运动控制复习资料 10页

第1章可控直流电源——电动机系统1.可调直流电源电路的基本类型：相控整流器：交流→直流（控制α角改变直流电压）直流PWM变换器：直流→直流（直流PWM调制脉冲电压，改变输出电压）2.直流PWM变换器结构图及原理：结构组成：四个功率开关器件：VT1,VT2,VT3,VT4四个续流二极管：VD1,VD2,VD3,VD4工作原理：用PWM调制技术，把恒定直流电源电压调制成频率一定，宽度可变的脉冲电压系统，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。工作过程：VT1，VT4，VD2，VD3：正转，正转制动VT2，VT3，VD1，VD4：反转，反转制动输出电压：Ud=(2ρ-1)Us,调速时ρ的可调范围为0-1当ρ>0.5时，Ud>0，电机正转；当ρ<0.5时，Ud<0，电机反转；当ρ=0.5时，Ud=0，电机停止。当Ud=0，电机停止时，电机虽然不动，电枢两端的瞬时电压和瞬时电流都不为零，而是交变的。它们的平均值为零，不会产生平均转矩。数学模型：机械特性：3.稳态性能指标：\n调速范围：（越大越好）：静差率：（越小越好）：约束关系：4.开环系统存在的问题：调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，额定降速太大，使静差率难以满足要求。因此需要采用反馈控制技术，构成转速闭环控制，解决D和S之间的矛盾。第2.1.1章转速单闭环直流调速系统1.工作原理：上图是具有转速负反馈的直流电动机调速系统。被调量是n，给定量是，在电动机轴上安装测速发电机，得到与被测量转速成正比的反馈电压Un.给定电压和反馈电压相比较后，得到转速偏差电压△Un，经过比例放大器A，产生电力电子变换器UPC所需的控制电压Uc，改变可控直流电流输出直流电压Ud，调节电动机转速。2.稳态关系：3.静态特性：\n相同负载扰动下：相同理想空载转速下：相同静差率下：4.反馈控制规律：（1）被调量是有静差的（2）服从给定，抵抗干扰（可以抑制负反馈环上前向通道上的扰动）（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度第2.1.2章转速单闭环限流保护1.问题提出：闭环系统突加给定启动的冲击电流电动机堵转电流2.解决方法：电流截止负反馈——电流大于设定值才起作用的一种电流反馈形式。3.实现电路：确定Rs,Ucom的值4.静态特性：第2.1.4章PI控制规律及调节器的设计1.PI调节器：滞后校正，以快速性换取稳态精度（是无静差调速）2.KI（积分）控制规律：（1）输入量不等于零时，输出量就线性增加，直到达到输出饱和值（2）输入量等于零时，输出量停止增加，保持在当前值上（3）突加输入时，输出量不能突变，线性增加，表现出相对于输入滞后的特点3.有静差与无静差的比较：\n积分控制和比例控制的区别在于：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史比例Kp：调节之后，和之前的转速不相等，稳定后转速发生了改变积分KI：调节稳定之后，转速与之前的值相等4.PI（比例积分）控制规律：输出部分由两部分组成比例部分1和成正比积分部分2表示从t=0到此时刻对的积分值结论：PI控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点比例部分能迅速控制响应作用；积分部分最终消除稳态偏差第2.2章转速.电流双闭环直流调速系统1.对转速控制规律的认识：开环系统——解决转速能调问题转速单闭环——解决稳速问题转速单闭环电流负反馈——解决电流过大问题引入调节器——解决稳态指标与动态指标之间的矛盾2.双闭环系统原理图：\n问题引出：用一个调解器难以兼顾对转速的控制和对电流的控制。如果在系统中另设一个电流调节器，就可构成电流闭环电流调节器串联在转速调节器之后，形成电流为内环，转速为外环的双闭环系统组成：ASR为转速调节器（AutomaticCurrentRegulator）ACR为电流调节器（AutomaticSpeedRegulator）ASR与ACR都为PI调节器，同时限幅饱和时，ACR,ASR失去调节作用，相当于开环设计限幅的原因：实现在不同环节的不同时刻，让反馈起作用工作过程：在启动与制动过程中，电流闭环起作用，保持电流恒定，缩小过渡过程时间。到达给定转速，进入转速控制方式，转速闭环起主导作用，电流闭环起跟随作用使实际电流快速跟随给定，以保持转速恒定3.双闭环系统结构图：4.静态特性：AB段：ASR不饱和ACR不饱和随负载的变化而变化，电流环起跟随作用BC段：ASR饱和当负载电流达到最大值后，ASR饱和ACR不饱和起调节作用系统表现为电流无静差，实现过电流的自动保护\n5.稳态参数：在双闭环的调速系统中，两个调节器ACR,ASR均采用PI调节器。已知参数：电动机，，电枢回路总电阻设，电枢回路最大电流，电力电子变换器的放大系数（1）电流反馈系数和转速反馈系数（2）当电动机在最高转速发生堵转时的6.启动过程分析：电流上升阶段第一阶段Id:从0到IdmASR进入饱和，ACR不饱和恒流升速阶段当Id>时，n开始上升第二阶段Id=Idm,n继续上升ASR维持饱和，ACR不饱和转速调节阶段第三阶段Id>,转速出现超调，使ASR退出饱和ASR和ACR同时作用，阶段IIIIII系统建立Idm维持Idm进入稳态ASR进入饱和维持饱和退出饱和ACR始终不饱和7.