电力拖动自动控制系统综述.doc

电力拖动自动控制系统课程综述电力拖动控制系统 运动控制系统课程综述课程名称： 电力拖动自动控制系统 系 别： 电子信息与电气工程系 年级专业： 07自动化 （1） 姓 名： 喻明昭 目录1概论31.1 课程在专业中的地位31.2 学习时间31.3 教学概要32 课程主要内容42.1 绪论42.2 直流调速系统52.3 交流调速系统63 学习小结81概论1.1 课程在专业中的地位电力拖动控制系统运动控制系统是自动化专业一门重要的专业课，也是一门实践性很强的课程,。按照拖动电动机的类型划分，电力拖动自动调速系统包括直流调速系统和交流调速系统两大类。电力拖动自动控制系统课程特点是结合自动控制原理解决电力拖动控制系统的分析和设计，因此本课程中涉及大量的系统分析和控制方式的介绍。对于学生而言，纯理论的讲授方式不利于对课程内容的理解，因此，本课程在理论介绍后，利用MATLAB工具箱，为学生演示系统各个环节的工作特性。例如在讲解“反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计”时，在SUMILINK环境下，搭建系统的仿真模型，验证所设计调节器能否满足性能指标要求，还可以改变比例、积分环节的参数，通过输出曲线观测不同的参数对系统的影响，从而验证课本内容，进一步加深学生对控制规律了解，激发学生的学习兴趣。实践教学是本课程重要环节，是将知识转化为能力的重要步骤。学校从实验教学入手，开设了电力拖动自动控制系统实验课，同时还提供了很多的可选实验项目，为学生的实践性教学创造了良好条件。基于本课程实践教学的设计理念，将实践教学内容分为验证型实验、综合型实验、开放型实验，通过实验，提高了我们学生的基础能力和自主创新能力。1.2 学习时间学习时间长12周，每周6个学时，共计72个学时。除课堂教学外还有充足的实验环节。1.3 教学概要本课程注重理论联系实际，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计等实际问题。以转矩和磁链控制规律为主线，由简单到复杂，由开环到闭环、直流到交流、从调速到伺服的层次。2 课程主要内容2.1 绪论电力拖动实现了电能和机械能之间的能量转换，电力拖动自动控制系统是电机学、电力电子学、微电子学、计算机科学、自动控制理论等多种学科的有机结合与交叉。但是同其他任何自动控制系统一样，其根本的理论基础是自动控制理论。电力拖动系统的构成和分类 ：电力拖动系统的构成凡是由电动机作为动力拖动各类生产机械，完成一定的生产工艺要求的系统，都称为电力拖动系统。电力拖动系统的分类我们按照拖动电动机的类型，将拖动系统划分为直流拖动系统和交流拖动系统两大类。实际上，按照其组成结构，还可分为开环电力拖动系统，用于性能指标要求不高的专用设备上；另一类是闭环电力拖动系统，它具有自动控制和闭环调节的功能，广泛应用于各种工作机械。（1）开环电力拖动系统这类系统主要用于对起、制动和调速无特殊要求、以及不要求精确调速的场合，如磨碎机、输送机、电弧芦、泵类等。系统中开关和控制装置通常用于人工手动操作。（2）闭环电力拖动系统它和开环系统的区别是增设了控制及调节装置，利用实测的参数作为反馈信息量，与设定的指令进行比较，以完成闭环调节作用,调节单元的输出就成为作用于电动机的实际指令，以满足动态性能指标。本书内容涵盖：可控电源电动机系统的特殊问题及机械特性，调速系统的性能指标，交、直流调速系统及伺服系统的工作原理和结构，反馈控制的基本特点，反馈控制系统的静态和动态性能指标及分析方法，调节器结构及参数的设计方法，反馈控制系统的实现，计算机仿真在控制系统中的应用等。2.2 直流调速系统主要内容：首先叙述了直流调速的重要性，依据直流电动机的广义数学模型，建立了直流电动机的闭环控制结构及相应的控制系统；分析了闭环直流调速系统的静、动态特性；介绍了直流调速系统可逆运行的方法；给出了电力拖动自动控制系统的工程设计方法。具体如下：电机模型式中 n转速（r/min）; U电枢电压（V）； I电枢电流（A）； R电枢回路总电阻(）； 励磁磁通（Wb）； Ke 由电机结构决定的电动势常数。调节直流电动机转速的方法 ：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。（1）调节电枢电压 U 可实现无级平滑调速；（2）调节电枢电阻 R 只能实现有级调速；（3）调节励磁磁通时虽可实现平滑调速，但调速范围不大，同时由于电机磁场设计的较为饱和，因此只能实现弱磁调速。2.3 交流调速系统主要内容：从建立交流电动机数学模型人手，讲述现代交流电动机变压变频调速系统的基本组成、基本工作原理、基本控制方法，以及静、动态特性分析。