重慶大學運動控制復習主要知識點

1、第二章1.直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源（1）相控整流器（AC-DC） 晶閘管整流器 -電動機系統(tǒng)（ V-M 系統(tǒng)） 原理：調節(jié)控制電壓 ，改變觸發(fā)脈沖相位，改變整流器輸出瞬時電壓，平均電壓 隨之改變存在問題： 1）輕載時，深度調速時可能產生電流斷續(xù)，導致特性嚴重非線性進而影響調速品質 2）晶閘管單向導電， 導致電動機可逆運行困難 3）基于門極移相觸發(fā)控制， 低速運行時功率因數(shù)變差， 產生較多諧波， 引起電網(wǎng)電壓畸變解決方法：（ 1.1）增加整流電路相數(shù)，或采用多重化技術；（ 1.2）設置電感量足夠大的平波電抗器；整流裝置模型：一階慣性環(huán)節(jié)（ 2） PWM 變換器（ DC-DC）直流脈寬調速系統(tǒng)

2、 原理：用脈沖寬度調制的方法， 把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電動機轉速帶制動不可逆 PWM 變換器調速： P18圖（ a），分為 4 個階段：正向電動：（條件使）（ 1）， VT1 導通，電流流向 1（ 2）， VT1 關斷，電流 VD2 續(xù)流，電流流向2正向制動：（條件使）（ 3）， VT2 關斷， VD1 續(xù)流，電流流向 4電源回饋制動 （ 4）， VT2 導通，電流流向 3能耗制動 特：輕載電動狀態(tài)（電流小，關斷后未到周期T 已衰減到 0，提前導通，電流方向發(fā)生變化）（ 1） VD1 續(xù)流，電流 id 沿回路 4 流通

3、；（ 2） VT1 導通，電流 id 沿回路 1 流通；（ 3） VD2 續(xù)流，電流 id 沿回路 2 流通；（ 4） VT2 導通，電流 id 沿回路 3 流通。2.性能指標及機械特性（1）調速范圍：電動機提供最高轉速 和最低轉速 之比，調速系統(tǒng)的調速范圍指在最低速時還能滿足所需靜差率的調速范圍（2）靜差率：某轉速下運行， 負載由理想空載增加到額定值所對應轉差降落 與理論空載轉速之比系統(tǒng)靜差率指標應以最低速度時所能達到數(shù)值為準（3）調速范圍與靜差率關系：對靜差率要求越嚴格，即越小，系統(tǒng)能允許的調速范圍也越?。?）開環(huán)調速電力電子變換器：電動機3.轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)（1）靜特性：表示閉

4、環(huán)系統(tǒng)電動機轉速 與負載電流 （或轉矩）間的穩(wěn)態(tài)關系靜特性方程：開環(huán)放大系數(shù)： 相當于反饋斷開的輸出到輸入各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積電動機放大系數(shù)：（ 2）開環(huán)系統(tǒng)機械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關系開環(huán)系統(tǒng)機械特性方程可以寫成：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)靜特性硬得多轉速降落， 1+k 倍關系 2）同一個值的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)靜差小得多3）靜差率一定，閉環(huán)系統(tǒng)可大大提高調速范圍以上三點優(yōu)勢，需要K 足夠大，即設置放大器及檢測與反饋裝置（ 3）反饋控制規(guī)律： 1）比例反饋是有靜差的控制系統(tǒng)2）抵抗擾動，服從給定3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測的精度（ 4）比例閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)定性,（ 5）比例，積分控制

5、特點，有無靜差的概念有靜差系統(tǒng)：自動系統(tǒng)中，輸入偏差是維系系統(tǒng)運行的基礎，必然要產生靜差比例特點：迅速響應，但有穩(wěn)態(tài)誤差（只取決于當前輸入偏差）積分特點：消除穩(wěn)態(tài)偏差，但響應緩慢（包含偏差全部歷史），可以在誤差為0 時，保持終值，即在無靜差情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調速PI 調節(jié)器則綜合比例和微分的優(yōu)點（ 6）階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)誤差1） 0 型系統(tǒng)對于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差有差調速系統(tǒng)2） 1 型系統(tǒng)對于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)無差無差調速系統(tǒng)（ 7）電流截止負反饋（自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)）這種應用只在起動和堵轉時存在， 正常運行時消失， 讓電流隨負載增減而變化， 這種電流達到一定程度才出現(xiàn)的電流負反

