上海大学运动控制2复习ppt.

1、交流拖动控制系统的发展与应用领域性能一般调速系统:转速开环变压变频调速系统高动态性能调速系统:矢量控制系统和直接转矩控制系统2、异步电动机调速系统按转差功率处理方式的分类转差功率消耗型调速系统转差功率馈送型调速系统转差功率不变型调速系统（变压变频调速系统（包括开环VVVF,矢量控制和直接转矩控制系统））第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统异步电动机调压调速时的机械特性、调速范围、转差功率变化。从定子相感应电动势和气隙磁通关系入手理解变压变频调速的基本原理。掌握异步电动机变压变频调速时的机械特性和特点，转差功率变化。（三种不同电压补偿控制方式下的机械特性）异步电动机调压调速的机械特性（临界转差率，临界转矩，转差功率变化，负载性质不同时的调速范围）图5-5异步电动机调压调速的机械特性交流电机旋转磁场同步转速随定子电压频率而变化ppnnfn26060111异步电动机转速为：nnsnnsnn1111)1(注：稳态转速降落与负载有关。n从异步电动机感应电势与气隙磁通关系入手分析理解变压变频调速的基本原理（电压、电流、磁通、转矩等变化规律）。14.44ΦSmNgsENkf恒压频比控制异步电动机绕组中的电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏磁感抗压降，认为，则得常值1fUs这就是恒压频比的控制方式。gsEUUs1RsLlsLlr′LmRr′/sIsI0I’r低频时，补偿定子电阻和漏磁感抗压降absUsNUNf11f0恒压频比控制特性b带补偿，a无补偿OUsf1恒压频比控制特性带压降补偿的恒压频比控制特性UsNf1Na—无补偿b—带定子压降补偿sUsNUNf11fsUmmNm恒转矩调速恒功率调速0异步电动机变压变频调速的控制特性掌握异步电动机变压变频调速时的机械特性和特点（转差功率不变型）。临界转矩，临界转差率，机械硬度变化eTnNn1011n13n12n15n14n固有特性低频补偿后特性基频以上基频以下基频以下电压补偿控制时的机械特性。（恒转子磁通控制时机械特性为一条直线）eTns1n100abcda）恒控制b）恒定子磁通控制c）恒气隙磁通控制d）恒转子磁通控制交流PWM变频技术异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器，一般称为变频器。变频器的构成常用交直交PWM变频器的主回路结构及其特点。SPWM技术及原理。电流跟踪PWM(CFPWM)控制技术原理及其特点。SVPWM控制技术：空间矢量的定义、电压和磁链空间矢量关系、PWM逆变器基本输出电压矢量、期望空间电压矢量合成方法SVPWM的实现和SVPWM控制技术特点。交直交PWM变频器的主回路结构及其特点~2dU2dUACB'OOM~++SPWM技术及原理。以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波（Modulationwave），以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrierwave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。图6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud电流跟踪PWM(CFPWM)控制技术原理及其特点-12dU2dU*AiAih2A1VD4VD1VT4VTHBC磁链轨迹跟踪控制（SVPWM控制技术）：基本概念、空间矢量的定义、电压和磁链空间矢量关系、PWM逆变器基本输出电压矢量、正六边形旋转磁场、零矢量的作用、期望空间电压矢量合成方法、基波线电压最大幅值。空间矢量的定义(按照新版教材定义)：2232323AOjBOjCOuueueAOBOCOsAOBOCOuuuuuuu)(0jeA)(jeB)(2jeCAOuBOuCOusuBOuCOuO当定子相电压为三相平衡正弦电压时，合成电压矢量以电源角频率为电气角速度作恒速旋转的空间矢量，它的幅值不变，是相电压幅值的3/2倍，当某一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在该相的轴线上。11211124cos()cos()cos(2223332)333jjmmmjsjtmtUtUteUeUuetesAOBOCOuuuu电压与磁链空间矢量的关系当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为dtdssψu定子磁链矢量增量当电动机由三相平衡正弦电压供电时，定子磁链旋转矢量1()21jtsesu)(1tjsesψ1sψ2sψ3sψ1su2su3su14sψ4suOPWM逆变器基本输出电压矢量，六边形旋转磁场的形成1u2u3u70,uu6u5u4uO图5-26正六边形定子磁链轨迹在一个周期内，6个有效工作矢量顺序作用一次，定子磁链矢量是一个封闭的正六边形。（在直流母线电压一定时，变频调速时插入零矢量可保持定子磁链最大值不变）期望空间电压矢量合成方法011/3/3NTNNww指一个扇区分成了份，为输出基波电压角频率s012sin()3duTtU1u2usu202Ttu101TtuθOs022usindTtU基波线电压最大幅值maxmax3lmmdUUUSVPWM的实现和特点通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使PWM输出波型对称，以减少谐波分量。有零矢量集中和零矢量分散两种方法。