運(yùn)控系統(tǒng) 總復(fù)習(xí)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)控系統(tǒng)總復(fù)習(xí)1運(yùn)控系統(tǒng)總復(fù)習(xí)從直流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式分析調(diào)整轉(zhuǎn)速的方法：

三種可行的調(diào)速方法：1.改變電樞回路電阻R2.改變磁通Φ3.改變電樞電壓U2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法(調(diào)壓調(diào)速)保持電機(jī)磁通為額定值，不串加電樞電阻，改變電樞電壓U的調(diào)速方法。結(jié)論：保持磁通為額定值且不串加電樞電阻：①改變電樞電壓可線性改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。即電樞電壓U降低，轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。②改變電樞電壓機(jī)械特性硬度不變。3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)V-M調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題P131.觸發(fā)脈沖相位控制(相控)問題用觸發(fā)脈沖的相位角α控制整流電壓的平均值是相控整流器的特點(diǎn)。注意相控整流器的兩個(gè)工作狀態(tài)：整流狀態(tài)和有源逆變狀態(tài)?；仡欕娏﹄娮蛹夹g(shù)課程，如右圖：t1～π期間：在t1時(shí)刻觸發(fā)。輸出電壓ud從零跳變成ud=u2。因電感L使輸出id不能突變，id從0開始增加。此期間是整流工作狀態(tài)，平均值電壓為正(黃色區(qū))。π～t2期間：u2過零由正變負(fù)，由于電感L的作用,繼續(xù)維持id流動(dòng)，因此VT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。此期間是有源逆變狀態(tài)，平均值電壓為負(fù)(綠色區(qū))。4運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)不可逆PWM變換器P18“不可逆”：PWM變換器的輸出的平均電壓Ud的極性和電機(jī)轉(zhuǎn)速方向不改變。IGBT導(dǎo)通期間：電機(jī)電樞電壓Ud=ρUS，電樞電流如圖中電流“1”。IGBT關(guān)斷期間：電樞繞組的電感電勢(shì)維持電流經(jīng)VD續(xù)流如圖中電流“2”。注意：續(xù)流電流不是電樞電勢(shì)形成的，能量來源是電樞繞組的電感儲(chǔ)能，電機(jī)仍是電動(dòng)狀態(tài)。5運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)雙極式可逆PWM變換器的工作原理：一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期有兩個(gè)階段：以正脈寬＞負(fù)脈寬電機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行為例說明：

第1階段(電動(dòng))：VT1、VT4被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，VT2、VT3被關(guān)斷，電樞電流id沿回路1流動(dòng)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓UAB=+Us(Us是直流電源電壓)。

第2階段(續(xù)流電動(dòng))：VT1、VT4被關(guān)斷，VT2、VT3被驅(qū)動(dòng)但無電流(被二極管D2、D3續(xù)流鉗位)，電樞電流id沿回路2流通，電動(dòng)機(jī)兩端電壓UAB=–Us，但-Us被電機(jī)電感電勢(shì)所抵消，仍然是電動(dòng)狀態(tài)。若需制動(dòng)或反向，負(fù)脈寬Ug2加大，續(xù)流電流一旦結(jié)束就立即進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。結(jié)論：①一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)電壓有兩個(gè)極性，轉(zhuǎn)速方向由電樞電壓平均值的正負(fù)確定。PWM頻率較高，電動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)速運(yùn)行期間電流不會(huì)反向(不會(huì)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài))。②正脈寬＞負(fù)脈寬:正轉(zhuǎn)。正脈寬＜負(fù)脈寬:反轉(zhuǎn)。正脈寬=負(fù)脈寬:停轉(zhuǎn)(平均電壓=0)。③若需制動(dòng)或反向，加寬Ug2，一旦續(xù)流結(jié)束立即進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)(反向電流通道早已暢通)，也可平滑轉(zhuǎn)入反向運(yùn)行。6運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)1.開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)7運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)兩個(gè)作業(yè)題評(píng)講：如下圖，假設(shè)系統(tǒng)因供電電源電壓引起Ud0下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速n變化,簡要分析負(fù)反饋系統(tǒng)對(duì)反饋環(huán)內(nèi)前向通道電量Ud0下降的抑制功能。答：Udo↓→n↓→Un↓→ΔUn↑→Uc↑→Udo↑→n↑上圖中，假設(shè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速＝給定值，系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)的α值發(fā)生變化(如變大)，簡要分析系統(tǒng)對(duì)反饋通道參數(shù)的變化無抑制功能。答：在n＝給定值時(shí)發(fā)生α↑→Un↑→ΔUn↓→Uc↓→Udo↓→n↓偏離給定值。8運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)1.積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律把單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的“P調(diào)節(jié)器”(比例放大環(huán)節(jié))換成“I調(diào)節(jié)器”(積分環(huán)節(jié))：換加“串聯(lián)積分校正”功能。9運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)積分調(diào)節(jié)器如圖，由運(yùn)算放大器可構(gòu)成一個(gè)積分電路。根據(jù)電路分析，可得：積分電路的輸入、輸出特性見右下圖。輸入量(偏差)ΔUn由于負(fù)反饋閉環(huán)逐漸減小，輸出量Uc每個(gè)時(shí)刻的值＝輸入ΔUn曲線與橫軸所圍面積，當(dāng)ΔUn減小到零后輸出Uc保持恒定值Uef。當(dāng)ΔUn再次非零時(shí)Uc才會(huì)發(fā)生變化：

