)速；

2.穩(wěn)速——

以一定的精度穩(wěn)定在所需轉(zhuǎn)速上運(yùn)行，盡量不受負(fù)載變化、電源電壓變化等各種因素的干擾；

3.加、減速控制——

頻繁起、制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械要求盡量縮短起動(dòng)和制動(dòng)的時(shí)間，以提高生產(chǎn)率；另外，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機(jī)械要求起、制動(dòng)平穩(wěn)。第22頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1.調(diào)速范圍——

生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。調(diào)速指標(biāo)

2.靜差率——

電動(dòng)機(jī)在某一個(gè)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到滿載所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降ned與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比。第23頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一般在直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，常以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速。若拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降為ned，則對靜差率提出的要求，應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，故這時(shí)有：且有：故得：第24頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)速度單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖第25頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在假設(shè)忽略各種非線性因素等條件下，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系為：

1.電壓比較環(huán)節(jié)：

2.放大器：

3.觸發(fā)器及晶閘管整流裝置：

4.此系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性：

5.測速發(fā)電機(jī)：其中：Kp—

放大器電壓放大倍數(shù)；

Ks—

晶閘管整流裝置的電壓放大倍數(shù)；

—

測速發(fā)電機(jī)的反饋系數(shù)（Vmin/r）第26頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)將上述各關(guān)系式代入系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性方程，消去中間變量：第27頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)整理得到閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性方程：其中：

—

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。第28頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)上述各環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)關(guān)系，可畫出閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：第29頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由圖可得系統(tǒng)開環(huán)穩(wěn)態(tài)特性：比較系統(tǒng)開環(huán)、閉環(huán)穩(wěn)態(tài)特性：

1.當(dāng)Ugd不變時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為：即閉環(huán)系統(tǒng)n0下降為開環(huán)時(shí)的1/(1+K)。第30頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

2.系統(tǒng)前向通道的輸入電壓信號：閉環(huán)時(shí)：開環(huán)時(shí)：即開環(huán)時(shí)U較大，閉環(huán)時(shí)U較小。為保證n0基本不變，系統(tǒng)閉環(huán)后的U應(yīng)放大（1+K）倍。

3.負(fù)載擾動(dòng)相同，即Id一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降與開環(huán)轉(zhuǎn)速降的關(guān)系為：即當(dāng)K較大時(shí)，nb比nk小許多，所以閉環(huán)系統(tǒng)特性比開環(huán)特性硬許多。第31頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

4.對具有相同n0（即n0b=n0k）的閉環(huán)與開環(huán)系統(tǒng)，靜差率的關(guān)系為：即閉環(huán)系統(tǒng)靜差率比開環(huán)時(shí)小許多。

5.若電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為ned，對最低轉(zhuǎn)速靜差率的要求相同，則由：有：及即閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍提高，達(dá)到開環(huán)時(shí)的(1+K)倍。第32頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)基本特征

1.閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)K值越大，靜特性越硬，穩(wěn)態(tài)速降越小，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍越大?？傊?，K值越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能越好。

2.穩(wěn)態(tài)速降只能減小，不可能為零。

(1).只有當(dāng)K時(shí)，nb才能為零，這是不可能的。

(2).若n=0，則U=0，放大器無輸出，晶閘管無法控制，電動(dòng)機(jī)也就無法運(yùn)行了。第33頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

3.對干擾的抑制在系統(tǒng)前向通道上（即包含在反饋環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)上）的擾動(dòng)，可被測速發(fā)電機(jī)反映出來，通過反饋控制可得到抑制；而對給定電壓及反饋通道中的干擾，系統(tǒng)則無能為力。第34頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

