電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)第1章緒論課件

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)9/9/20231電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)8/3/20231開課目的掌握基于電氣傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、電路原理、自動(dòng)控制理論、微機(jī)原理課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)必修課。著重研究運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本規(guī)律，靜、動(dòng)態(tài)特性分析和工程設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用自動(dòng)控制理論解決系統(tǒng)的實(shí)際問題。9/9/20232開課目的掌握基于電氣傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的有關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)課研究內(nèi)容直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的VVVF調(diào)速基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制技術(shù)伺服系統(tǒng)END9/9/20233研究內(nèi)容直流調(diào)速系統(tǒng)END8/3/20233考核方式期末考試—70分（閉卷）平時(shí)成績—30分（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、出勤）參考教材《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》（第4版）上海大學(xué)阮毅陳伯時(shí)主編.機(jī)械工業(yè)出版社，2009年參考書目1.李華德主編《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》機(jī)械工業(yè)出版社，2009.22.湯天浩.《電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2010.43.陳霞.《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)方法》.中國電力出版社.2010.74.LeonhardW.《ControlofElectricalDrives.》，3rded,Springer-Verlag,NewYork,20019/9/20234考核方式期末考試—70分（閉卷）參考教材《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第1章緒論9/9/20235電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第內(nèi)容提要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性9/9/20236內(nèi)容提要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成8/3/20236電力拖動(dòng)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)0-7電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):具有自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)工作機(jī)械的速度或位移的電力拖動(dòng)系統(tǒng)（或稱為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）基本任務(wù)：通過控制電動(dòng)機(jī)的電壓﹑電流﹑頻率等，來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度或轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械對(duì)速度或位移的要求。電力拖動(dòng)：實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械之間的能量變換9/9/20237電力拖動(dòng)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)0-7電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):基本任務(wù)現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。圖1-1運(yùn)動(dòng)控制及其相關(guān)學(xué)科控制對(duì)象：各類電機(jī)；控制手段：計(jì)算機(jī)和其他電子裝置；弱電控制強(qiáng)電的紐帶：電力電子裝置；理論基礎(chǔ)：自動(dòng)控制理論和信息處理理論；研究和開發(fā)工具：計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）9/9/20238現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制1.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成

圖1-2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成9/9/202391.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成圖1-2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象——

電動(dòng)機(jī)從類型上分直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（交流異步電動(dòng)機(jī)）和交流同步電動(dòng)機(jī)。從用途上分用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)。9/9/202310運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象——

電動(dòng)機(jī)從類型上分8/3/2023運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置電力電子型功率放大與變換裝置半控型向全控型發(fā)展低頻開關(guān)向高頻開關(guān)發(fā)展分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展9/9/202311運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置電力電子型功率放大與變換裝置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器 物理概念清晰、控制信號(hào)流向直觀 控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路 線路復(fù)雜、通用性差 控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響9/9/202312運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器8/3/202312運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器以微處理器為核心的數(shù)字控制器 硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高 控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改靈活方便 擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能9/9/202313運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器以微處理器為核心的數(shù)字控制器8/3/20運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器并行運(yùn)行，控制器的滯后時(shí)間小。微處理器數(shù)字控制器串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。9/9/202314運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器模擬控制器8/3/202314運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測與處理信號(hào)檢測電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等數(shù)據(jù)處理信號(hào)濾波9/9/202315運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測與處理信號(hào)檢測8/3/202315運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源主控制器運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)反饋裝置PC/PLCPLC變流裝置敏捷驅(qū)動(dòng)裝置直流電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器編碼器電位器測速發(fā)電機(jī)傳動(dòng)裝置定位平臺(tái)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9/9/202316運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源主控制器運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)反1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動(dòng)了新一代交流調(diào)速系統(tǒng)的興起與發(fā)展，打破了直流調(diào)速系統(tǒng)一統(tǒng)高性能拖動(dòng)天下的格局。進(jìn)入21世紀(jì)后，用交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為不爭的事實(shí)。9/9/2023171.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)帶動(dòng)1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。 換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。9/9/2023181.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)8/3/20231.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng) 交流電動(dòng)機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）結(jié)構(gòu)簡單 交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì)，比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多。9/9/2023191.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng)8/3/2023交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速開環(huán)的變壓變頻調(diào)速

轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比9/9/202320交流調(diào)速系統(tǒng)基于穩(wěn)態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)8/3/202320交流調(diào)速系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)

矢量控制系統(tǒng)

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能良好，取代直流調(diào)速系統(tǒng)9/9/202321交流調(diào)速系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型的交流調(diào)速系統(tǒng)8/3/2023211.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng) 同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，機(jī)械特性硬。電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展，成功地解決了阻礙同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的失步和啟動(dòng)兩大問題。9/9/2023221.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)8/31.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式9/9/2023231.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡化運(yùn)動(dòng)方程式1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/9/202324忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡化運(yùn)動(dòng)方程式1.轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問題要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/9/202325轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問題1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)磁鏈控制同樣重要為了有效地控制電磁轉(zhuǎn)矩，充分利用電機(jī)鐵芯，在一定的電流作用下盡可能產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）。1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律

9/9/202326磁鏈控制同樣重要1.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律8/3/1.4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在的不可控?cái)_動(dòng)輸入。負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性直接影響運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制方案的選擇和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。歸納出幾種典型的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實(shí)際負(fù)載可能是多個(gè)典型負(fù)載的組合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的具體情況加以分析。9/9/2023271.4生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 b)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖1-3恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9/9/202328恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定