1、学科领域 运动控制 直流拖动控制系统 绪论运动控制概述 电力拖动控制系统 控制电动机的电压 电流或频率 使生产机械完成相应的机械动作 现代运动控制技术 多相关学科的综合 电机学 控制理论 运动控制系统及其组成 电动机 直流电动机 交流电动机 交流异步电动机 感应 交流同步电动机 工作原理 按用途分 调速拖动 伺服驱动 功率放大与变换装置 电机型 电磁型 电力电子型 晶闸管 SCR 第一代 半控型 MOSFET IGBT GTO 第二代 全控型 DCAC DCDC 开关频率高 复合功率模块 第三代 将驱动 保护 电子开关集成 控制器 模拟控制器 以模拟运算放大器为核心组成 物理概念清晰 信号流向
2、直观 反应速度快 线路复杂 通用性差 易受温度等因素影响 数字控制器 以微处理器为核心组成 硬件电路标准化程度高 成本低 无温度漂移等问题 控制规律改变灵活 信息可存储 可通信 可故障诊断 因串行工作方式 滞后时间明显大于模拟控制器 信号检测与处理 运动控制检测的物理量 电压 电流 转速及位置等 传感器 完成强电与弱电的联结 要求有足够的精度 模拟量 电压与电流传感器 测速发电机 数字量 旋转编码器输出是离散量 信号转换 电压匹配 极性转换 脉冲整形 模数转换 信号滤波 模拟滤波 数字滤波 运动控制控制系统的历史与发展 19世纪中叶 交 直流电力拖动先后诞生 20世纪前半叶 80 电力拖动为非
3、调速交流电机 20 有调速要求电力拖动采用直流电机 20世纪后半叶 交流调速依托相关技术迅猛发展 与直流调速有力竞争 进入21世纪 交流调速逐步取代直流调速 直流电动机 结构复杂 电枢电流与励磁电流解耦 转矩控制方便 数学模型简单 设计方法成熟 交流电动机 结构简单 具有非线性多变量强耦合性质 动态数学模型比直流电动机复杂得多 早期基于稳态数学模型控制 动态性能无法与直流调速系统相比 随着 磁场定向 坐标变换 理论 电力电子技术 微机技术的发展 高性能的交流调速系统迅速推广 运动控制系统的转矩控制规律 基本运动方程式 机械转动惯量 转子的机械角速度 rad s 转子的机械转角 rad 电磁转矩 负载转矩 阻转矩阻尼系数 扭转弹性转矩系数 忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩 或 转动惯量 飞轮力矩 转子的机械转速 r min 运动控制任务 控制转速和转角 转矩控制是运动控制的核心问题 保持磁通 磁链 尽可能大是有效控制电磁转矩的重要手段 磁链控制与转矩控制同样重要 生产机械的负载转矩特性 几种典型负载 恒转矩负载 转矩与转速无关 位能性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载 恒功率负载特性 风机 泵类负载特性 或 转矩与转速成反比 转矩与转速的平方成正比
