运动控制系统复习要点

运动控制系统复习要点第一页，共41页。2.1稳态调速性能指标调速范围D、静差率s。及与转速降落ΔnN的关系。2.1.1开环系统性能指标2.1.2转速闭环系统结构框图及控制器放大倍数计算2.1.3闭环系统性能指标

开环不满足调速要求：在开环系统的基础上加转速反馈和控制器，构成转速闭环系统，通过设计控制器放大倍数，达到所需性能指标。第二页，共41页。第三页，共41页。1、调速范围（调速）生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围，用字母D表示，即

nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速。第四页，共41页。2、静差率s（稳速）当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比：（2-29）

一个系统的静差率指标是最低转速时的静差率第五页，共41页。例题2-2某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18Ω，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降ΔnN最多能有多少？

第六页，共41页。解当电流连续时，V-M系统的额定速降为如要求D=20，s≤5%，要求ΔnN

为即转速降落最多为2.63，所以原开环系统不满足要求。7第七页，共41页。闭环系统的稳态结构框图第八页，共41页。（2-48）（2-49）（2-50）第九页，共41页。

例题2-3：在例题2-2中，龙门刨床要求D=20，s≤5%，已知Ks=30,α=0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速系统满足上述要求时，比例放大器的放大系数应该有多少？第十页，共41页。第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统

转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性

转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型

转速、电流反馈控制直流调速系统调节器的工程设计方法第十一页，共41页。1．起动过程分析1)稳态结构图和静特性第十二页，共41页。2）起动过程第十三页，共41页。第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）:在t=0时，系统突加阶跃给定信号Un*，在ASR和ACR两个PI调节器的作用下，Id很快上升，在Id上升到Idl之前，电动机转矩小于负载转矩，转速为零当Id

≥IdL

后，电机开始起动，由于Id<Idm，转速不会很快增长，ASR输入偏差电压仍较大，ASR很快进入饱和状态，而ACR一般不饱和这一过程一直到Id=Idm

，Ui=U*im

。第十四页，共41页。第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）:ASR调节器始终保持在饱和状态，转速环仍相当于开环工作。系统表现为使用PI调节器的电流闭环控制，电流调节器的给定值就是ASR调节器的饱和值U*im，基本上保持电流Id=Idm不变，第十五页，共41页。第Ⅲ阶段：转速调节阶段（t2以后）：n上升到了给定值n*，ΔUn=0。因为Id>IdL，电动机仍处于加速过程，使n超过了n*

，称之为起动过程的转速超调。转速的超调造成了ΔUn<0，ASR退出饱和状态，Ui和Id很快下降。转速仍在上升，直到t=t3时，Id=Idl

，转速才到达峰值。第十六页，共41页。3）

两个调节器的作用（1）转速调节器的作用转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化,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动机允许的最大电流。第十七页，共41页。（2）电流调节器的作用在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。第十八页，共41页。2.典型Ⅰ型系统及电流调节器的设计1）什么是典型Ⅰ型系统作为典型的I型系统，其开环传递函数选择为T—系统的惯性时间常数；K—系统的开环增益。第十九页，共41页。2）典型I型系统动态抗扰性能指标与KT参数的关系3）已知对象参数T，求K。进一步设计控制器类型和参数，调节器并不一定是PI调节器，要按对象的传递函数来确定调节器的类型，据性能指标计算参数。如控制对象为调节器就分别为积分调节器和PI调节器第二十页，共41页。4）如第二种情况，计算电流调节器按指标要求，查表3-1，取K=T=0.5ACR的比例系数为（3-50）第二十一页，共41页。第4章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统第二十二页，共41页。1、V-M可逆直流调速系统1）V-M可逆直流调速系统的主回路结构两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路第二十三页，共41页。2）V-M可逆直流调速系统中的环流问题两组晶闸管整流装置同时工作时，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。一般地说，环流对系统无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制或消除。第二十四页，共41页。3）消除环流的措施（1）配合控制的有环流可逆V-M系统在采用α=β配合控制以后，消除了直流平均环流。由于整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压ud0f>ud0r

的情况，从而仍能产生环流，这类因为瞬时的电压差而产生的环流被称为瞬时脉动环流。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器第二十五页，共41页。2．逻辑控制的无环流可逆V-M系统当可逆系统中一组晶闸管工作时，不论是整流工作还是逆变工作，用逻辑关系控制使另一组处于完全封锁状态，彻底断开环流的通路，确保两组晶闸管不同时工作。第二十六页，共41页。1）V-M系统制动过程的三个阶段：

(1)本组逆变阶段、它组整流阶段、它组逆变阶段第二十七页，共41页。

发出停车指令后，进入电动机制动过程中的正向电流衰减阶段：

本组VF组由整流状态很快变成βf=βmin的逆变状态；它组VR组由待逆变状态转变成待整流状态。电动机反电动势E极性未变，迫使Id迅速下降。

大部分能量通过本组回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。第二十八页，共41页。（2）它组整流阶段（Ⅱ）

当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，转到它组VR工作，开始通过它组制动；在它组整流电压Udor和反电动势E的同极性的情况下，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，称作“它组反接制动阶段”。第二十九页，共41页。3．它组逆变阶段（Ⅲ）ACR调节器退饱和的唯一途径是反向电流Idm的超调；ACR的控制目标是维持Id=Idm。由于ACR是Ⅰ型系统，所以系统做不到无静差，而是接近于-Idm。电动机在恒减速条件下回馈制动，把属于机械能的动能转换成电能，其中大部分通过VR逆变回馈电网，称作“它组逆变阶段”或“它组回馈制动阶段”。第三十页，共41页。第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统第三十一页，共41页。1、电压空间矢量1）空间矢量的定义:交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。2)三相逆变器电压空间矢量6个扇区3）理解电压空间矢量表的推导第三十二页，共41页。2、异步电动机变压变频调速1）基频以下变压变频调速基本原理当异步电动机在基频(额定频率)以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电机。最好是保持每极磁通量为额定值不变。第三十三页，共41页。2）基频以下电压补偿控制方式及其机械特性恒定子磁通控制、恒气隙磁通控制、恒转子磁通控制a)恒压频比控制b)恒定子磁通控制c)恒气隙磁通控制d)恒转子磁通控制第三十四页，共41页。3）比较恒压频比控制最容易实现，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，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。第三十五页，共41页。第6章基于动态模型的异步电动机调速系统第三十六页，共41页。三相异步电动机坐标变换三相