V-M系統(tǒng)中，若無任何限制啟動(dòng)電流措施，突加給定輸入時(shí)，因轉(zhuǎn)速不能突變，Uf=0、U=Ugd，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于全壓起動(dòng)，會產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流。為限制起動(dòng)電流，可采用具有電流負(fù)反饋的控制方案。第35頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由圖得系統(tǒng)靜態(tài)特性：其中轉(zhuǎn)速降為：該轉(zhuǎn)速降要比沒有電流負(fù)反饋時(shí)大很多，故在采用電流負(fù)反饋限制啟動(dòng)電流的系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)具有較硬的靜特性，必須在啟動(dòng)過程完成時(shí)及時(shí)切除電流反饋回路，使電動(dòng)機(jī)有如下圖所示的機(jī)械特性。第36頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用起動(dòng)時(shí)只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用第37頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在上述系統(tǒng)控制方案中，將電流和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號引入同一個(gè)放大器中，雙方互相牽制，這是造成電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變軟的原因。為解決這個(gè)問題，可以設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓，使兩個(gè)調(diào)節(jié)器互相配合，即可實(shí)現(xiàn)完整的控制過程。由此得到如下的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。第38頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器ST、電流調(diào)節(jié)器LT均為PI調(diào)節(jié)器第39頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)該系統(tǒng)中，電流負(fù)反饋使電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變軟，但由于有速度環(huán)在外，電流負(fù)反饋對于速度環(huán)而言相當(dāng)于擾動(dòng)，只要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的放大倍數(shù)足夠大，而且未飽和，則電流負(fù)反饋引起的擾動(dòng)即可得到抑制，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差。當(dāng)ST達(dá)到飽和、輸出達(dá)到限幅值時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)失去作用，呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響，只剩下電流環(huán)起作用，雙閉環(huán)系統(tǒng)變?yōu)闊o靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。電流負(fù)反饋的作用使系統(tǒng)特性呈陡然下降趨勢。第40頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

Ugn加到系統(tǒng)上后，在慣性作用下，轉(zhuǎn)速緩慢上升，這時(shí)Un=Ugn-Ufn很大，而ST積分時(shí)間相對很小，ST很快進(jìn)入飽和，輸出達(dá)到限幅值，電動(dòng)機(jī)在電流環(huán)作用下起動(dòng)。在啟動(dòng)階段，雖然Ufn隨轉(zhuǎn)速增加而提高，但仍為Ufn<Ugn，ST仍處于飽和狀態(tài)，只有電流環(huán)起作用。直到轉(zhuǎn)速超過給定值，出現(xiàn)Ufn>Ugn，ST輸入變?yōu)樨?fù)值，由于積分的作用，ST開始退飽和，速度環(huán)才開始發(fā)揮作用，使電流開始下降。第41頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程波形第42頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定Ugn作用下，由于轉(zhuǎn)速上升緩慢，速度調(diào)節(jié)器很快進(jìn)入飽和，輸出達(dá)到Ugim。

Ugim加到電流調(diào)節(jié)器輸入端，使其輸出控制電壓Uk上升，使電動(dòng)機(jī)電樞電流Id隨之增加，達(dá)到Idm時(shí)，電流環(huán)反饋電壓Ufi=Ugim。由于電流調(diào)節(jié)器的積分作用，使Id繼續(xù)增加，直至出現(xiàn)超調(diào)，使電流調(diào)節(jié)器的輸入為負(fù)，導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)器輸出下降，又使Id下降，故起到限制起動(dòng)電流的作用。I-電流上升階段第43頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)II-恒流升速階段速度調(diào)節(jié)器ST處于飽和狀態(tài)，速度環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，不起作用。而電流環(huán)未飽和，電流調(diào)節(jié)器LT起作用，以保證系統(tǒng)電流恒定，電機(jī)在此電流的作用下起動(dòng)，轉(zhuǎn)速直線上升，即系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第44頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)III-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段電機(jī)在恒定電流下升速到Ugn=Ufn時(shí)，ST輸入n=0，在積分作用下Ugi仍為Ugim，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)時(shí)，Ufn>Ugn，n<0，ST退出飽和狀態(tài)，其輸出Ugi下降，通過LT的調(diào)節(jié)，電樞電流Id下降。但此時(shí)Id

仍大于負(fù)載電流Ifz，故電機(jī)繼續(xù)加速，直到IdIfz，電樞電流小于負(fù)載電流，電機(jī)開始減速，LT和ST同時(shí)發(fā)揮作用。此時(shí)，LT在內(nèi)環(huán)，使Id跟隨ST的輸出Ugi變化，即電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)系統(tǒng)。而ST在外環(huán)，對系統(tǒng)起到主導(dǎo)調(diào)節(jié)作用。第45頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1.在起動(dòng)過程中的大部分時(shí)間內(nèi)，速度調(diào)節(jié)器處于飽和限幅狀態(tài)，速度環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)的單環(huán)系統(tǒng)。

