運動控制系統(tǒng)(20).ppt

1、第二十講,運動控制系統(tǒng)復(fù)習(xí),第一章 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流調(diào)速方法,（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻 R。,三種調(diào)速方法的性能與比較,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。 改變電阻只能有級調(diào)速； 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。,常用的可控直流電源,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。 靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電

2、源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓,V-M系統(tǒng)的特點,晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。,在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級, 這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能,V-M系統(tǒng)的問題,由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。 晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。 由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。,直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器,斬波電路三種控制方式,T 不變

3、，變ton 脈沖寬度調(diào)制(PWM）； ton不變，變 T 脈沖頻率調(diào)制(PFM）； ton和 T 都可調(diào)，改變占空比混合型。,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?。?（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(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)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。,整流與逆變狀態(tài),當(dāng) 0 0 ，晶閘管裝置處于整流

4、狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) /2 max 時， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。,抑制電流脈動的措施,設(shè)置平波電抗器； 增加整流電路相數(shù)； 采用多重化技術(shù),晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性,電流連續(xù),電流斷續(xù),V-M系統(tǒng)機械特性的特點,當(dāng)電流連續(xù)時，特性還比較硬； 斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù),簡單的不可逆PWM變換器,有制動的不可逆PWM變換器電路,橋式可逆PWM變換器,（1）電流一定連續(xù)； （2）可使電機在四象限運行； （3）電機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范

5、圍可達1:20000左右； （5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。,在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。,PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型,電能回饋與泵升電壓的限制,泵升電壓形成的原因; 抑制泵升電壓的方法,控制要求,（1）調(diào)速； （2）穩(wěn)速； （3）加、減速,調(diào)速指標(biāo),調(diào)速范圍,靜差率,調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系,開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系,（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)，

6、則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多,（3）當(dāng)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,反饋控制規(guī)律的特點,1. 被調(diào)量有靜差,2. 抵抗擾動, 服從給定,3. 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測精度,直流電動機的傳遞函數(shù),控制與檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),放大器,測速反饋,閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,n(s),U*n (s),IdL (s),Uct (s),Un (s),+,-,Ks,Tss+1,KP,+,-,R (Tl s+1),Ud0 (s),反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件,靜態(tài)性能指標(biāo)：閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益越大越好； 動態(tài)性能分析：為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定

7、性，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益卻不宜太大。 必須通過動態(tài)校正的方法來解決動態(tài)與靜態(tài)的矛盾。,積分調(diào)節(jié)器,采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。,比例與積分控制的比較,比例積分控制規(guī)律,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。,穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算,第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和工程設(shè)計方法,轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,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

8、變換器的最大輸出電壓Udm。,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,兩個調(diào)節(jié)器的作用,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。 當(dāng)負(fù)載電流達到 Idm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。,穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算,轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的； ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定的； 控制電壓 Uc 的大小則同時取決于 n 和 Id，或者說，同時取決于U*n 和 IdL,圖2-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,U*n,Uc,-IdL,n,Ud0,Un,+,-,-,+,-,Ui,WASR(s),WAC

9、R(s),Ks,Tss+1,1/R,Tl s+1,R,Tms,U*i,Id,1/Ce,+,E,系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu),數(shù)學(xué)模型,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,電流調(diào)節(jié)器,起動過程,第 I 階段 電流上升階段,第 II階段 恒流升速階段,第階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段,起動過程的特點,（1）飽和非線性控制； （2）轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用,1）調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差。 2）對負(fù)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）在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。 2）對電網(wǎng)電壓波動起抗擾作用。 3）動態(tài)過程中，加快動態(tài)

10、過程。 4）當(dāng)電機過載和堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流，起快速保護作用。,跟隨性能指標(biāo),抗擾性能指標(biāo),tr 上升時間 超調(diào)量 ts 調(diào)節(jié)時間,Cmax 動態(tài)降落 tv 恢復(fù)時間,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。,兩種系統(tǒng)比較,非典型系統(tǒng)的典型化,調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇,高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理,高階系統(tǒng)的降階近似處理,低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理,系統(tǒng)設(shè)計的一般原則,先內(nèi)環(huán)后外環(huán),電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化：1）忽略反電動勢的動態(tài)影響 2）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 3）小慣性環(huán)節(jié)近似處理 2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇（電流環(huán)應(yīng)以

11、跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)） 3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計,1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) （傳遞函數(shù)化簡） 2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 1）系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理 2）轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化 3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇（典型 型系統(tǒng)） 3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn),恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式,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,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”。,電樞電壓與勵磁配合控制特性,Te,N,nN,nma

