电力拖动自动控制系统(直流部分)陈伯时版课件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：电能机械能电力拖动控制系统：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：多相关学科的综合运动控制电机学电力电子技术微电子技术计算机控制技术信号检测与处理技术控制理论运动控制系统及其组成控制器功率放大与变换装置电动机及负载传感器信号处理+-：知识领域控制理论：知识领域电力电子与功率变换技术：知识领域电机原理与模型知识领域：信号检测与数据处理技术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ACDC；DCAC；DCDCMOSFET、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mmLemKDTTdtdJmmdtdJmmeTLTDK——机械转动惯量（)2mkg——转子的机械角速度（rad/s)——转子的机械转角（rad)——电磁转矩)(mN——负载转矩)(mN——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LemTTdtdJmmdtd或LeTTdtdnGD3752gJGD42——转动惯量（飞轮力矩）)(2mN260mn——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0TL,nωma)0TL,nωmb)位能性恒转矩负载反抗性恒转矩负载常数LT恒功率负载特性风机、泵类负载特性0TL,nωmm常数mLLPT或nn260PTLL常数转矩与转速成反比转矩与转速的平方成正比22mLnT0TL,nωm