ΔUn的正面積使Uc增加。

ΔUn的負(fù)面積使減小Uc。結(jié)論：由于閉環(huán)負(fù)反饋和積分環(huán)節(jié)的作用，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)有ΔUn＝0(偏差為零),且Uc保持恒定，使電力電子裝置有恒定的輸出。10運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖:在單閉環(huán)的結(jié)構(gòu)上增加了個(gè)閉環(huán)電流反饋(內(nèi)環(huán))

11運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律雙閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流進(jìn)行控制，在啟動(dòng)、制動(dòng)過程中使電機(jī)工作在最大允許的恒流狀態(tài)(對(duì)恒勵(lì)磁它勵(lì)電機(jī)就是最大恒定電磁轉(zhuǎn)矩狀態(tài))，縮短了啟、制動(dòng)時(shí)間，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。右上圖以頻繁正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)為例，繪出了時(shí)間最優(yōu)的理想工作曲線?？刂埔?guī)律：在啟動(dòng)、制動(dòng)過程中電機(jī)以最大電磁轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在系統(tǒng)允許條件下最快地改變轉(zhuǎn)速(恒加速)，轉(zhuǎn)速一旦達(dá)到給定值，電磁轉(zhuǎn)矩立即下降到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)無靜差運(yùn)行狀態(tài)。右下圖是帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)過程。由于只有當(dāng)電機(jī)電流超過限流值電流反饋環(huán)節(jié)才起作用，低于限流值等效為速度單閉環(huán)系統(tǒng)，無法使電機(jī)按最大恒流電流方式運(yùn)行。12運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制規(guī)律分析“轉(zhuǎn)速PI”的輸出量是轉(zhuǎn)速偏差ΔUn曲線的“歷史面積積累量”，這個(gè)量作為“電流PI”的給定值與電流反饋量比較得到電流偏差ΔUi?！半娏鱌I”的輸出量是電流偏差ΔUi曲線的“歷史面積積累量”，這個(gè)量作為電力電子裝置的控制量。穩(wěn)態(tài)期間兩個(gè)偏差ΔUi和ΔUi都均為零，兩個(gè)環(huán)節(jié)維持積累量恒定輸出使電力電子裝置以恒壓輸出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)無靜差地恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行期間若因某個(gè)擾動(dòng)使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化→轉(zhuǎn)速偏差ΔUn不為零→電流偏差ΔUi不為零→調(diào)整電力電子裝置的輸出電壓→使轉(zhuǎn)速得到調(diào)整。這個(gè)過程中轉(zhuǎn)速偏差起主導(dǎo)作用，電流偏差ΔUi跟隨轉(zhuǎn)速偏差ΔUn變化而變化，且兩個(gè)環(huán)節(jié)中的比例放大系數(shù)加速了調(diào)節(jié)。但在電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)或負(fù)載、給定階躍變化時(shí)，轉(zhuǎn)速偏差Δun值很大，要求電機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的快速調(diào)整，但又不能超過電機(jī)額定允許電流，即希望此期間內(nèi)電機(jī)以最大允許的電流值恒流運(yùn)行，期間“電流PI”就發(fā)揮主導(dǎo)作用，“轉(zhuǎn)速PI”持續(xù)輸出最大值失去調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)實(shí)際成為僅有電流反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。結(jié)論：1.啟動(dòng)、制動(dòng)動(dòng)態(tài)期間，“轉(zhuǎn)速PI”輸出最大控制電壓使電流PI能輸出最大控制電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)以允許的最大電流(最大轉(zhuǎn)矩)運(yùn)行快速改變轉(zhuǎn)速。2.“轉(zhuǎn)速PI”和“電流PI”輸出的最大電壓值必須有個(gè)限制，保證電力電子裝置和電機(jī)受限于允許的工作電壓電流，實(shí)現(xiàn)限制的措施是給兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器加配輸出雙向限幅電路。13運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性P56一.“轉(zhuǎn)速PI”不飽和的情況：