12、x,UN,U,第三章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化,數(shù)字控制的主要特點,離散化和數(shù)字化,離散化和數(shù)字化的負(fù)面效應(yīng),（1）A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差,（2） D/A轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng),數(shù)字測速指標(biāo),（1）分辯率,（2）測速精度,（3）檢測時間 Tc,數(shù)字測速方法,1. 旋轉(zhuǎn)編碼器,2. 測速原理,（1）M法脈沖直接計數(shù)方法； （2）T 法脈沖時間計數(shù)方法； （3）M/T法脈沖時間混合計數(shù)方法,M法測速只適用于高速段,T法測速適用于低速段,PI調(diào)節(jié)器的差分方程,位置式算法,增量式算法,積分分離算法,能有效抑制振蕩，或減小超調(diào)，常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。,智能型PI調(diào)節(jié)器,專家系統(tǒng) 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,智能控制特點： 控

13、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。,第四章 可逆直流調(diào)速系統(tǒng),（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類： 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。,（2）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)。,V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可 逆線路的工作狀態(tài),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

14、過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流,環(huán)流的兩重性,危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。 利用：只要合理的對環(huán)流進行控制，保證晶閘管的安全工作，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動機在空載或輕載時可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。,環(huán)流的分類,（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直流平均電壓

15、差為零，但因電壓波形不同，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。,（2）動態(tài)環(huán)流僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。,直流平均環(huán)流 與配合控制,采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只允許一組晶閘管裝置工作 采用配合控制的策略，使一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài),配合控制的條件, f r,配合控制方法,將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90，即 當(dāng)控制電壓 Uc= 0 時，使 f = r = 90，此時 Ud0f = Ud0r = 0 ，電機處于停止?fàn)顟B(tài)。 增大控制電壓Uc 移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反就可以了, = 配合控制電路,

16、 = 配合控制特性,Uc,- Ucm, = 控制的工作狀態(tài),待整流狀態(tài) 當(dāng)逆變組工作時，另一組在等待整流，稱“待整流狀態(tài)”。,待逆變狀態(tài) 逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)載電流，它只是處于“待逆變狀態(tài)”，表示該組晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作,瞬時脈動環(huán)流的產(chǎn)生,正組整流電壓和反組逆變電壓之間的瞬時電壓差,瞬時脈動環(huán)流的抑制,在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器,環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的5%10%來設(shè)計,制動過程,本組逆變階段 它組制動階段 它組建流子階段； 它組逆變子階段； 反向減流子階段,無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機系統(tǒng),邏輯控制無環(huán)流

17、系統(tǒng),錯位控制無環(huán)流系統(tǒng),第五章 異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng),交流拖動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域,一般性能的節(jié)能調(diào)速 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng) 特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速,交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型,降電壓調(diào)速； 轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速； 繞線電機串級調(diào)速或雙饋電機調(diào)速； 變極對數(shù)調(diào)速； 變壓變頻調(diào)速,按電動機的能量轉(zhuǎn)換類型分類,1. 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng),2.轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng),3. 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng),異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng),異步電動機等效電路,電流公式,轉(zhuǎn)矩公式,電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比,最大轉(zhuǎn)矩公式,變壓調(diào)速系統(tǒng)的特點,靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電

18、壓UsN 下的機械特性和最小輸出電壓Usmin 下的機械特性。 當(dāng)負(fù)載變化時，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點只能沿著極限開環(huán)特性變化。,近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置,測速反饋環(huán)節(jié),異步電機近似的傳遞函數(shù),由于它是偏微線性化模型，只能用于機械特性線性段上工作點附近的穩(wěn)定性判別和動態(tài)校正，不適用于起制動時轉(zhuǎn)速大范圍變化的動態(tài)響應(yīng)。,由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計算有很大的近似性,第六章 異步電機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng),變壓變頻調(diào)速的 基本控制方式,保持電機中每極磁通量m為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果過分增大磁通，又

19、會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。,基頻以下調(diào)速,恒值電動勢頻率比的控制方式,恒壓頻比的控制方式 （低頻電壓補償）,基頻以上調(diào)速,定子電壓Us卻不可能超過額定電壓UsN，最多只能保持s=UsN，這將迫使磁通與頻率成反比地降低,機械特性,恒壓恒頻正弦波供電,恒壓頻比控制（ Us /1 ）,恒 Eg /1 控制,恒 Er /1 控制,恒 Us /1 控制,恒 Er /1 控制,恒 Eg /1 控制,c,交-直-交和交-交變壓變頻器,交-直-交變壓變頻器,交-交變壓變頻器,電壓源型和電流源型逆變器,Ld,Id,Cd,Ud,Ud,+,+,-,-,a) 電壓源逆變器,b

20、) 電流源逆變器,180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型逆變器,相電壓,兩種極性PWM控制方式的比較,單極性PWM控制方式,雙極性PWM控制方式,（1）自然采樣法原理,利用正弦波與三角 波的自然交點，決定 脈沖輸出信號極性。 由于采用計數(shù)器計 數(shù)定時，故計數(shù)器計 數(shù)決定脈沖寬度或間 歇時間。,（2）規(guī)則采樣法,規(guī)則采樣法原理,三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc 自然采樣法中，脈沖中點不和三角波一周期的中點（即負(fù)峰點）重合 規(guī)則采樣法使兩者重合，每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點為對稱，使計算大為簡化,在三角波的負(fù)峰時刻tD 對正弦信號波采樣得D點，過 D作水平直線和三角波分別交于A、B點，在A點時刻t

