运动控制系统-复习知识点总结

运动控制系统的任务是通过控制电机的电压、电流、频率等输入电量来改变工作机械的扭矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械能够按照人们期望的要求运行，以满足生产技术和其他应用的需要。(运动控制系统框图)2.运动控制系统的控制对象是电机。运动控制的目的是控制电机的转速和旋转角度。控制转速和转角的唯一方法是控制电机的电磁转矩，使转速的变化率按照预期的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的基本问题。第一章可控DC电源-电机系统我想提以下几点。相控整流器-电机调速系统DC脉宽调制转换器-电机系统调速系统的性能指标单相可控整流电机调速系统的原理2.晶闸管控制整流器的特点(1)晶闸管可控整流器的功率放大系数大于104，其门极电流可直接电控。(2)晶闸管的控制功能为毫秒级，系统的动态性能有了很大的提高。晶闸管控制整流器的缺点晶闸管在一个方向上导电，这给电机的可逆运行带来了困难。晶闸管对过压、过流和过大的du/dt和di/dt非常敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。交流侧将产生大谐波电流，导致电网电压失真。电网中需要增加无功补偿装置和谐波滤波装置。最大失控时间是两个相邻自然换向点之间的时间，这与交流电源频率和晶闸管整流器3的类型有关。V-M5.(1)根据PWM变换器主电路的形式，DC脉宽变换器可分为可逆型和不可逆型(2)一种简单的不可逆脉宽调制变换器DC电机系统(3)制动电流路径不允许逆脉宽调制- DC电机系统(4)桥式可逆脉宽调制转换器(5)双极控制桥式可逆脉宽调制变换器的优点双极控制的缺点(6)DC脉宽调制变换器-电机系统的能量反馈 .(7)DC脉宽调制调速系统的机械特性6.生产机械要求电机在额定负载下所需的最高转速和最低转速之比称为转速范围，用字母D(D的表达式)表示当系统以一定速度运行时，当负载从理想空载增加到额定值时，电机速度的变化率称为静态差率S.d和s之间的相互制约关系对系统速度调节精度的要求越高，也就是说，要求S越小，可达到的D必须越小。当要求的D较大时，可以达到的调速精度较低，即S较大，所以这是一对矛盾的指标。第二章闭环控制的DC调速系统我想提以下几点。单闭环DC调速系统速度和电流双闭环DC调速系统调节器的设计方法1.异步电动机从定子到转子的电磁功率可分为两部分：一部分是机械轴输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差率。异步电动机根据调速性能分类。第一类基于稳态模型，动态性能要求低，如开环的变压变频调速系统和闭环的转差频率控制系统。另一种是基于动态模型，要求高动态性能，如矢量控制系统和直接转矩控制系统。同步电机调速：同步电机的转差率恒定为零，定子传递的电磁功率全部转化为机械轴上的机械功率输出，只能是转差率恒定的调速系统。同步电机的调速只能通过改变同步速度来实现。由于同步电机的极数是固定的，所以只能采用变压变频调速。2.的基本思想。7.在阶跃输入的作用下，比例调节器的输出可以立即响应，而积分调节器的输出只能逐渐变化。通常，调速系统应具有快速和准确的性能，即系统具有静态和快速响应性能。实现方法是将比例控制和积分控制相结合，形成比例积分调节器。8.对于经常在正向和反向运行的速度控制系统，启动和制动期间的时间应尽可能缩短，以实现最佳的时间控制。也就是说，在转换过程中，扭矩总是保持在最大允许值，使得DC马达以最大加速度加速和减速。当达到给定转速时，电磁转矩立即与负载转矩平衡，从而转向稳态运行。9.(1)双闭环DC调速系统启动过程中的速度和电流波形(2)在双闭环系统的启动和制动过程中，电流闭环起到保持电流恒定和减少系统过渡过程时间的作用。一旦达到给定速度，系统自动进入速度控制模式。