自動(dòng)控制總結(jié)

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用及其發(fā)展過(guò)程運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用及其發(fā)展過(guò)程 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平 滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中 得到了廣泛的應(yīng)用。得到了廣泛的應(yīng)用。 由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí) 踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖 動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 交流交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，但調(diào)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，但調(diào) 速相對(duì)直流來(lái)說(shuō)復(fù)雜。速相對(duì)直流

2、來(lái)說(shuō)復(fù)雜。 二十世紀(jì)八十年代以前，晶閘管發(fā)展促使直流調(diào)速的發(fā)展，二十世紀(jì)八十年代以前，晶閘管發(fā)展促使直流調(diào)速的發(fā)展， 相位控制、相位控制、PWM控制?？刂?。 格局：格局：80%的不變速系統(tǒng)都采用交的不變速系統(tǒng)都采用交 流傳動(dòng)，流傳動(dòng)，20%調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速。 二十世紀(jì)后期，隨著全控型器件的出現(xiàn)、微機(jī)控制技術(shù)以二十世紀(jì)后期，隨著全控型器件的出現(xiàn)、微機(jī)控制技術(shù)以 及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展促使交流調(diào)速興起，直流調(diào)速及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展促使交流調(diào)速興起，直流調(diào)速20%, 交流調(diào)速交流調(diào)速80%。交流交流調(diào)速用于一般性能的節(jié)能調(diào)速、高性調(diào)速用于一般性能的節(jié)能調(diào)速、高性 能的

3、交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交 流調(diào)速。流調(diào)速。 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 nn K IRU n 0 e 直流調(diào)速直流調(diào)速 （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵(lì)磁磁通）減弱勵(lì)磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻 R。 改變電阻只能有級(jí)調(diào)速改變電阻只能有級(jí)調(diào)速； 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以 調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。 減弱磁通減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往雖然能夠

4、平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往 只是配合調(diào)壓方案，只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小 范圍的弱磁升速范圍的弱磁升速。 （1）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持勵(lì)磁保持勵(lì)磁 = = N N ； ； 保持電阻保持電阻 R = RR = Ra a o 調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)過(guò)程： 改變電壓改變電壓 U UN N U U U U n n 。 o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特 性曲線平行下移性曲線平行下移。 基速以下調(diào)速基速以下調(diào)速 n n0 OIIL UN U 1 U 2 U 3 nN n1 n2 n3 調(diào)壓調(diào)速特性曲線

5、 nn K IRU n 0 e （2）調(diào)磁調(diào)速）調(diào)磁調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持電壓保持電壓 U =UU =UN N ； 保持電阻保持電阻 R = R R = R a a ； ； o 調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)過(guò)程： 減小勵(lì)磁減小勵(lì)磁 N ， n ， n0 o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲 線變軟。線變軟。 基速以上調(diào)速基速以上調(diào)速 n n0 O TeTL N 1 2 3 nN n1 n2 n3 調(diào)磁調(diào)速特性曲線 nn K IRU n 0 e （3）調(diào)阻調(diào)速）調(diào)阻調(diào)速 o 工作條件：工作條件： 保持勵(lì)磁保持勵(lì)磁 = = N N ； 保持電壓保持電壓 U =UU =

6、UN N ； ； o 調(diào)節(jié)過(guò)程：調(diào)節(jié)過(guò)程： 增加電阻增加電阻 Ra Rn ， n0不變；不變； o 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲 線變軟。線變軟。 n n0 OIIL R a R 1 R 2 R 3 nN n1 n2 n3 調(diào)阻調(diào)速特性曲線 nn K IRU n 0 e 1.1 V-M調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 1.2 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 1.3 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 1.4 比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 第第1章章 直流單閉

7、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 2.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 2.3 直流電動(dòng)機(jī)的雙域控制直流電動(dòng)機(jī)的雙域控制 第第2章章 多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 3.1 V-M系統(tǒng)的可逆線路和工作狀態(tài)系統(tǒng)的可逆線路和工作狀態(tài) 3.2 有環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流及其控制方法有環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流及其控制方法 3.3 電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)電樞可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng) 3.4 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 3.5 直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng) 第第3章章 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)直流可