[A,B)段的控制規(guī)律：“轉(zhuǎn)速PI”不飽和，靜特性呈水平線，系統(tǒng)無靜差；任何負(fù)載的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n等于空載轉(zhuǎn)速n014運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性P57二.“轉(zhuǎn)速PI”飽和的情況：“轉(zhuǎn)速PI”輸出達(dá)到限幅恒值U*im，其輸入量的變化不再影響輸出(除非有反向輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和)，或說飽和的“轉(zhuǎn)速PI”輸出量隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使速度閉環(huán)斷開，系統(tǒng)成為一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。靜特性為BC垂線。[B,C]段的控制規(guī)律：“轉(zhuǎn)速PI”輸出限幅值，電機(jī)恒流運(yùn)行(=Idm)，靜特性呈垂線(電流無靜差)。由于系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反饋已失去控制作用，系統(tǒng)呈過載狀態(tài)。

15運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性P57二.“轉(zhuǎn)速PI”飽和的情況(續(xù))：在B點(diǎn)處負(fù)載增大的動(dòng)態(tài)過程：

IdL↑(＞Idm)→Ui↑→ΔUi↓→Uc↓

→

Ud0↓→IdL↓(=Idm)。另一方面：Ud0↓→轉(zhuǎn)速n↓，系統(tǒng)呈降壓減速狀態(tài)。若因n↓導(dǎo)致負(fù)載轉(zhuǎn)矩↓,如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩降到與恒定電磁轉(zhuǎn)矩平衡，則穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速點(diǎn)可停駐于BC線上某點(diǎn)。(Te=CmΦId，E=U-RIdm，E=CeΦn)若負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大使轉(zhuǎn)速n降到C點(diǎn)，電力電子裝置輸出電壓Ud0也會(huì)降到接近零，但電流恒定為Idm，電機(jī)呈“堵轉(zhuǎn)”狀態(tài)。16運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的數(shù)字化旋轉(zhuǎn)編碼器P63為了獲得旋轉(zhuǎn)方向信息，采用雙列光柵刻制，兩列光柵錯(cuò)位90度，輸出A、B兩路光柵脈沖信號(hào)，相位超前或落后信息代表旋轉(zhuǎn)方向。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速有三種方法：M法、T法、M/T法。17運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)作業(yè)評(píng)講：兩相輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖波形如下圖，說明系統(tǒng)如何取得電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向信息？答：兩路脈沖相位比較的超前或落后給出電機(jī)方向信息。18運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路

當(dāng)工藝過程要求系統(tǒng)的電動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)換、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)切換具有快速平滑的過渡過程時(shí)，一般采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路。

下圖中設(shè)正組整流供電時(shí)電機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)正轉(zhuǎn)，電機(jī)機(jī)械特性坐標(biāo)系中有如圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系：19運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路(續(xù))

電機(jī)電動(dòng)(正組供能)與電機(jī)制動(dòng)(反組逆變)的能量流向和電流通路：

由圖同理可知，反轉(zhuǎn)電動(dòng)時(shí)由反組向電機(jī)供能，而反轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)由正組將電機(jī)能量逆變返回電源(有源逆變)。20運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)可逆直流調(diào)速系統(tǒng):能使直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，快速起動(dòng)和制動(dòng)這樣具有四象限運(yùn)行特性的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，叫“可逆直流調(diào)速系統(tǒng)”?？赡孢\(yùn)行實(shí)現(xiàn)的方式：

改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)采用電力電子裝置供電，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦裕枰獙Ｓ玫目赡骐娏﹄娮友b置和自動(dòng)控制系統(tǒng)。21運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總復(fù)習(xí)可逆調(diào)速系統(tǒng)的典型應(yīng)用：電梯調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的工作狀