运动控制复习资料

1、运动控制复习资料1.直流调速系统用的可控直流电源a. 旋转变流机组b. 静止式可控整流器c. 直流暂波器或脉宽调制变换器2. 旋转变流机组原理原理：由原动机拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电， 调节 G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U ，从而调节电动机的转速 n 。这样的调速 系统简称 G-M 系统3. 静止式可控整流器原理原理：通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电 压 Ud ，从而实现平滑调速。这样的调速系统简称 V-M 系统4. 直流暂波器或脉宽调制变换器的原理 原理：用恒定直流电源或不控整流电源供电，

2、利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调 制，产生可变的平均电压。5. 抑制电流脉动的措施 设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术6. 转速控制的要求和调速指标 要求：调速，稳速，加减速 指标：调速范围，静差率7. 开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系 闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。闭环系统的静差率要小得多。 当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。 要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。8. 反馈控制规律 被调量有静差抵抗扰动 , 服从给定（ 一 方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作 用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定

3、信号的任何变化都是唯命是从的。）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度9. 电流截至负反馈 为什么要引入电流截至负反馈：起动的冲击电流闭环调速系统突加给定起动的冲击电流 堵转电流当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流， 而电流正常时仅有转速负反馈起作用 控制转速。这种方法叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。堵转电流 Idbl =（1.52） IN 额定电流截止（临界）电流Ider （ 1.11.2） IN额定电流10. 掌握有静差调速系统的原理 从静特性分析中可以看出，闭环系统的开环放大系数 K 值越大，系统的稳定性越好，然而， 只要所设定的放大器仅仅是一个比例发大器，即 K= 常数，稳态速

4、差只能减小，不能消除。因为闭环系统的稳态速差为Ce(l K)只有K=二才能使.汕c =0 ,但这是不可能的。输入偏差是维系系统运行的基础，必然会产生静差。11. 掌握PID，PI，PD调解器的特点及适用范围PID调节器中有比例微分 PD、比例积分PI、比例积分微分 PID三种类型。由PD调节器构 成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响； 由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定 的，用PID调节器实现滞后-超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能， 但具体实现和调试要复杂些。一般调速系统的要求以动态稳定

5、性和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节器：在随动系统中，快速性是主要要求，须用PD或PID调节器。12掌握无静差调速系统原理采用比例积分调节器的闭环调速系统采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。13掌握比例调解器和积分调解器的区别比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。14.掌握比例积分控制器的特点比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。由此可见，比例

6、积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。15转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性组成：电流环在里面称为内环，转速环在外面称为外环。这样就形成了转速、电流双闭环直流调速系统。静特性：转速调节器不饱和转速调节器饱和 16掌握电流环的引入原因 在单闭环系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但他只能在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。17掌握PI调解器的稳态特征 饱和输出达到限幅值当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不

7、再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。不饱和一一输出未达到限幅值PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零18掌握双闭环直流调速系统的起动过程及其特点（分析题）第I阶段电流上升的阶段（0 ti）第II阶段恒流升速阶段（ti t2）第川阶段转速调节阶段（t2以后）双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形第I阶段：突加给定电压 U n后，经过电流，转速调节器的跟随作用，Uc、Ud0、Id上升，但Id没有达到IdL （负载电流）时电动机不能转动，当Id> IdL时，电动机开始起动。由于惯性作用，转速不会很快增长，因

8、而转速调节器ASR的输入偏差电压厶Un的数值仍比较大，其输出电压保持限幅值 U*m，强迫电枢电流Id迅速上升。直到ld Idm、U严U*im，电流调节 器很快压制了 Id的增长。（ASR很快进入并保持饱和，ACR 一般不饱和）第II阶段：ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流给定U*m下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。第川 阶段：当转速上升到给定值n*=no时，转速调节器的输入偏差减少到零，其输出由于积分作用还维持在限幅值U*m，所以电动机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压为负使他开始退出饱和状态，U i和Id迅

9、速下降。但只要Id>IdL转速就继续上升，直到ld=|dL，转速达峰值（t= t3），此后电动机开始在负载的阻力下减速，与此对应，在 t3 t4时间内ld<ldL，直到稳定。ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而 ACR则力图使Id尽快的跟随其给定值 U*i，或者说电流内环是一个电流随动子系统。19掌握转速调解器的作用转速：主导调节器，使转速 n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如 果采用PI调节器，则可实现无静差。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电机允许的最大电流。20掌握典型i型和n型系统的特点，阶次区别，不同输入信号作用下的稳态误差1.典型I

10、型系统R (s )K s(Ts +1)C(s)KW ( s )s (T s + 1)特点：结构简单，只要参数的选择，能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且 有足够的稳定裕量。超调量小，抗干扰性能稍差。输入信号阶跃输入R(t) =R°斜坡输入R(t) =v°t加速度输入2a°tR(t) =2稳态误差0Vo / KoO2.典型n型系统K ”s + 1)C(s)Krs2(Ts + 1)FK (I s + 1) W (s) 厂s (Ts + 1)特点：结构简单，并能保持稳定，必须在分子上添加一个比例微分环节，才能保持系统稳定。超调量相对较大，抗扰性能比较好。II型

