运动控制课件第0章

1、 电力拖动自动控制系统（运动控制系统）运动控制系统华中科技大学武昌分校第0章 绪 论 运动控制系统：以电机为对象，以电力电子（功率）变换器为弱电控制强电的媒质，以自动控制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机为控制手段，实现物体位置、速度等物理量控制。一、什么是运动控制系统？二、运动控制系统的分类（1）按执行电机分类 (A) 旋转式： 步进电动机、直流电动机、无刷直流电动机、 交流异步电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机，等等。（B）直线式：永磁同步直线电机、异步直线电动机，等等。（2）按控制目的分类 调速系统、位置随动系统（位置伺服系统）（3）按控制电路实现方式分类 模拟控制方式、数

2、字模拟混合控制方式、全数字控制方式三、运动控制系统的发展概况运动控制系统的主要部分：控制电路电力电子变换器电动机 控制电路方面的发展 数字控制器与模拟控制器相比，具有下列优点：能明显地降低控制器硬件成本。 可显著改善控制的可靠性。 数字电路温度漂移小，不存在参数变化的影响，稳定性好。 硬件电路易标准化。 为复杂控制算法的实现提供了坚实基础。模拟电路方式数字模拟电路方式全数字方式运动控制系统的微机数字控制，大体经历三个阶段第一个阶段: 系统的控制器主要采用具有单一数据处理功能的微处理器(Microprocessor)。如Intel 8086 。第二个阶段: 系统主要采用单片微型计算机(Micro

3、Controller)和数字信号处理器(DSP)。如MCS-51系列和MCS-96系列单片机 ；数字信号处理器(DSP)，如TMS320系列、MOTOROLA公司的68000系列以及NEC公司的PD7720系列等等 。第三个阶段: 九十年代后期的具有单片机特点的数字信号处理器 。1997年TI公司推出了面向电机控制领域的DSP芯片TMS320C240(F240)芯片。2功率变换器方面 电力电子技术是信息流与物质/能量流之间的重要纽带。在大功率电力电子装置中，功率器件对整个装置的性能、体积、重量和价格的影响非常大。一般来说，功率电子学的发展是以功率器件的进步为标志的。 第一代电力电子器件的主要特

4、点是门极不可关断。其代表器件是晶闸管，它是一种相控类型器件。 第二代电力电子器件的主要特点是双极型全控器件。其代表性器件是GTR、GTO和SIT. 第三代器件的主要特点是采用MOS门极控制和集成化。其代表性器件是功率MOSFET、IGBT和IPM 现代的电力电子变换装置中，PWM技术是目前主要采用的变换器控制技术。IPM（智能功率模块）UVWBPN泵升电阻(需外接)VT7VT1VT3VT5VT4VT6VT23电动机方面 与直流电动机相比，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有一系列突出的优点：制造成本低廉、重量轻、惯性小、可靠性和运行效率高、基本上不用维修、能在恶劣的甚至是含有易爆性气体的环境中

5、安全运行。正是由于交流电动机有这些优势，使它在电力传动系统中的应用范围比直流电动机广泛得多。据统计，目前，在国民经济各部门运行的电动机中，总量的90以上是交流电动机。交流电机传动：不可调速交流传动 、可调速交流传动上世纪90年代以前，高要求的调速场合主要采用直流电机调速系统。高性能交流电机控制（或交流调速系统实现）的难度所在：A. 转矩控制特性差：电磁转矩不象直流电动机那样易于控制。B. 交流电机基于新型控制技术的控制系统实现复杂，必须有 高性能的处理器作支撑。长期以来，交流调速系统性能不能与直流调速系统的性能相媲美。但近十年来，交流调速系统性能逐步达到乃至超过了直流调速系统性能，交流传动全面

6、取代直流传动已成为必然趋势。四、运动控制系统的转矩控制规律运动控制系统的基本运动方程式：J（dm/dt）=Te-TL 或(GD2/375)（dn/dt）=Te-TLdm /d t= mJ：机械转动惯量（kg.m2)GD2:转动惯量（飞轮力矩）（N.m2）m：转子的机械角速度（rad/s）n：转子的机械转速（r/min） m：转子的机械转角(rad)Te：电磁转矩（N.m）TL：负载转矩（N.m）结论：控制电机的转速和转角就是控制电机的电磁转矩。五、生产机械的负载转矩特性（1）恒转矩负载特性（2）恒功率负载负载转矩与转速成反比，功率为常数。负载转矩与转速平方成正比。（3）风机、泵类负载六、运动控制系统的学习内容 直流调速第1章：单闭环直流调速自动控制系统第2章：双闭环直流调速自动控制系