2.轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)一定有超調(diào)，只有出現(xiàn)超調(diào)，速度調(diào)節(jié)器ST才有可能退出飽和狀態(tài)，發(fā)揮線性調(diào)節(jié)作用。

3、實(shí)現(xiàn)了電流獸受限制條件下的最短時(shí)間即“時(shí)間最優(yōu)控制”。結(jié)論第46頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）專業(yè)知識1.電子電路知識2.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)知識3.自動(dòng)控制技術(shù)知識（1）自動(dòng)控制的基本概念（2）常見直流調(diào)速系統(tǒng)的控制原理及控制過程（3）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本知識第47頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月U/f比例控制方式變頻調(diào)速系統(tǒng)按變頻器技術(shù)的發(fā)展過程可以分為U/f比例控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式。采用U/f比例控制時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率下都獲得較硬的機(jī)械特性。如果生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能要求不高，可以采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨福淇刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。第48頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速開環(huán)U/f比例控制調(diào)速系統(tǒng)1.結(jié)構(gòu)可控整流---用電壓控制環(huán)節(jié)控制其輸出電流電壓電壓源逆變器－－用頻率控制環(huán)節(jié)控制其輸出。＋－電壓控制環(huán)節(jié)頻率控制環(huán)節(jié)M3~U*ωtuUgiUabs-UvUi-正、反（1）給定積分器GI（2）絕對值變換器（3）電壓控制環(huán)節(jié)（4）頻率控制環(huán)節(jié)第49頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）給定積分器因?yàn)檗D(zhuǎn)速開環(huán)，階躍信號會使電機(jī)產(chǎn)生大的沖擊電流，所以加了GI給定積分器。GI:將U*ω轉(zhuǎn)變成按給定率逐漸變化的斜率信號Ugi，從而使電機(jī)電壓和電流都能平緩遞變化。軟啟動(dòng)器R0R1RbU1＋－U*ωR0R0RbU1RRbRppU2Ugi－CR0＋第一級：高放大倍數(shù)的極性鑒別器。（R1>100R0）U1飽和。只管極性不管大小。第二級：反向器第三級：積分器第50頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）絕對值變換器引入原因電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向取決于變頻電壓的相序不需在電壓和頻率的控制上反映極性，所以用絕對值變換器電路將Ugi變換成其絕對值信號Uabs。分析時(shí)注意：Ugi與給定極性相反。R1R0RbU1UgiUabstUgitUgi第51頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）電壓控制環(huán)節(jié)采用電壓、電流雙閉環(huán)U*ωAVRACRUiUvU*vUabs內(nèi)環(huán)：ACR限制動(dòng)態(tài)電流，兼起保護(hù)作用。外環(huán)：AVR控制電壓輸出。電壓－頻率控制信號加到AVR前，要通過GF（函數(shù)發(fā)生器），把給定電壓提高一些以補(bǔ)償定子阻抗壓降。第52頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）電壓控制環(huán)節(jié)R1R0RbUabsR0＋－－UbU*v＋R21.Uabs=0，輸入＋Ub，

Kgf=(R1+R2)/R02.Uabs<0，輸入＋Ub,Uabs

Kgf=(R1+R2)/R0當(dāng)Uabs增大，輸出變正。3.當(dāng)Uabs增大，使二極管導(dǎo)通，Kgf=R2/R0

。

UabsU*v第53頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）頻率控制環(huán)節(jié)壓頻振蕩器、環(huán)形分配器、脈沖放大器組成。GFC頻率給定動(dòng)態(tài)校正器GVF壓頻振蕩器：電壓轉(zhuǎn)換成脈沖。DRC環(huán)形分配器：六分頻作用的計(jì)數(shù)器。AP脈沖放大器：保證脈沖功率和寬度。GVFDRCUabsAPUgi第54頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）專業(yè)知識1.電子電路知識2.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)知識3.自動(dòng)控制技術(shù)知識（1）自動(dòng)控制的基本概念（2）常見直流調(diào)速系統(tǒng)的控制原理及控制過程（3）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本知識（4）繼電控制電路第55頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制電路一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)控制1.點(diǎn)動(dòng)控制電路所謂點(diǎn)動(dòng)控制，就是當(dāng)按下按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，松開按鈕電動(dòng)機(jī)就停轉(zhuǎn)。點(diǎn)動(dòng)控制電路第56頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月繼電接觸器控制電路都有主電路和控制電路兩部分組成。主電路：直接給電動(dòng)機(jī)繞組供電的電路?？刂齐娐罚簩χ麟娐返膭?dòng)作實(shí)施控制的電路。點(diǎn)動(dòng)控制電路主電路：三相電源—QS—FU1—KM（主觸點(diǎn)）—FR（熱元件）—M(電動(dòng)機(jī)）控制電路：L21—FU2—1號線—FR（動(dòng)斷觸點(diǎn)）—2號線—SB—3號線—KM線圈—0號線—

