电力拖动自控系统课程教学(自学)基本要求

中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求1《电力拖动自控系统》课程教学（自学）基本要求适用层次本科适应专业电气工程及其自动化使用学期2008秋自学学时128面授学时32实验学时6使用教材教材名称电力拖动自动控制系统(第二版)编者陈伯时出版社机械工业出版社参考教材课程简介电力拖动自动控制系统是电气工程及其自动化专业的必修课。电力拖动自动控制系统课程的内容包括闭环控制的直流调速系统、多环控制的直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统和位置随动系统。使学生掌握经典直流调速系统的基本概念、基本原理和基本规律；使学生了解电力拖动自动控制系统的基本形式及其控制规律；了解经典直流调速系统的基本体系；使学生能应用已有的数学知识对电力拖动自动控制系统进行定量计算和定性分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；电力拖动自动控制系统是培养一名高素质的电气工程及其自动化专业技术人员的必修课程。学习建议学习本门课程应注意理论学习与实验相结合，注意在实验过程中以及生产实际中体会理论知识的应用，注意培养自己初步的系统设计能力、定量计算与定性分析以及估算能力、联系工程实际能力等；学生必须具有一定的专业基础知识，建议在学完高等数学、电工学、电子技术、电力电子技术、电机学、自动控制原理等课程后开始开课。各章节主要学习内容及要求第一章闭环控制的直流调速系统学时要求主要内容一、核心知识点1、直流调速的方法2、旋转变流机组3、静止可控整流器4、直流斩波器和脉宽调制变换器5、触发脉冲相位控制6、电流的连续与断续7、机械特性8、调速要求和稳态性能指标9、闭环系统的组成和静特性10、反馈控制规律11、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型12、稳定条件13、PI调节器设计14、积分调节器和积分控制规律15、比例积分控制规律16、电压补偿的原理二、教学基本要求【了解】1、直流调速的方法、可控直流电源的分类和优缺点。2、晶闸管-电动机调速系统的特殊问题，理解电流与机械特性的关系；3、掌握基本性能指标，了解要求与性能指标间的关系，掌握反馈控制规律，了解系统主要构成与稳态参数计算的基本方法。4、积分控制规律和使用方法。5、反馈控制的基本原理和示例分析。【掌握】1、直流斩波器和脉宽调制变换器的工作原理，和输出电压的定性计算。中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求22、电流对电机机械特性的影响原因及解决方法。3、掌握稳态参数的计算，掌握闭环和开环控制的异同点。4、掌握反馈控制规律5、动态数学模型5、电压负反馈调速系统的工作原理【重点掌握】1、稳态参数的计算。2、闭环调速系统的组成及其静特性。3、动态校正—PI调节器的设计4、比例积分调节规律。三、思考与练习【思考】【练习】见习题附录备注第二章多环控制的直流调速系统学时要求主要内容一、核心知识点1、单闭环调速系统存在的问题及解决方法2、双闭环调速系统的构成及静特性3、系统稳态结构图、动态结构图4、双闭环调速系统的动态数学模型5、起动过程，恒电流起动6、调节器的设计7、调节器的作用8、典型系统9、动态性能指标10、典型系统的动态性能指标11、非典型系统典型化12、电流调节器的设计13、转速调节器的设计14、转速超调的抑制。二、教学基本要求【了解】1、单闭环调速系统存在的问题及解决方法，引入反馈控制，明确解决方法。2、双闭环调速系统的构成及静特性；明确系统的结构图，原理图，了解系统的构成。3、系统个变量稳态工作点和稳态参数计算。4、动态数学模型及系统的起动过程分析，掌握系统起动的工程，了解其特点。5、工程设计的基本方法、典型系统的动态性能指标【掌握】1、掌握双闭换控制的原理图和系统的稳态特性的定性分析方法。。2、双闭环控制系统的起动特点。3、典型系统及其动态性能指标、系统的简化思路。4、工程方法设计系统的过程即参考步骤。