电机与拖动自动控制系统考试复习总结-陈伯时

直流电动机有调速方法：调节电枢供电电压U、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻R。自动控制系统的直流调速系统往往以变压调速为主。可控直流电源有两类：相控整流器、直流脉宽变换器。脉动的电流波形V-M系统主电路可能出现电流连续和断续2种情况。抑制电流脉动的措施：1、增加整流电路相数，或采用多重化技术。2、设置电感量足够大的平波电抗器。V-M机械特性：在电流连续区，特性比较硬；在电流断续区，机械特性很软，呈显著的非线性，使理想空载转速翘得很高。晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。与V-M系统相比，直流PWM调速系统的优越性：1、主电路简单，需要的电力电子器件少。2、开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小。3、低速性能好，稳速精度高，调速范围宽。4、若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。5、电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。6、直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。PWM变换器电路有多种形式，总体上可分为不可逆与可逆两大类。不可逆PWM变换器-直流电动机系统不允许电流反向，续流二极管VD的作用只是为id提供一个续流的通道。如果要实现电动机的制动，必须为其提供反向电流通道。当开关频率为10kHz时，T=01ms，可以近似看成一个一阶惯性环节。事实上PWM是具有继电特性的非线性环节。泵升电压：对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高，称作“泵升电压”。系统在制动时释放的动能将表现为电容储能的增加，要适当地选择电容的电容量，或采取其它措施，以保护电力电子开关器件不被泵升电压击穿。稳态调速性能指标：1、调速——在一定的最高转速和最低转速范围内调节转速；2、稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动；3、加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。调速系统的稳态性能指标：调速范围、静差率转速反馈控制直流调速系统的动态数学模型：一个带有储能环节的线性物理系统的动态过程可以用线性微分方程描述，微分方程的解即系统的动态过程，它包括两部分：动态响应和稳态解。在动态过程中，从施加给定输入值的时刻开始，到输出达到稳态值以前，是系统的动态响应；系统达到稳态后，可用稳态解来描述系统的稳态特性。直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想空载电压Ud0，是控制输入量。另一个是负载电流IdL，扰动输入量。1、闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。2、闭环系统的静差率要比开环系统小得多。3、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围综上：比例控制的之流体阿偶系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此，需要设置放大器和转速检测装置。比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地变化，以补偿电枢回路电阻压降的变化。比例控制的的闭环直流调速系统是一种基本的反馈控制系统，他的三个基本特征：（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统。比例控制反馈控制系统的开环放大系数值越大，系统的稳态性能越好（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动,服从给定。（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。积分控制规律和比例控制规律的根本区别：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。积分调节器到稳态时ΔUn=0，只要历史上有过ΔUn，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压。PI控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。根据系统开环传递函数中积分环节的数目划分控制系统的类型，比例控制的调速系统是0型系统，积分控制、比例积分控制的调速系统是Ⅰ型系统在系统稳定的情况下，0型系统对于阶跃给定输入稳态有差，被称作有差调速系统；Ⅰ型系统对于阶跃给定输入稳态无差，被称作无差调速系统。由扰动引起的稳态误差取决于误差点与扰动加入点之间的传递函数。比例控制的调速系统，该传递函数无积分环节，故存在扰动引起的稳态误差，称作有静差调速系统；积分控制或比例积分控制的调速系统，该传递函数具有积分环节，所以由阶跃扰动引起的稳态误差为0，称作无静差调速系统。旋转编码器可分为绝对式和增量式两种。数字测速方法的精度指标：分辨率、测速误差率采用旋转编码器的数字测速方法有三种：M法、T法、M/T法M法：记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲数来算出转速的方法，又称频率法测速。T法：测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，又被称为周期法测速在M法测速中，随着电动机的转速的降低，计数值减少，测速装置的分辨能力变差，测速误差增大。T法测速正好相反，随着电动机转速的增加，计数值减小，测速装置的分辨能力越来越差。综合这两种测速方法的特点，产生了M/T测速法。M法测速的分辨率与实际转速的大小无关。T法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q值越小，分辨能力越强。在高速段，与M法测速的分辨率完全相同。在低速段，M1＝1，M2随转速变化，分辨率与T法测速完全相同。2-10简述比例反馈控制的规律。