21、A和B點時刻tB控制開關(guān)器件的通斷 脈沖寬度d 和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近,規(guī)則采樣法原理,正弦調(diào)制信號波 式中，M 稱為調(diào)制度，0 a 1；r為信號波角頻率。從圖中可得 因此可得 三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度,PWM調(diào)制方法,載波比載波頻率 fc與調(diào)制信號頻率 fr 之比N，既 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。,（1）異步調(diào)制,異步調(diào)制載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。 通常保持fc 固定不變，當(dāng)fr 變化時，載波比 N 是變化的； 在信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期

22、的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱； 當(dāng)fr 較低時，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較??； 當(dāng)fr 增高時，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖不對稱的影響就變大,（2）同步調(diào)制,同步調(diào)制N 等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步。 基本同步調(diào)制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定； 三相電路中公用一個三角波載波，且取N 為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱； 為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對稱，N應(yīng)取奇數(shù)； fr很低時，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除； fr很高時，fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。,同步調(diào)制三相PWM波形,（3）

23、分段同步調(diào)制,把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)保持N恒定，不同頻段N不同； 在fr高的頻段采用較低的N，使載波頻率不致過高； 在fr低的頻段采用較高的N，使載波頻率不致過低,（4）混合調(diào)制,可在低頻輸出時采用異步調(diào)制方式，高頻輸出時切換到同步調(diào)制方式，這樣把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，和分段同步方式效果接近。,1）逆變器的一個工作周期分6個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當(dāng)于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動機旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形，每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間T0，T0 越短，旋轉(zhuǎn)磁場越接近圓形，但T0的縮短受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。 2) 在每個小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個功率開關(guān)

24、器件，因而開關(guān)損耗小。 3) 每個小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結(jié)束。 4) 利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計算簡便。 5) 采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM逆變器輸出電壓提高了15%。,SVPWM控制模式有以下特點,1. 系統(tǒng)組成,M 3,電壓 檢測,泵升 限制,電流 檢測,溫度 檢測,電流 檢測,單 片 機,顯示,設(shè)定,接口,PWM 發(fā)生器,驅(qū)動 電路,UR,UI,R0,R1,R2,Rb,VTb,K,R0,R1,Rb,R2,轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器-異步電動機調(diào)速系統(tǒng),轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng),控制

25、轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。,轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律,（1）在 s sm 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 Te 基本上與 s 成正比，條件是氣隙磁通不變。 （2）在不同的定子電流值時，按上圖的函數(shù)關(guān)系 Us = f (1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。,交流電機數(shù)學(xué)模型,交流電機數(shù)學(xué)模型的性質(zhì),高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng),三相異步電動機的多變量 非線性數(shù)學(xué)模型,異步電機數(shù)學(xué)模型的性質(zhì),（1）雙輸入雙輸出的系統(tǒng)。 （2）非線性因素存在于1（）和2（）中。 （3）多變量之間的耦合關(guān)系主要也體現(xiàn)在1（）和2（） 兩個環(huán)節(jié)上。,坐標(biāo)變換和變換矩陣,三相-兩相變換（3

26、/2變換）,兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）,K/P變換,基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng),按轉(zhuǎn)子磁鏈定向,d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為 M 軸，而q軸再逆時針轉(zhuǎn)90，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為T軸。 這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為 M，T 坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標(biāo)系。,按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義,轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。,r 與 ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù)，當(dāng)勵磁電流分量ism突變時，r 的變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機勵磁繞組的慣性

27、作用是一致的。,矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖,轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制矢量控制系統(tǒng)直接矢量控制系統(tǒng),電流滯環(huán)型PWM變頻器,圖6-60 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng),磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng),直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點,系統(tǒng)組成,圖6-62 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),結(jié)構(gòu)特點,轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)： ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號； 設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似的解耦。 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器： 用滯環(huán)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器。,控制特點,與VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異

28、步電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，DTC系統(tǒng)與VC系統(tǒng)不同的特點是：,1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。 2）選擇定子磁鏈作為被控量。 3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件。,性能比較,從總體控制結(jié)構(gòu)上看，直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)系統(tǒng)和矢量控制(VC)系統(tǒng)是一致的，都能獲得較高的靜、動態(tài)性能。,表6-1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點與性能比較,第七章 繞線式異步電機串級調(diào)速系統(tǒng),雙饋調(diào)速的概念,所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進行電功率的相互傳遞。,雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu),五種工況小結(jié),圖7-2 異步電機在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程,五種工況都是異步電機轉(zhuǎn)子加入附加電動勢時的運行狀態(tài)。 在工況a,b,c中，轉(zhuǎn)子側(cè)都輸出功率，可把轉(zhuǎn)子的交流電功率先變換成直流，然后再變換成與電網(wǎng)具有相同電壓與頻率的交流電功率。,串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理,（1）起動,控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間，Ud與Ui的差值能產(chǎn)生足夠大的Id，以