FU2—L22第57頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月工作過程：合上開關(guān)QS接通電源按下SBKM線圈通電KM主觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)松開SBKM線圈失電KM主觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制電路第58頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月單向自鎖連續(xù)運(yùn)行控制電路主電路控制電路自鎖觸點(diǎn)2.單向運(yùn)行控制電路（起停控制電路）第59頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月KM主觸頭閉合按下按鈕SB2

KM線圈通電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作過程：一、起動(dòng)合上開關(guān)QSKM輔助觸點(diǎn)閉合（自鎖）利用自身輔助觸點(diǎn)，維持線圈通電的作用稱自鎖第60頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月KM主觸頭斷開按下按鈕（SB1）

KM線圈斷電電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)KM輔助觸點(diǎn)斷開動(dòng)作過程：二、停止第61頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

短路保護(hù)是因短路電流會引起電器設(shè)備絕緣損壞產(chǎn)生強(qiáng)大的電動(dòng)力，使電動(dòng)機(jī)和電器設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。

欠壓是指電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電壓降低引起電流增加甚至使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，在電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能自動(dòng)重新起動(dòng)(亦稱自起動(dòng))，易造成人身或設(shè)備故障。常用的失壓和欠壓保護(hù)有：對接觸器實(shí)行自鎖；用低電壓繼電器組成失壓、欠壓保護(hù)。

過載保護(hù)是為防止三相電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中電流超過額定值而設(shè)置的保護(hù)。常采用熱繼電器FR保護(hù)，也可采用自動(dòng)開關(guān)和電流繼電器保護(hù)。第62頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月三、短路保護(hù)當(dāng)電路出現(xiàn)短路時(shí)，線路電流突然變大，熔斷器燒斷而切斷線路電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。接觸器常開觸點(diǎn)斷開，線路恢復(fù)供電后電機(jī)不會自行起動(dòng)

(失壓、欠壓保護(hù))。第63頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月四、過載保護(hù)當(dāng)電路電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，熱繼電器的發(fā)熱元件將常閉觸點(diǎn)斷開，使接觸器線圈斷電主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。第64頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月二、正反轉(zhuǎn)控制電路生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件往往需要作正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。這就要求拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)具有正、反轉(zhuǎn)控制。若要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反向控制，只需將電源的三根相線任意對調(diào)兩根(稱換相)即可。倒順開關(guān)也稱可逆轉(zhuǎn)換開關(guān),如圖所示的S就是倒順開關(guān)。1.倒順開關(guān)控制的正反轉(zhuǎn)控制電路靜觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)這種電路一般用于額定電流在10A、功率在3kW以下的小容量電動(dòng)機(jī)。第65頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2.接觸器控制的正、反轉(zhuǎn)控制電路1）無聯(lián)鎖的正、反轉(zhuǎn)控制電路反轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)按鈕正轉(zhuǎn)接觸器正轉(zhuǎn)按鈕正轉(zhuǎn)觸點(diǎn)反轉(zhuǎn)觸點(diǎn)