6、饋叫電流截止負反饋第三章1.雙閉環(huán)系統(tǒng)結構及靜特性（ 1）引入電流閉環(huán)的原因：轉速反饋（單閉環(huán)系統(tǒng)），用 PI 調節(jié)器實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，電流截止負反饋限制電樞電流， 但不能理想控制電流 （實際希望電流保持恒定最大值啟動）（ 2）閉環(huán)結構：外環(huán)轉速環(huán)，內環(huán)電流環(huán)均采用 PI 調節(jié)器限幅：轉速調節(jié)器（ASR）決定電流給定的最大值電流調節(jié)器（ACR）決定了電力電子變換器的最大輸出值調節(jié)器工作狀態(tài)：飽和：輸入量不在影響輸出（開環(huán)） 電流調節(jié)器工作在不飽和不飽和： PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時趨于零2.動態(tài)過程（ 1）第一階段（ 0 ），電機不動；，電機起動，轉速增長較慢，電樞電流迅速上升到,電流調節(jié)

7、器壓制增長標志此階段結束ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，ACR一般不飽和（ 2）第二階段（）恒定，轉速成線性增長ASR始終飽和， ACR不飽和無法到達的原因： ACR為 PI 調節(jié)器，可消除階躍靜差，但不能消除斜坡靜差，電流閉環(huán)擾動為電機反電動勢（斜坡擾動量）（ 3）第三階段（以后）到給定轉速，偏差為零，由于積分作用，轉速繼續(xù)上升，超速后ASR輸入為負，迅速下降，只要，轉速繼續(xù)上升到，轉矩，電機開始在負載阻力下減速直道穩(wěn)態(tài)情況：當電流小于負載電流時，電機才能降速（ 4）啟動過程3 個特點： 1）飽和非線性 2）轉速超調3）準時間最優(yōu)控制（ 5）抗擾動分析：抗負載擾動：靠ASR來產生作用（ ACR

8、之外）抗電網(wǎng)電壓擾動：電流反饋可及時調節(jié)3.轉速調節(jié)器，電流調節(jié)器的作用（ 1）轉速調節(jié)器：1）調速系統(tǒng)主導調節(jié)器，轉速n 很快跟蹤變化，穩(wěn)態(tài)時減小轉速誤差2）對負載變化其抗擾動作用3）輸出幅限決定電動機允許最大電流（ 2）電流調節(jié)器1）作用是使電流緊緊跟隨給定電壓的變化2）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾動的作用3）動態(tài)過程中獲得電機最大允許輸出電流，加快動態(tài)過程4）電機過載或堵轉時，限制電樞電流最大值，起快速自動保護作用和第四章1.直流 PWM 可逆調速系統(tǒng)（ 1）橋式可逆 PWM 變換器運行正向電動運行狀態(tài)1） 第一階段： VT1 和 VT4 導通， VT2 和 VT3 截止，電流流向1 號線，

9、2） 第二階段： VT1 和 VT4 截止， VD2 和 VD3 續(xù)流，電流流向2 號線，正向制動運行狀態(tài)1） 第一階段： VT2 和 VT3 截止， VD1 和 VD4 續(xù)流，電流流向4 號線，2） 第二階段： VT2 和 VT3 導通， VT1 和 VT4 保持截止， 電流流向3 號線，（ 2）正向電動，正向制動，輕載時輸出電流、電壓波形（ 3）雙極式控制的橋式可逆PWM 變換器優(yōu)缺點優(yōu)點： 1）電流一定連續(xù)2 ）可使電動機四象限運行3）電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū) 4）低速平穩(wěn)性好， 調速范圍大沖較寬，有利于保證器件的可靠導通5）低速時， 每個脈沖器件驅動脈缺點：工作過程中，

10、四個開關器件都可能出于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且可能發(fā)生上下橋臂直通的事故2.V-M 可逆直流調速系統(tǒng)（ 1）對于相控整流器：1），晶閘管處于整流狀態(tài)2），晶閘管處于逆變狀態(tài) 電動機工作在第一象限 電動機工作在第四象限（ 2）兩組晶閘管反并聯(lián)的整流和逆變1）正組整流電動運行：VF處整流狀態(tài)，2）反組晶閘管逆變狀態(tài)：VR 逆變狀態(tài)，（ 3）環(huán)流問題1）什么是環(huán)流：兩組裝置（VF 和 VR）同時工作時，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管流通的短路電流，稱為環(huán)流2）環(huán)流的分類：（1）靜態(tài)環(huán)流：1）直流平均環(huán)流：晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產生的環(huán)流2）瞬時脈動環(huán)流：兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差

