1、電力拖動控制系統運動控制第1頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四我為什么要學該課？我會喜歡這門課嗎？我能學好嗎？第2頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程信息開課院系：工程學院自動化與測控系課程編號：082303101217 英文名稱：Automatic Control System of Electrical Drives課程總學時：48（含實驗或實踐學時：12） 總學分：3使用教材：電力拖動自動控制系統 編者：陳伯時出版社：機械工業出版社出版時間及版次：2003年 第三版第3頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四自動化專業最

2、重要的課程是什么？第4頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程教學目標與基本要求 本課程是自動化專業的一門的專業課。它應該使學生獲得比較寬廣的、鞏固的有關電機拖動和自動控制的基本理論知識、相應的分析計算能力以及一定的實驗技能的訓練。培養學生提高分析和解決工程實際問題的能力。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四在學完本課程后，應達到下列要求 、掌握直流調速系統中單閉環、多環和可逆系統基本組成和控制規律、靜態和動態性能分析及工程設計方法，直流調速系統地數字控制。、掌握交流調壓調速系統和變頻調速系統的基本組成、工作原理和性能特點。第6頁，共32頁，20

3、22年，5月20日，17點47分，星期四考試形式閉卷考試實驗平時考試第7頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第一章 閉環控制直流調速系統1直流調速系統用的可控直流電源2V-M系統的特殊問題(1學時)3脈寬調制變換器及調速系統的特殊問題4反饋控制閉環調速系統的穩態分析和設計5反饋控制閉環調速系統的動態分析和設計6無靜差調速系統和積分、比例積分控制規律7電壓反饋、電流補償控制的調速系統 第8頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第二章多環控制直流調速系統1轉速、電流雙閉環調速系統及其靜態特性和動態性能2調節器的工程設計方法3按工程設計方法設

4、計雙閉環調速系統的轉速調節器和電流調節器4弱磁控制的直流調速系統 第9頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第三章直流調速系統的數字控制1微型計算機數字控制的主要特點2微機數字控制雙閉環直流調速系統的硬件和軟件3數字測速4數字PI調節器5按離散系統設計數字控制器 第10頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第四章 可逆調速系統和位置隨動系統1可逆調速系統的可逆線路、制動問題及其環流問題2有環流可逆調速系統3無環流可逆調速系統4位置隨動系統 第11頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第五章 交流調速的基本類型和

5、交流變壓調速系統1交流調速的基本類型2閉環控制的交流變壓調速系統 第12頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四課程內容第六章 異步電動機變壓變頻調速系統1變頻調速的基本控制方式2靜止式變頻裝置3正弦波脈寬調制（SPWM）逆變器4異步電動機電壓、頻率協調控制的穩態機械特性5轉速開環、恒壓頻比控制的變頻調速系統6轉速閉環、轉差頻率控制的變頻調速系統7異步電動機的多變量數學模型和坐標變換8矢量控制的變頻調速系統 第13頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四交流調速按對象劃 分異步電動機調速同步電動機調速按Ps變化情況劃分Ps功率消耗型Ps功率回饋型Ps功率不變

6、型交流調壓調速系統串級調速變頻調速實現方式SPWM按對象劃 分他控同步電動機變頻調速系統自控同步電動機變頻調速系統實現方式次同步串級調速系統超同步串級調速系統恒U1/1控制恒Eg /1控制恒Er /1控制 轉速開環恒壓頻比控制變頻調速系統 轉速閉環轉差頻率控制變頻調速系統矢量控制 變 頻調速系統第14頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四實驗內容實驗一:晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定實驗 實驗二:單閉環不可逆直流調速系統實驗 實驗三:雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗 實驗四:雙閉環三相異步電機串級調速系統實驗 第15頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47

7、分，星期四學習參考書電力拖動自動控制系統 張明達，冶金工業出版社電機控制系統 賴福新，上海交通大學出版社運動控制系統 羅非 編著 化學工業出版社 2001年9月電力拖動自動控制系統 馬志源 編著 科學出版社 2004年3月實用變頻調速技術 張燕賓等編著 機械工業出版社 2004年8月電力拖動運動控制系統 丁學文，機械工業出版社 2007年9月第16頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四教學改革的嘗試1. 加強伺服系統控制比重 2. 增加步進電機控制、開關磁阻電機、微特電機等內容3. BB網絡平臺重復考試第17頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四我為什么

8、要學該課？專業核心課程的具體應用，兼有理論課和技術課的特點，是打通自動化專業理論和實踐的橋梁，也是打通強電弱電、機械電子、檢測與控制、信息與系統、硬件與軟件的橋梁。（練拳不練功，到老一場空；花拳繡腿，非真功夫）我會喜歡這門課嗎？課程確實有些枯燥（理論），而且還有危險（強電、電機運動），但是一種修煉，可以受用終生。（職場小說：佛與石階、長跑）我能學好嗎？付出行動、思考、感悟，一定能學好，并從中受益。（沒有笨徒弟，只有笨師傅）第18頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四希望長跑堅持下來的人越多越好！第19頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0. 緒論0.1