SB2和SB3決不允許同時(shí)按下，否則造成電源兩相短路。正反轉(zhuǎn)控制電路必須保證正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)接觸器不能同時(shí)動(dòng)作。第66頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月2）有聯(lián)鎖的正、反轉(zhuǎn)控制電路圖7–20具有電氣聯(lián)鎖的控制電路按下SB2電機(jī)正轉(zhuǎn)通電閉合斷開斷電閉合正轉(zhuǎn)控制：合上QSKM1線圈通電KM1自鎖觸點(diǎn)閉合KM1主觸點(diǎn)閉合KM1常閉觸點(diǎn)斷開，防止誤動(dòng)作使KM2線圈通電（聯(lián)鎖）反轉(zhuǎn)控制：先按下SB1KM1線圈斷電電機(jī)停轉(zhuǎn)KM1自鎖觸點(diǎn)斷開KM1主觸點(diǎn)斷開KM1常閉觸點(diǎn)閉合按下SB3電機(jī)反轉(zhuǎn)第67頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月“聯(lián)鎖”觸點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)接觸器只允許一個(gè)通電工作的控制作用，稱為“聯(lián)鎖”。利用接觸器的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱電氣聯(lián)鎖。缺點(diǎn)：改變轉(zhuǎn)向時(shí)必須先按停止按鈕。解決措施：在控制電路中加入機(jī)械連鎖。第68頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣、機(jī)械雙重聯(lián)鎖的控制電路利用復(fù)合按鈕的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱機(jī)械聯(lián)鎖。電氣聯(lián)鎖機(jī)械聯(lián)鎖第69頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2電機(jī)反轉(zhuǎn)停止正轉(zhuǎn)閉合先斷開斷開斷電閉合通電閉合斷開斷開閉合第70頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月3）行程控制電路行程控制：

控制某些機(jī)械的行程，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)一定行程位置時(shí)利用行程開關(guān)進(jìn)行控制。至右極端位置撞開STA

動(dòng)作過程正向按鈕正向運(yùn)行電機(jī)停車（反向運(yùn)行同樣分析）正程限位開關(guān)STASTB逆程第71頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7–22行程控制電路工作臺第72頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月電路的工作原理如下:按下正轉(zhuǎn)按鈕SB3，KM1通電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺向左運(yùn)行。當(dāng)達(dá)到極限位置，擋鐵A碰撞SQ1時(shí)，使SQ1的常閉觸點(diǎn)斷開，KM1線圈斷電，電動(dòng)機(jī)因斷電自動(dòng)停止，達(dá)到保護(hù)的目的。同理，按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2，KM2通電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺向右運(yùn)行。到達(dá)極限位置，擋鐵B碰撞SQ2時(shí)，使SQ2的常閉觸點(diǎn)斷開，KM2線圈斷電，電動(dòng)機(jī)因斷電自動(dòng)停止。此電路除短路、過載、失壓、欠壓保護(hù)外，還具有行程保護(hù)。第73頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、順序控制電路

在生產(chǎn)機(jī)械中，往往有多臺電動(dòng)機(jī)，各電動(dòng)機(jī)的作用不同，需要按一定順序動(dòng)作，才能保證整個(gè)工作過程的合理性和可靠性。例如，X62W型萬能銑床上要求主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，進(jìn)給電動(dòng)才能起動(dòng)；平面磨床中，要求砂輪電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，冷卻泵電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)，等等。這種只有當(dāng)一臺電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，另一臺電動(dòng)機(jī)才允許起動(dòng)的控制方式，稱為電動(dòng)機(jī)的順序控制。如圖7-23所示，電路中有兩臺電動(dòng)機(jī)M1和M2，它們分別由接觸器KM1和KM2控制。

第74頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7–23順序控制電路第75頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理如下:當(dāng)按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí)，KM1通電，M1運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，KM1的常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)，再按下SB3，KM2線圈通電，M2運(yùn)行。如果先按SB3，由于KM1線圈未通電，其常開觸點(diǎn)未閉合，KM2線圈不會通電。這樣保證了必須M1起動(dòng)后M2才能起動(dòng)的控制要求。在圖7-23的電路中，采用熔斷器和熱繼電器作短路保護(hù)和過載保護(hù)，其中，兩個(gè)熱繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，保證了如果有一臺電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過載故障，兩臺電動(dòng)機(jī)都會停止。順序控制電路有如下缺點(diǎn):要起動(dòng)兩臺電動(dòng)機(jī)時(shí)需要按兩次起動(dòng)按鈕，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，起動(dòng)兩臺電動(dòng)機(jī)的時(shí)間差由操作者控制，精度較差。第76頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月四、時(shí)間控制電路時(shí)間控制：用時(shí)間繼電器來控制兩臺或多臺電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)順序。動(dòng)作過程：合上QS按下SB2輔助觸點(diǎn)自鎖主觸點(diǎn)閉合M1啟動(dòng)常開觸點(diǎn)延時(shí)閉合KM2線圈通電常開觸點(diǎn)自鎖主觸點(diǎn)閉合M2啟動(dòng)常閉觸點(diǎn)斷開KT線圈斷電常開觸點(diǎn)斷開KM1線圈通電KT線圈通電第77頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月有些生產(chǎn)設(shè)備為了操作方便，需要在兩地或多地控制一臺電動(dòng)機(jī)，例如普通銑床的控制電路，就是一種多地控制電路。這種能在兩地或多地控制一臺電動(dòng)機(jī)的控制方式，稱為電動(dòng)機(jī)的多地控制。在實(shí)際應(yīng)用中，大多為兩地控制。五、多地控制電路第78頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月七、三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)和制動(dòng)控制