本篇的重点内容是，恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统；异步电动机矢量控制系统和直接转矩控制系统；普通三相同步电动机自控式变压变频调速系统及矢量控制系统、正弦波永磁同步电动机矢量控制系统和直接转矩控制系统，以及梯形波永磁同步电动机变压变频调速系统。本篇最后介绍了先进控制理论在电力拖动系统中的应用。第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统 在基于稳态模型的异步电动机调速系统中，采用稳态等值电路来分析异步电动机在不同电压和频率供电条件下的转矩与磁通的稳态关系和机械特性，并在此基础上设计异步电动机调速系统；常用的基于稳态模型的异步电动机调速方法有调压调速和变压变频调速两类；异步电动机调压调速；异步电动机变压变频调速；恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降；恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些；恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制；恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。第6章基于动态模型的异步电动机调速系统 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案；矢量控制和直接转矩控制是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统；矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制；电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势；坐标变换。第7章绕线转子异步电动机双馈调速系统 转差功率是人们在研究异步电动机调速方法时所关心的问题，因为节约电能也是异步电动机调速的主要目的之一。作为异步电动机，必然有转差功率，而如何处理转差功率又在很大程度上影响着调速系统的效率；要提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可以考虑如何去利用它；对于绕线型异步电动机，定、转子电路可以同时与外电路相连，转差功率可以从转子输出，也可以向转子馈入，故称作双馈调速系统；“双馈”的一个特点是转差功率可以回馈到电网，也可以由电网馈入。至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电动机的工况而定；绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年代就已被提出，到了6070年代，当可控电力电子器件出现以后，才得到更好的应用。 第8章同步电动机变压变频调速系统 同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起动困难两大问题，曾制约着同步电动机的应用；同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速只能是变频调速；变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛；同步电动机调速可分为自控式和他控式两种，适用于不同的应用场合。永磁同步电动机的优点；采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重量轻；转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；结构紧凑，运行可靠。3 学习小结根据电力拖动自动控制系统的课程特色，本课程遵循的学习思路为：理论联系实践，实践促进创新。在学习该课程的过程中，注重对基本概念和基本方法的理解，在理论推导中引出工程应用的概念，在实例分析中强化理论概念，加深了我们对电力拖动自动控制系统的认识和理解。令我最为深刻的是调速系统控制设计的推到，有简单到复杂，又直流到交流，这些不同问题的解决，及它们的知识的相互联系都是非常密切的。又例如像坐标变换这种极具创造的思维方式在解决异步电动机的调速控制方面的应用。这些对于我们的发散思维以及旧新知识的联系都有一个启发。孙老师在本课程的授课过程中，改变以教师授课为主、学生被动学习的传统模式，实现以学生为主、教师为主导的学习模式，积极推行“启发式，互动式，开放式，自主式“的教学模式。针对不同的教学环节采用多种灵活的教学方法，激发了我们求知的潜能和学习的积极性。电力拖动自动控制系统课程除了要求具备较好的高等数学基础，以及自动控制原理、电路理论和电子技术等专业知识要求高，并对实践经验有一定的要求。通过本课程的学习，使我们获