9、 運動控制系統0.1.1 什么是運動控制系統0.1.2 運動控制系統的分類0.1.3 運動控制系統的基本結構0.2 電力拖動控制系統0.2.1 什么是電力拖動控制系統0.2.2 電力拖動控制系統的分類0.2.3 電力拖動控制系統的基本結構0.3 運動控制系統的發展過程及應用0.4 運動控制系統的發展趨勢第20頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.1.1 什么是運動控制系統 運動控制系統（motion control system）： 是以機械運動的驅動設備電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執行機構，組成的電氣傳動自動控制系統。這類系統控制電動機的

10、轉矩、轉速和轉角，將電能轉換為機械能，實現運動機械的運動要求。第21頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.1.2 運動控制系統的分類 按被控物理量分：以轉速為被控量的系統叫調速系統；以角位移或直線位移為被控量的系統叫位置隨動系統，有時也叫伺服系統。 按驅動電機類型分：用直流電機帶動生產機械的為直流傳動系統；用交流電機帶動生產機械的為交流傳動系統。 按控制器的類型分：以模擬電路構成的控制器叫模擬控制系統；以數字電路構成的控制器叫數字控制系統。第22頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.1.3 運動控制系統的基本結構圖1.1 運動控制系統的基本結構第

11、23頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四 表中各部分的不同組合，可以構成不同的運動控制系統。電動機部分、功率驅動部分和控制器中的大部分內容分別在其他課程中有介紹，但它們組合成完整的運動控制系統以后，有哪些新的控制要求，如何分析系統的性能，如何設計控制器使系統達到較高的性能指標，在實際應用中存在哪些具體問題，以及如何解決等，這些都是個課程要解決的問題。第24頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.2.1 什么是電力拖動控制系統 采用動力設備(或稱原動機)帶動工作機械作形式不同的運動稱為“拖動”， 采用電動機作為動力設備的拖動方式稱為“電力拖動”，在工業

12、生產中電力拖動是最主要的拖動方式。 具有自動控制和調節工作機械的速度或位移的電力拖動系統稱為“電力拖動控制系統” 。實際上工作機械的速度控制或位移控制是通過控制和調節電動機的轉速和轉角來實現的。 從電能的轉換及傳遞(傳輸)角度來看，把電力拖動稱為電力傳動，把電力拖動控制系統稱為電力傳動控制系統。由于這類系統的基本任務是通過控制和調節電動機的旋轉速度或轉角來實現工作機械對速度或位移的要求，因此把電力拖動控制系統又稱為運動控制系統。 第25頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.2.2 電力拖動控制系統的分類 電力拖動控制系統按被控制量的不同分為兩大類： 以電動機的轉速為被控

13、制量的系統叫做調速系統； 以工作機械的角位移或直線位移為被控制量的系統叫做位置伺服系統，又叫做位置隨動系統。 電力拖動控制系統還有其他多種類型，如張力控制系統，多電動機同步控制系統等。雖然電力拖動控制系統種類很多，但是，各種電力拖動控制系統都是通過控制電動機轉速來工作的，因此，調速系統是最基本的電力拖動控制系統。第26頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.2.3 電力拖動自動控制系統的基本組成第27頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.3 運動控制系統的發展過程及應用由于歷史上最早出現的是直流電機，所以19世紀80年代以前，直流電氣傳動是惟一的電

14、氣傳動方式。直到19世紀末，出現了交流電，且解決了三相制交流電的輸送和分配問題，并制成了經濟適用的鼠籠異步電機，這就使交流電氣傳動在工業中逐步地得到廣泛的應用。由于大量使用異步電機，嚴重影響到電網的功率因數，同步電機的誕生和使用大大緩解了功率因數問題。在20世紀的大部分時間里，基本形成直流調速、交流不調速的格局。由于直流電機的調速性能和轉矩控制性能好，20世紀30年代起就開始使用直流調速系統。近三四十年來，使交流調速逐步具備了寬調速范圍、高穩速精度、快速動態響應和四象限運行等良好的技術性能，并實現了產品的系列化，從調速性能上完全可與直流調速系統相媲美。目前交流調速系統已占據主導地位。第28頁，

15、共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四運動控制系統的發展過程及應用（續） 隨著生產技術的發展，對電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態特性、動態響應等方面都提出了更高要求，這就要求大量使用調速系統。 它的發展過程是這樣的：由最早的旋轉變流機組控制發展為放大機、磁放大器控制， 再進一步，用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實現直流調速， 再后來用可控整流和大功率晶體管組成的PWM控制電路實現數字化的直流調速，使系統的快速性、可靠性、經濟性不斷提高。 調速性能的不斷提高使直流調速系統應用非常廣泛。然而，由于直流電機具有電刷和換向器，制造工藝復雜且成本高，維護麻煩，使用環境受到限制等缺點，并且很難向高轉速、高電壓、大容量發展，因而逐漸顯示出直流調速的弱點。第29頁，共32頁，2022年，5月20日，17點47分，星期四0.4 運動控制系統的發展趨勢 (1)高頻化。在功率驅動裝置中，低頻的半控器件-晶閘管在中小功率范圍將被高頻的全控器件-大功率晶體管所代替，這樣既可以提高系統性能，又可以改善電網的功率因數。 (2)交流化。隨著交流調速系統成本的逐步降低，不僅現有的直流調速系統將被交流調速系統取代，而且，大量的原來恒速運行的交流傳動系統將改為交流調速系統，原來直流調速所不能達到的高轉速、大功率領域，也將采用交流調速系