双闭环与单环比较：抗负载扰动：基本一致，转速环用来抵抗负载的干扰抗电网电压扰动：电流环可抑制电压扰动，比单环的抗扰能力强\n8.ASR和ACR的作用：ASR：使转速跟随给定变化，保证稳态无静差；抵抗负载扰动；输出限幅值取决于电机最大允许电流Idm。ACR：保证起动时获得Idm,转速调节时，使Id跟随其给定值变化；抵抗电网电压波动的影响；过载或堵转时限制最大电流，起到过流保护作用。第2.4章调节器的设计方法整理人：宋玉达1.控制系统的性能指标：跟随性：描述在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况抗扰性：标志着控制系统抵抗扰动的能力调速系统的动态指标以抗扰性能为主伺服系统的动态指标以跟随性能为主2.典型系统及其参数：选用I，II型的原因：0型系统稳态精度低，而III及其以上很难稳定，因此选用I,II型系统典型I型：传函：二阶最佳：特点：跟随性好超调量小，抗扰差适用：电流环，因为电流超调过大会烧坏典型II型：传函：三阶最佳：h=5,特点:抗扰性好超调量大，抗扰好适用：转速环3.非典型系统的典型化（近似化处理）（1）高频段小惯性环节（2）高阶系统降阶处理（3）低阶大惯性环节\n4.电流调节器的设计电流环结构图的简化选择目标系统：典型I型系统调节器结构及参数选择调节器参数计算：按“二阶最佳参数”确定电流调节器的电路实现5.转速调节器的设计电流环的等效闭环传递函数简化转速环结构选择转速环的结构选择计算转速调节器参数转速调节器的电路实现第3章可逆，弱磁控制的直流调速系统1.V-M系统的四象限运行V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行反向制动电枢端电压极性++--电枢电流极性+--+电机旋转方向++--电机运行状态电动回馈发电电动回馈发电晶闸管工作的组别和状态正组整流反组逆变反组整流正组逆变机械特性所在象限一二三四2.环流定义：不留过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流分类：直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。3.配合控制：当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。4.无环流控制可逆系统：没有直流平均环流，没有瞬时脉动环流的控制系统。5.无环流控制系统分类：逻辑控制的无环流系统；错位控制的无环流系统6.无环流逻辑控制环节DLC的任务：\n当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组晶闸管VR工作时，封锁正组触发脉冲而开放反组脉冲。第4章稳态模型异步电动机调速系统1.正弦波脉宽调制SPWM工作原理：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高的多的等腰三角形作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波。当调制波与载波相交时，由他们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。2.变频器的基本控制作用：工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生3.通用变频器接线：RST——电源UVW——电机4.两种频率设定方式：接现场控制：0-10V0-50Hz4-20mA0-50Hz面板上直接设定5.转差频率控制：概念：，并定义为转差角频率思想：，保持气隙磁通不变，可以通过转差角频率来控制转矩规律：（1）在（2）在不同的定子电流值时，按函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。第5章动态模型异步电动机调速系统1.异步电动机的数学模型：高阶，非线性，强耦合，多变量的系统。2.简化模型：简化模型，基本方法是坐标变换，简化模型，需要从简化磁链关系入手3.按转子磁链定向矢量控制的基本思想：（1）定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的（2）可以采用控制直流电动机的方法控制交流电动机第7章伺服系统1.伺服系统的定义：广义：输出量以一定得精度跟随，复现其输入量狭义：位置随动系统，位置控制，实现对位置的准确跟踪2.伺服与调速系统的异同：共同：利用反馈控制原理，构成闭环控制系统区别：控制对象不同：调速系统是转速伺服系统是角位移，角速度\n输入量的性质不同：调速系统的给定量一般是恒定的伺服系统的给定量是随机变化的控制目的不同：调速系统主要是保证稳定和抵抗扰动伺服系统要求准确跟随给定量的变化，强调快速性衡量的指标不同：调速系统注重抗扰性能指标伺服系统注重跟随性能指标1.基本特征：主要功能是使输出位移快速准确地复现给定位移必须具备一定精度的位置传感器电压和功率放大以及拖动系统必须是可逆的有足够大的调速范围以及足够强的低速带载性能快速的响应能力和较强的抗干扰能力