速度闭环起主导作用，而电流内环起跟随作用，因此实际电流快速跟随给定值(速度调节器的输出)以保持速度恒定。(3)系统的静态特性当速度调节器未饱和时，静态特性是没有静态速度差的双闭环系统的静态特性。调速器饱和时的静态特性是电流单闭环系统的静态特性，表明电流没有静态差异，电流给定值是调速器的极限值。(4)调速器的作用总结如下电流调节器的功能可以总结如下10香农采样定理规定，如果模拟信号随时间变化的最高频率为fmax，只要采样频率为f2fmax，采样序列就可以代表(或恢复)模拟信号。11.常见的阶跃响应跟踪性能指标包括上升时间、过冲和调整时间。12.为了使系统对于给定的步骤没有稳态误差，不能使用类型0系统，至少是类型1系统。当给定输入为斜率输入时，只有从第二类系统中寻求真理，才能实现无稳态误差。两种体系的比较典型的一类系统和典型的二类系统在稳态误差方面存在差异。典型的I型系统在跟踪性能上可以达到很小的超调量，但其抗扰性能稍差。n典型型系统超调量较大，但抗干扰性能较好。这些是在设计过程中选择典型系统的重要依据。电流调节器的设计(采用一类系统)设计分为以下几个步骤：1.电流回路结构图的简化简化内容n忽略反电动势的动态效应。等效单位负反馈系统n个小惯性环节的近似处理2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现设计示例：1.电流回路的设计(1)确定时间常数整流器滞后时间常数Ts电流滤波时间常数Toi电流回路TSi的小时间常数之和(2)选择电流调节器结构为了确保稳态电流没有差异，可以根据典型的一类系统设计一个电流调节器。N电流环的控制对象为双惯性型，采用PI型电流调节器。(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数电流环路开环增益KI比例因子(4)验证近似条件电流环路截止频率满足晶闸管整流器传递函数的近似条件；满足忽略反电动势变化对电流环动态的影响的条件；满足小时间常数电流环的近似处理条件。12.异步电动机t型等效电路异步电动机的简化等效电路27(A)异步电动机的机械特性28.变压变频调速是一种改变同步速度的调速方法，同步速度随频率而变化。基频以下的调速原理：恒压频率比控制：A.恒压频比控制是最容易实现的。其变频机械特性基本上是平行向下运动，硬度好，能满足一般调速要求。低速时，定子电压应适当增加，以近似补偿定子阻抗电压降恒定定子磁链、恒定气隙磁链和恒定转子磁链的控制方法都需要定子电流补偿，控制更加复杂。虽然恒定子通量和恒定气隙通量的控制模式改善了低速性能。然而，机械特性仍然是非线性的，并且产生扭矩的能力仍然有限。恒定转子磁链的控制方法可以获得与DC独立励磁电机相同的线性机械特性，具有最佳的性能。29.异步电动机的变频调速要求交流电源具有可调的电压和频率。常用的交流可调电源是由电力电子器件组成的静态功率变换器，俗称变频器。间接频率转换：首先将恒定电压和恒定频率的交流电转换成直流电，然后将直流电转换成具有可调电压和频率的交流电。直接变频；恒压恒频交流电直接转换成电压和频率可调的交流电，无需中间直流环节。30.交流-DC-交流逆变器主电路结构图30.脉宽调制的基本思想是控制逆变器中电力电子器件的导通或关断。输出电压是一个脉冲序列，按照一定的规则，具有相同的高度和不同的宽度。这种高频脉冲序列用于取代预期的输出电压。31.将与预期输出电压波频率相同的正弦波作为调制波，将频率比预期波高得多的等腰三角波作为载波。当调制波与载波相交时，逆变器开关器件的通断时间由它们的交点决定，从而获得根据正弦定律具有相同高度和变化宽度的脉冲序列。这种调制方法称为正弦波脉宽调制(SPWM)32.三相脉宽调制逆变器的双极性脉宽调制波形34电流跟踪脉宽调制的控制方法是：在原有主电路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。