11、為零，但因波形不同，瞬時電壓差仍會產生脈動的環(huán)流（2）動態(tài)環(huán)流：可逆 V-M 處于過渡過程中的環(huán)流2）解決環(huán)流問題：（1）配合控制：使，可消除直流平均環(huán)流，仍會產生瞬時脈動環(huán)流 >設 4 個環(huán)流電抗器， ，以及更大（ 2）邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)：當可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時（不論是整流工作還是逆變工作） ，用邏輯關系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)。即沒有直流平均環(huán)流，也沒有瞬時脈動環(huán)流第五章1.異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型（ 1）機械特性：公式不要求，與電壓，極對數(shù)成正比，電源角頻率成反比圖 5-3，形狀需要記憶，橫軸轉矩，縱軸轉速（ 2）調速方法：改變機械特性參數(shù)1）電動機參數(shù) 2）電壓電源

12、 3）電源頻率（ 3）異步電動機氣隙磁通有效值：氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值電源頻率定子每相繞組串聯(lián)的匝數(shù)每極氣隙磁通量忽略定子繞線繞組和漏感抗壓降后，2.異步電動機調壓調速了解 （ 1）基本特征：保持電源頻率，只改變定子電壓，同步轉速保持為額定值不變（屬于弱磁調速），臨界轉矩隨減小而成二次方地下降圖 5-5 機械特性 （ 2）實現(xiàn)：通過增大轉差功率， 減小輸出功率來降低轉速， 轉差功率消耗在轉子電阻上 （轉差功率消耗型）3.變壓變頻基本原理特別關注 （ 1）基本原理：交流調速希望為恒值（如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費； 如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導致過

13、大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機），由，控制好和，便可達到控制氣隙磁通的目的。簡答題：為什么要做變壓變頻？（ 2）基頻以下調速： 恒壓頻比調速常值（電動勢較高時， 忽略定子繞組的漏磁阻抗，認為定子相電壓；低頻時 ，定子繞組和漏磁阻抗的值不能再忽略，人為提升定子電壓，補償定子阻抗壓降）（ 3）基頻以上調速：弱磁調速（頻率升高，定子電壓受限不能提高）控制特性圖 5-10（ 4）轉差功率不變型：1）基頻以下：不變，輸出轉矩基本不變，轉差功率與轉速無關，故稱轉差功率不變型2）基頻以上：，常數(shù)，轉差功率基本不變分析：為什么變壓變頻是轉差功率不變型的調方式？（ 5）三種磁通控制1）恒定子磁通：補

14、償定子電阻壓降，保持為常值臨界轉矩， 臨界轉差率大于恒（轉差率減?。?）恒氣隙磁通：補償定子電壓和定子漏抗，保持為常值臨界 轉差率和臨界轉矩更大，機械特性更硬（轉差率減?。?）恒轉子磁通：補償定子電壓、定子漏抗和轉子漏抗壓降，維持為常值完全是一條直線（圖 5-13）分別補償什么，補償使哪種磁通恒定，定性知道4.電力電子變壓變頻器（交-交變頻器和交 -直 -交變頻器）（ 1）交 -直-交 PWM 變頻器（ 2）正弦波脈寬調制（ SPWM）技術 重點 調制波：與期望輸出電壓波形相同的正弦波載波：以頻率比期望高得多的等腰三角波 作為載波它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時間， 從而獲得幅值相等、 寬

15、度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列（ 3）消除指定次諧波的 PWM （SHEPWM）控制技術 不要求 （ 4）電流跟蹤 PWM（CFPWM）控制技術跟蹤精度與滯環(huán)寬度有關，受開關頻率限制寬度 2h 較大時，開關頻率低，電流波形失真多，諧波分量高寬度小，開關頻率高，實際使用中在開關頻率允許下，盡量選擇較小的環(huán)寬（ 5）電壓空間矢量（ SVPWM）控制技術（磁鏈跟蹤控制技術） 考一些常識， SPWM 載波調制波分別什么波形， CFPWM 精度與什么有關？ 5.轉差頻率控制（ 1）轉差頻率的概念： 在保持氣隙磁通不變的前提下， 可以通過控制 轉差角頻率 來控制 轉矩，（保持氣隙磁通不變，在 s 值較小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內，異步電動機的轉矩就近似與轉差角頻率成正比） 目的是控制轉矩，一定條件下，轉矩與轉差頻率成正比，控制好轉差頻率即控制好轉矩，需要滿足的基本條件是什么？（ 2）為什么使用轉差頻率控制： 1）轉速開環(huán)變頻調速系統(tǒng)可以滿足平滑調速的要求，但靜、動態(tài)性能不夠理想 2）采用轉速閉環(huán)控制可提高靜、 動態(tài)性能，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差第六章1.三相異步電動機動態(tài)模型（ 1）定性：是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)（ 2）組成：磁鏈方程（代數(shù)） 、電壓方程（微