5、转速微分负反馈的原理【重点掌握】1、单闭环控制系统和双闭环控制系统的性能比较2、双闭环控制系统中两个调节器的作用3、动态性能指标的定义及其表示。4、典型系统参数与动态性能指标的关系。5、非典型系统的典型化三、思考与练习【思考】【练习】见习题附录备注第三章可逆调速系统学时要求中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求3主要内容一、核心知识点1、可逆调速系统的组成2、电枢反接可逆线路3、励磁反接可逆线路4、晶闸管的整流和逆变状态5、发电回馈制动6、环流及其分类7、直流平均环流8、直流平均环流的配合控制9、瞬时脉动环流及其抑制10、有环流调速系统11、逻辑控制无环流可逆调速系统。二、教学基本要求【了解】1、可逆调速系统的组成，及其工作场合，目前的现状2、可逆线路的存在形式3、晶闸管的整流和逆变状态4、电动机的发电回馈制动及其在V-M系统中的实现。5、环流概念及其抑制【掌握】1、直流平均环流的定义，和存在机理2、电动机的发电回馈制动及其在V-M系统中的实现。3、瞬时脉动环流及其抑制4、逻辑控制无环流可逆调速系统的组成及其工作原理【重点掌握】1、发电回馈制动的原理2、直流平均环流的配合控制的实现方法3、有环流调速系统的制动过程分析三、思考与练习【思考】【练习】见习题附录备注第四章直流脉宽调速系统学时要求主要内容一、核心知识点1、脉宽调制变换器2、开环机械特性3、双极式PWM变换器4、单极式PWM变换器5、受限单极式PWM变换器6、脉宽调制器电流脉动与转速脉动7、泵升电压二、教学基本要求【了解】1、脉宽调制变换的优缺点。2、不可逆PWM变换器和可逆PWM变换器的特点及其分类3、开环机械特性的定义方法。【掌握】1、脉宽调制变换器的概念2、可逆PWM变换器的特点分类等。3、脉宽调速系统的控制线路的构成和工作原理【重点掌握】1、双极式PWM变换器的构成，工作过程分析及其优点的表述等。2、晶体管脉宽调速系统的特殊问题中的泵升电压问题。三、思考与练习【思考】【练习】见习题附录备注第五章位置随动系统学时要求主要内容一、核心知识点中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求41、位置随动系统的概念2、位置随动系统的组成及其工作原理3、位置随动系统与调速系统的性能比较4、位置随动系统的分类5、位置信号的检测方法6、光电编码盘及其工作原理。7、系统稳态误差分析二、教学基本要求【了解】1、位置随动系统的概念及其应用范围。2、位置随动系统的分类。3、位置信号的检测方法，掌握常用的检测方法的基本原理。【掌握】1、位置随动系统的组成及其工作原理。2、光电编码盘及其工作原理。【重点掌握】1、位置随动系统与调速系统的性能比较，同时考虑两者在设计方面的异同点。2、自整角机位置随动系统的构成。三、思考与练习【思考】【练习】见习题附录备注第一章闭环控制的直流调速系统内容摘要：1．直流电动机调压可获得恒转矩调速。直流电动机调励磁可获得恒功率调速，用不同调速方法的直流调速系统有不同的调速特性。生产机械有不同的负载转矩特性，采用可调速传动装置时需考虑使装置的调速特性与负载的要求相匹配，以获得良好的技术经济效果。2．供变压调速使用的可控直流电源有：旋转变流机组、静止可控整流器与直流斩波器。采用旋转变流机组的G－M系统使用最早。采用静止可控整流器的V一M系统已成为目前直流调速系统的主要形式。直流斩波器也是一种静止变换器，它不同于通过相位控制调压的可调整流器，它是通过主开关元件的通断时间比例来调压的，故而带来一系列优点。3．V－M系统的几个特殊问题可归结为：整流电压的相位控制、整流电流的平波与波形的连续、调速机械特性及其分区。对于一般全控整流电路，电流连续时理想空载电压0dU与触发脉冲相位α的关系为cossin0mUmUmd一般从保证轻载时电流连续角度选择平波电抗器，对三相整流电路有mHIULdmin2693.0式中，Idmin取电动机额定电流的5%－10%，单位是A，U2的单位是V，L的单位是mH。V－M系中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求5统的完整调速机械特性包含整流状态与逆变状态、连续区与断续区。