答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统；反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度）2-13简述比例积分控制规律。答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）。第二章的转速反馈控制直流调速系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击。转速、电流反馈控制直流调速系统的组成：在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。稳态结构图和静特性：转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析：起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三种情况。双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：（1）饱和非线性控制（2）转速超调（3）准时间最优控制2．动态抗扰性能分析:双闭环系统与单闭环系统的差别在于多了一个电流反馈环和电流调节器。调速系统，最主要的抗扰性能是指抗负载扰动和抗电网电压扰动性能，闭环系统的抗扰能力与其作用点的位置有关。（1）抗负载扰动（转速环控制）（2）抗电网电压扰动（电流环控制）转速调节器的作用1、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。2、对负载变化起抗扰作用。3、其输出限幅值决定电动机允许的最大电流电流调节器的作用1、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。2、对电网电压的波动起及时抗扰的作用。3、在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。4、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。控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。控制系统的开环传递函数分母中的sr项表示该系统在s=0处有r重极点，或者说，系统含有r个积分环节，称作r型系统。为了使系统对阶跃给定无稳态误差，不能使用0型系统（r=0），至少是Ⅰ型系统（r=1）；当给定是斜坡输入时，则要求是Ⅱ型系统（r=2）才能实现稳态无差一、可以作为填空题或简答题的3-1为了实现（电流的实时控制和快速跟随），希望电流调节器（不要）进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有（转速调节器的饱和与不饱和两种情况）。3-2当两个调节器都不饱和且稳态时，它们的输入偏差电压分别为（0）。3-3当ASR输出（达到限幅值Uim*），转速外环呈（开环状态），转速变化对转速环（不会）产生影响，双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环调节系统）。稳态时，Id（=）Idm。3-4电流限幅值Idm取决于（电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度）。3-5简述采用两个PI调节器分别形成内外闭环的效果。答：双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，此时转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器为饱和输出Uim*，此时电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。3-6简述ASR的退饱和条件。答：当ASR处于饱和状态时，若实际转速大于给定转速，则反馈电压大于给定电压，使偏差电压小于零，则ASR反向积分，从而退饱和，返回线性调节状态。3-8简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。（饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制）3-9双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括（抗负载扰动；抗电网电压扰动）。双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电动机在四象限运行；（3）电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围大；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。泵升电压：由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高。环流：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。危害：一般地说，这样的环流对负载无益，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，因此应该予以抑制或消除。利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。转速反向的过渡过程分析：系统制动过程的三个阶段：(1)本组逆变阶段：从a点到b点，电动机正向电流衰减阶段，VF组工作；(2)它组整流阶段：从b点到c点，电动机反向电流建立阶段，VR组工作；(3)它组逆变阶段：从c点到d点，电动机恒值电流制动阶段，VR组工作。如果是反向起动，则从d点开始又一次地进入起动过程。第4章4-1直流PWM可逆调速系统中当电动机停止时，电枢电压瞬时值（）零，是（正负脉宽相等的交变脉冲电压），故（电流也是交变的），称为（高频微振电流），其平均值为（），不能产生（平均转矩）。4-2高频微振电流对电机有何影响？答：消除电机正反向时的静摩擦死区，起动力润滑作用。同时也增大了电机的损耗。交流拖动控制系统的应用三个方面：1、一般性能调速和节能调速。2、高性能的交流调速系统和伺服系统。3、特大容量、极高转速的交流调速。异步电机的调速系统有三类：1、转差功率消耗型调速系统。2、转差功率馈送型调速系统。3、转差功率不变型调速系统。异步电动机稳态数学模型包括异步电动机稳态等值电路和机械特性，两者既有联系，又有区别。稳态等值电路描述了在一定的转差