零矢量集中的SVPWM实现0T0t10011011111010021t21t22t22t2u1u1u2u7uAuBuCu0T0t10011000011010021t21t22t22t2u1u1u2u0uAuBuCu)(a)(b零矢量分布的SVPWM实现0T20t10011011111010021t21t22t22t2u1u1u2u7uAuBuCu0u0u00000040t40tSVPWM控制方法的特点用相邻的2个有效工作矢量，可合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近圆，但功率器件的开关频率提高。利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压可提高15%。5.5转速开环变压变频调速系统转速开环恒压频比控制调速系统组成原理，开环系统存在的问题（有静差调速系统）。5.6转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转差频率控制的基本思想？如何保持气隙磁通恒定？转差频率控制系统结构、启动过程和加载过程分析？最大转差频率的确定转差频率控制的基本思想：在保持气隙磁通不变的前提下，在临界转差频率范围内异步电动机的电磁转矩近似与转差频率成正比，因而可通过转差角频率来控制转矩。eTsemTsm0如何保持气隙磁通恒定？对定子电流补偿控制，以抵消定子电阻和漏抗的压降。常仅采用幅值补偿。在不同的定子电流时，按照函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。sNUsU1增大sI1gC1(,)ssUfI转差频率控制系统结构，启动过程和加载过程分析，确定最大转差频率转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图M~*sU),(*1*ssIfUPWM控制~*1*ASR*1与变换电流检测*sFBS启动过程（转矩上升、恒转矩加速、转速调节）突加给定=》ASR输出增加，转矩上升，电流上升=》ASR很快饱和，输出为限幅值（假定转速调节器ASR的比例系数足够大，）给定定子频率,起动转矩等于系统最大的允许输出转矩，系统恒转矩升速，定子电流维持启动电流不变。随着转速的增加，定子频率增加，定子电压按照电压频率变化关系增加。转速略有超调，ASR退饱和，转速调节达到稳态，稳态时转差频率与负载有关。max*1s加载过程负载转矩增大=〉转速下降=〉在外环作用下，给定转差频率上升，电磁转矩增大=〉转速回升，到达稳态时，转速仍等于给定值，电磁转矩等于负载转矩。最大转差频率：与起动转矩和允许电流有关第六章基于动态模型的异步电动机调速系统异步电动机动态数学模型的性质。（多变量、非线性、强耦合）坐标变换的基本思路，变换的原则――在不同坐标下所产生的磁动势完全一致；变换的前提――变换前后总功率不变。经过坐标变换之后，异步电动机的数学模型有了什么样的变化。经过3/2变换，减少变量维数，简化定子与转子自感矩阵。经过旋转变换，简化电感矩阵。但电压方程中旋转电势非线性耦合严重。三相对称正弦电流经过3/2变换后，在两相静止坐标系的电流？两相电流的基本特征与三相电流关系？在两相同步旋转坐标系下的电流？分析基本特征。（作业6.16.2）异步电动机按转子磁链定向的矢量控制1.异步电动机矢量控制的基本思想。通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。3/2变换旋转变换VRCisismistisiBiAir等效直流电动机模型电流跟随控制逆旋转变换VR-12/3变换*Ai*Bi*Ci*si*si*smi*sti控制器*r*2.按转子磁链定向的作用，经过坐标变换和按转子磁链定向得到的等效直流电动机模型。3/2变换旋转变换（VR）Cisismisti1pTLrmrmpLLnJpnpsiBiAir等效直流电动机模型eTLT3.矢量控制系统的分类、典型的系统结构和主要环节的作用。根据转子磁链是否闭环，矢量控制系统分为直接定向和间接定向两种。BiAirSVPWM控制逆旋转变换VR-13/2变换*smu*su*smi*sti*rM~ASRFBSRA转子磁链计算ACTRACMR*su*stu旋转变换VRsisismistisisi*定子电流励磁分量和转矩分量分别控制的直接定向型矢量控制系统磁链开环转差型矢量控制系统-间接定向BiAiSVPWM控制逆旋转变换VR-13/2变换*smu*su*smi*sti**rM~ASRFBSACTRACMR*su*stu旋转变换VRsisismisti*s*eTmprLnLmrLpT1rmTLp1*14.两种常用的矢量控制系统的转矩控制方式。（转矩闭环，在转速调节器的输出增加除法环节）5.两种实用的转子磁链计算模型和特点。1pTLrmrmTLp1rcossinsistissincossmisiBiAi3/2变换旋转变换VR1在按转子磁链定向两相旋转坐标系上计算转子磁链的电流模型sRmrLLsLrr22rrrsincossup1sisRmrLLsLsup1siss计算转子磁链的电压模型异步电动机按定子磁链定向的直接转矩控制1.直接转矩控制的基本思想。逆变器异步电动机2.如何分析定子电压矢量对定子磁链和电磁转矩的控制作用。（需结合电机工作状态）按定子磁链定向将定子电压分解为两个分量，控制定子磁链幅值的变化率，控制定子磁链矢量旋转角速度，通过转差频率控制转矩。sdusqu2sψ为零矢量70,uud1sψ4u1u3u2u6u5u4u1u3u2u6u5uO定子磁链与电压空间矢量图定子电压矢量的控制作用分析忽略定子电阻压降，当所施加的为“+”时，定子磁链幅值加大，为“0”时，定子磁链幅值维持不变，为“-”时，定子磁链幅值减小。当为“+”时，定子磁链矢量正向旋转，转差频率增大，电流转矩分量和电磁转矩加大，为“0”时，定子磁链矢量停在原地，转差频率为负，电流转矩分量和电磁转矩减小，当为“-”时，定子磁链矢量反向旋转，电磁转矩减小。持续一段时间电磁转矩将反向成为制动转矩。sdusqu电压空