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的功率在10kW以上，應(yīng)采用降壓起動(dòng)。降壓起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓小于其額定電壓。應(yīng)注意，在起動(dòng)完成后，電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓應(yīng)恢復(fù)到額定值，否則，會使電動(dòng)機(jī)損壞。常見的降壓起動(dòng)方式有四種:定子繞組串電阻降壓起動(dòng)、Y-△聯(lián)接降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、延邊三角形降壓起動(dòng)。

1.降壓起動(dòng)控制第79頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）定子繞組串電阻降壓起動(dòng)

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組串電阻降壓起動(dòng)控制電路如圖7-26所示。它是手動(dòng)控制型起動(dòng)，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓小于其額定電壓，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行降壓起動(dòng)。待轉(zhuǎn)速上升到一定值時(shí)，把開關(guān)S合上，電阻R被短接，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。第80頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）Y△聯(lián)接降壓起動(dòng)星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接的原理如圖所示。電源線電壓U線(380V)不變。圖(a)為星形聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)的相電壓U相=U線/，故相電壓為220V。圖(b)為三角形聯(lián)接，其相電壓與線電壓相等，為380V。所以，起動(dòng)時(shí)采用星形聯(lián)接，便可實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)；起動(dòng)完成后，再將電動(dòng)機(jī)接成三角形，又可使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

第81頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

Y-△聯(lián)接降壓起動(dòng)控制電路如圖7-28所示。電路的工作原理如下:合上刀開關(guān)Q，按下起動(dòng)按鈕SB2，KM1通電，KM1的自鎖點(diǎn)閉合，隨即KT線圈通電，KM2線圈通電并自鎖，電動(dòng)機(jī)接成星形聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。由于KT線圈通電，經(jīng)過一段時(shí)間后，KT的延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)斷開，延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)閉合，使KM1斷電，KM3通電，電動(dòng)機(jī)接成三角形聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)全壓運(yùn)行。停車時(shí)，只需按下停止按鈕SB1即可。第82頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7–28Y-△聯(lián)接降壓起動(dòng)控制電路KM2接通電源KM3—繞組聯(lián)接KM1—繞組Y聯(lián)接合上QS按下SB2動(dòng)作過程：KM1線圈通電KM1主觸點(diǎn)閉合KM1輔助觸點(diǎn)自鎖KT線圈通電KM2線圈通電Y啟動(dòng)延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開常開觸點(diǎn)閉合KM1斷電KM3通電Δ全壓運(yùn)行第83頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.制動(dòng)控制電路

在生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)斷開電源后，由于慣性作用，不會馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，需要一段時(shí)間才能停下來。因?yàn)橥C(jī)的時(shí)間太長，影響生產(chǎn)率，同時(shí)還會造成停機(jī)位置不準(zhǔn)確，工作不安全，所以有必要對電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制。制動(dòng)就是給電動(dòng)機(jī)一個(gè)與它旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，使它迅速停下來。制動(dòng)的方法有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種。其中，電氣制動(dòng)又包括反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、再生制動(dòng)。（1）機(jī)械制動(dòng)控制

機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)在斷電后迅速停止的方式。最常用的是電磁抱閘。它的結(jié)構(gòu)如圖7-29所示。

第84頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-29電磁抱閘的結(jié)構(gòu)1-線圈;2-鐵心;3-銜鐵;4-彈簧;5-閘輪;6-杠桿;7-閘瓦;8-軸第85頁，課件共92頁，創(chuàng)作于2