8、逆調(diào)速系統(tǒng) 交流調(diào)速的分類交流調(diào)速的分類 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n n 表示為表示為 調(diào)定子電壓調(diào)定子電壓 調(diào)轉(zhuǎn)子電壓調(diào)轉(zhuǎn)子電壓 串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)速 交流調(diào)速交流調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變極調(diào)速變極調(diào)速 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率消耗消耗型型 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率回饋回饋型型 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率不變不變型型 Pm Ps P2 效率最高效率最高 )1 ( 60 1 s n f n p 變頻調(diào)速是交流調(diào)速中效率最高，靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性最為優(yōu)變頻調(diào)速是交流調(diào)速中效率最高，靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性最為優(yōu) 良，目前應(yīng)用最廣的一種交流調(diào)速方法。良，目前應(yīng)用最廣的一種交流調(diào)速方法。 6.1 概述概述

9、6.2 SPWM變頻器變頻器 6.3 電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式及其機(jī)械特性電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式及其機(jī)械特性 6.4 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.5 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng) 第第 6 章章 交流異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)交流異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 6.3.3 電壓電壓-頻率協(xié)調(diào)控制下的機(jī)械特性頻率協(xié)調(diào)控制下的機(jī)械特性 恒恒Eg / 1 控制控制 l2 2 1 g pmaxM 1 2 3 L E nT S S 較小較小 常值 1 2 60 s n n p 2 1 2 1 g pM E 3 R s nT 恒恒

10、 Eg / 1 控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性 2 l2 2 1 22 2 21 2 1 g pM 3 LsR Rs E nT 機(jī)械特性近似為一條直線機(jī)械特性近似為一條直線 7.1 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速 7.1.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性 7.1.2 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路 7.1.3 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 7.1.4 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 7.1.5 調(diào)壓控制的應(yīng)用調(diào)壓控制的應(yīng)用

11、 異步電動(dòng)機(jī)等效電路及調(diào)壓原理異步電動(dòng)機(jī)等效電路及調(diào)壓原理 U1 1 R1Ll1 Ll2 LmR2 /s I1 I0 I2 Lm 7.1.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性 2 2 1 2 21 2 1 1 21 ll LL s R R U II 2 pp122 m2 M2 2 211 2 2 111l1l2 3n3n U R /s PR TI s R RLL s 當(dāng)定子頻率、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子當(dāng)定子頻率、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子 電壓的平方成正比。電壓的平方成正比。 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 7.1.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)

12、的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性 帶帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，工作時(shí)， 普通籠型異步電機(jī)變電普通籠型異步電機(jī)變電 壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)為壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)為A、 B、C，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率s 的變化的變化 范圍不超過(guò)范圍不超過(guò) 0 sm ，調(diào)調(diào) 速范圍有限速范圍有限。 如果帶風(fēng)機(jī)、水泵類如果帶風(fēng)機(jī)、水泵類 負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為 D、E、F，調(diào)速范圍可調(diào)速范圍可 以大一些以大一些。 n0 Temax sm TL U1N 0.7U1N A B C F D E 0.5U1N 風(fēng)機(jī)類負(fù)載特風(fēng)機(jī)類負(fù)載特 性性 TLn2 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的

13、機(jī)械特性不同電壓下的機(jī)械特性 Te O n 交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性 Te O n n0 U1N 0.7U1N A B C TL 0.5U1N 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)（交流力矩電動(dòng)機(jī)）高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)（交流力矩電動(dòng)機(jī)） 在不同電壓下的機(jī)械特性在不同電壓下的機(jī)械特性 7.1.1 異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性 為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下 擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī)擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī) 能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不 致過(guò)熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子致過(guò)熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子 有較高的電阻值，這樣的有較高的電阻值

14、，這樣的 電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特 性繪于左圖。性繪于左圖。 顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí) 的調(diào)壓調(diào)速范圍增大了，的調(diào)壓調(diào)速范圍增大了， 堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)， 這種電機(jī)又稱作交流力矩這種電機(jī)又稱作交流力矩 電機(jī)。電機(jī)。 7.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 7.2.1 引言引言 7.2.2 串級(jí)調(diào)速工作原理串級(jí)調(diào)速工作原理 7.2.3 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 7.2.4 雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 串級(jí)調(diào)速電氣系統(tǒng)組成串級(jí)調(diào)速電氣系統(tǒng)組成 7.2.2 串級(jí)調(diào)速工作原理串級(jí)調(diào)速工作原理 UR 三相不可控三相不可控 整流裝置，將異步整流裝置，將異步 電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì) sEr0 整流為直流電整流為直流電 壓壓 Ud 。 UI 三相可控整流裝置，工作在三相可控整流裝置，工