11、系统在不同输入信号作用下的稳态误差输入信号阶跃输入R(t) = Ro斜坡输入R(t) =v°t加速度输入2a°tR(t) 2稳态误差00a。/ K阶次区别：I型系统是二阶系统，n型系统是三阶系统21.掌握控制系统的动态性能指标1.跟随性能指标 2抗扰性能指标22. 掌握M法和T法的特点及适用场合M法测速-定义:在一定的时间Tc内，测取旋转编码器发出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的平均转速。特点：M法测速在高速段分辨率强，是脉冲直接计数方法适用：高速段T法测速-在编码器两个相邻输出脉冲的间隔时间内，用计数器记录频率为 f0的高频时钟脉冲个数，并由此来计算转速。特点：T法测

12、速在低速段分辨率强，是脉冲时间计数方法适用：低速段23. 掌握两组晶闸管装置反并联线路24. 掌握V-M系统反并联可逆线路的工作状态（分析题）V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行反向制动电枢端电压极性+电枢电流极性+-+电机旋转方向+二二电机运行状态+电动+回馈发电电动回馈发电晶闸管工作的组别和 状态正组整流反组逆变反组整流正组逆变机械特性所在象限-一一-二二-三四分析：图a表示正组晶闸管装置 VF给电动机供电，VF处于整流阶段，输出理想空载整流 电压UdO f,极性如图所示，电机从电网输入能量做电动运行，V-M系统工作在第一象限。当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈

13、电能必须产生反向电流，而反向电流时不可能通过 VF流通的，这时可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR，如图b所示，并使他工作在逆变状态，产生图中所示的极性的逆变电压-UdOr，当E>|-UdOr|时，反向电流Id便通过VR，电机输出电能实现回馈制动，V-M系统工作在第二象限。在可逆调速系统中，正转运行可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行同样可利用正组 晶闸管实现回馈制动。a）正组整流电动运行ra）正组整流电动运行rVF0Ud0 fa）正组整流电动运行ra）正组整流电动运行r图4-4两组晶闸管反并联可逆係统的正组整流和反组逆变状态R+popa）正组整流电动运行ra）正组整流电动运行r-

14、Ib）两组晶闸官反并联可逆V-M系统的反组逆变状态n i反组逆变正组整流回馈制动电动运行-4fiIdC）机械特性运行范围25环流的概念及分类概念：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流分类：静态环流：两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流1直流平均环流2瞬时脉动环流动态环流26掌握异步电动机常见的调速方法属于调s降电压调速转子串电阻调速转差离合器调速绕线转子异步电动机串级调速和双馈电动机调速属于调np：变极对数调速属于调fl :变压变频（WVF）调速27根据转差功率的消耗与否的分类转差功率消

15、耗型降电压调速转子串电阻调速转差离合器调速转差功率馈送型绕线转子异步电动机串级调速和双馈电动机调速转差功率不变型变极对数调速变压变频（VVVF）调速28.同步电动机的变压变频调速的基本类型1他控变频调速2自控变频调速29变压变频调速的基本控制方式1基频以下调速（恒转矩调速）2基频以上调速（恒功率调速）30.基频以下电压-频率协调控制时的机械特性（1）恒压频比（Us八1 = Constant ）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行 下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。（2）恒Eg / 1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可

16、以在稳态时达到 Gm=Con sta nt，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。（3）恒Er / .1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通尬rm恒定进行控制， 即得Er / 1 = Constant而且，在动态中也尽可能保持尬rm恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。图6-7基频以上恒压变频调速的机械特性基频以上恒压变频调速属于弱磁恒功率调速32.电压源型逆变器的定义，电流源型逆变器的定义，两类逆变器的性能的比较电压源型逆变器，直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，在理想情况下是 一个内阻为零的恒压源，输出交流电压

17、是矩形波或阶梯波，有时简称电压型逆变器。电流源型逆变器，直流环节采用大电感滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，或简称电流型逆变器。性能比较：（1）无功能量的缓冲滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。 两者的区别在于用什么储能元件（2）能量的回馈用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著 特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制 动和经常正、反转的生产机械。（3） 动态响应 电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，动态响应 比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢

18、得多。（4）应用场合 电压源型逆变器属恒压源，适于做多台电机同步运行时的供电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。采用电流源型逆变器的系统则相反，可以满足快速起制动和可逆运行的要求。33.180°导通型和120°导通型逆变器概念同一桥臂上、下两管之间互相换流的逆变器称作180°导通型逆变器。120°导通型逆变器的换流是在不同桥臂中同一排左、右两管之间进行的。35.SPWM技术定义按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制（简称SPWM），这种序列的矩形波称作 SPWM波。36. 电压空间矢量 PWM （ SVPWM ）控制技术定义如果对准这一目标， 把逆