4．调速范围与转差率是调速系统的两个相互关联的稳态性能指标。闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳态性能指标得到改善。加转速负反馈和比例调节器的系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。在该系统中，被反馈环所包围的加于控制系统前向通道上的各种扰动对转速的影响，都受到反馈控制的抑制。但反馈控制无力克服给定电阻和检测反馈元件的误差。调速范围、静差率和转速落差之间的关系：s)-(1nsnDnomnom＝由于开环调速系统的额定速降△nnom较大，不能满足具有一定静差率的调速范围的要求，此引入转速负反馈组成闭环的反馈控制系统。闭环调速系统的静特性有下列性质：(1)闭环系统的静态速降减小为开环系统速降的1/(1+K)，其中K是闭环系统的开环放大系数。(2)闭环系统的静差率只有开环系统静差率的l/(1+K)。(3)在同样的最高满载转速和低速静差率的条件下，闭环系统的调速范围可以扩大到开环调速范围的(1+K)倍。(比例)反馈控制规律：(1)依靠反馈量和给定量之差进行控制，属于有静差的控制系统。(2)具有良好的抗扰性能，对于被负反馈环包围的在前向通道上的一切扰动作用都具有抵抗能力，都能减小被调量受扰后产生的偏差；但对于给定作用的变化则是尽快跟随的。一方面抵抗一切扰动作用的影响，一方面尽快跟随给定作用的变化，这就是闭环反馈控制系统的双重特征。(3)无力克服给定电压和反馈检测元件的误差，因此高精度的反馈控制系统必须有高精度的检测元件和给定稳压电源作为保证。5．在作闭环调速系统的稳态参数计算时，可根据稳态性能指标、电动机及其它控制部件已知参数来计算反馈检测元件与放大器的参数，这首先需要找出系统的输入－输出关系，然后可以根据描述各环节输入－输出关系和算式来推导，也可以根据结构图通过运算求出。有两种分析闭环调速系统静特性的方法：(1)根据各环节的输入输出关系求系统的静特性方程式。(2)利用结构图运算法，按各输入信号(包括给定信号和扰动信号)分别作用下的输入输出关系叠加得到系统的静特性。中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求6根据闭环调速系统的稳态性能指标和电动机及各控制部件的已知参数，计算并选择所需反馈检测元件和放大器，叫做稳态参数计算。6．在具有转速负反馈和比例调节器的直流调速系统中，可以用电流截止负反馈来抑制突加给定电压时的电流冲击，以保证系统有较大的比例系数来满足稳态性能指标要求。7．在具有转速负反馈和PI调节器的直流调节系统中，比例与积分综合控制的结果，使系统响应迅速且无静差。它的动态校正可采用经典的频率法。先推导原始系统的动态数学模型，画出开环对数频率特性，再按要求的动态性能指标选定校正后的典型开环频率特性，然后据此计算PI调节器的参数。直流电动机本身是一个带有电动势（或转速）负反馈的闭环系统。在理想空载的情况下，它的传递函数可写成1sTsTT1/C(s)Un(s)m2lmed0晶闸管与整流装置放在一起的传递函数为sT-sctd0seK(s)U(s)U当系统的截止频率满足sc1/3T的条件时，可近似看成1sTK(s)U(s)Ussctd0因此，具有比例放大器的闭环调速系统可以看作是一个三阶线性系统，系统的开环传递函数为1)sTsT1)(Ts(TKW(s)m2lms式中，esp/CKKK＝这个系统的稳定条件是sl2sslmTTT)T(TTK＜满足给定稳态精度要求（调速范围和静差率）的闭环调速系统经常不稳定，因此还需动态校正环节。经常使用的校正环节是PI调节器――串联滞后校正。校正环节的设计方法很多，而且是很灵活的。伯德图――开环对数幅频和相频特性是在设计中最常用使用的工具，因为它绘制方便，而且可以提供许多有关系统性能的信息，例如：中频段有中国石油大学（华东）现代远程教育课程教学（自学）基本要求7足够宽的－20db/dec斜率段，表示稳定性好；截止频率高，表示快速性好；低频特性陡，增益高，表示稳态精度好；高频衰减快，说明抗干扰能力强。根