在稳态下，实际电流尽可能接近正弦波形，这可以获得比电压控制SPWM更好的性能。它以正弦波电流为控制目标4-13电流滞环跟踪控制的A相原理图4-14电流滞环跟踪控制时的三相电流波形和相电压PWM波形电流跟踪控制的精度与磁滞回线的宽度有关，也受到功率开关器件允许的开关频率的限制。环宽越大，开关频率越低，但电流波形失真越大，谐波分量越高。如果环宽小，电流跟踪性能好，但开关频率增加。在实际使用中，应在设备开关频率的前提下尽可能选择较小的环宽。35.将逆变器和交流电机视为一个整体，以圆形旋转磁场为目标控制逆变器的运行。这种控制方法称为“磁链跟踪控制”。磁链轨迹控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，因此也被称为“电压空间矢量控制”。(1)电压和磁通空间矢量之间的关系图4-17旋转磁场轨迹和电压空间矢量图4-18电压矢量圆形轨迹(2)零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值和转速之间的矛盾。(3)根据空间矢量的平行四边形合成法则，由两个相邻的有效工作矢量合成期望的输出矢量，这是电压空间矢量脉宽调制的基本思想。所谓等值是指在一个开关周期内，定子磁链产生的增量大致相等。通常，基于更小的开关损耗和更小的谐波分量的原理，安排基本向量和零向量的作用顺序。通常，当休息时零矢量平均分为四部分，一部分在开关周期的开始，一部分在开关周期的结束，两部分在中间。两个基本电压矢量的作用时间被分成两部分并插入零矢量之间。根据开关损耗较小的原则，选择零矢量(6)所需定子磁链的轨迹P161将根据要求确定(8)空间矢量脉宽调制的实现(7)7)空间矢量脉宽调制控制模式的特性36.转差频率控制的基本思想如果气隙磁通能够保持不变，并且异步电动机的转矩在稳态运行范围内以小的S值近似与转差角频率成比例。换句话说，在保持气隙磁通不变的前提下，转矩可以通过转差角频率来控制，这是转差频率控制的基本思想。第五章指示性摘要n异步电动机的动态数学模型。转子磁链定向的异步电动机矢量控制系统定子磁链控制的异步电动机直接转矩控制系统直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较1.异步电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。异步电动机不能单独控制磁通，数学模型包含两个变量的乘积。因此，即使不考虑磁路饱和等因素，该数学模型也是非线性的。2.三相异步电动机定子的三相绕组在空间上互不相同，转子可以等效为空间上互不相同的三个绕组。绕组之间存在严重的交叉耦合。此外，每个绕组都有自己的电磁惯性。考虑到运动系统的机电惯性和转速与转角的积分关系，动力学模型是一个高阶系统。3.矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能交流电机调速系统4.在异步电动机的变压变频调速中，输入时的电压(或电流)和频率，以及输出时的转速和磁通。5.异步电动机动态模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。6.3/2转换：三相绕组可以由相互独立的对称两相绕组代替。等效原理是产生的磁动势相等。所谓的独立性意味着两相绕组之间没有约束条件，即没有约束条件，所谓的对称性意味着两相绕组在空间上彼此相差90。2s/2r变换：两相静止绕组，两相平衡交流电流流经该绕组，产生旋转磁动势。如果两相绕组被卷起，并且旋转角速度等于复合磁动势的旋转角速度，则两相绕组将通过施加直流电来产生空间旋转磁动势。根据转子磁链定向：(1)使dq坐标系与转子磁链矢量同步旋转，并使d轴与转子磁链矢量重合，即根据转子磁链定向的同步旋转坐标系mt。由于M轴与转子磁通矢量重合，因此(2)为了确保m轴和转子磁通矢量始终重合，必须