电力拖动与自动控制系统(直流部分)陈伯时版课件1 .ppt

直流拖动控制系统 绪论 运动控制概述 * 学科领域：运动控制 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 AC DC；DC AC；DC DC MOSFET、IGBT、GTO：第二代，全控型 DC AC；DC DC ，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 ——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 *