重庆大学运动控制复习主要知识点

1、第二章1. 直流调速系统用的可控直流电源（1）相控整流器（ AC-DC） 晶闸管整流器 -电动机系统（ V-M 系统） 原理： 调节控制电压 ? ?，改变触发脉冲相位， 改变整流器输出瞬时电压， 平均电压 ? ?随之改变存在问题： 1）轻载时，深度调速时可能产生电流断续，导致特性严重非线性进而 影响调速品质 2）晶闸管单向导电， 导致电动机可逆运行困难3）基于门极移相触发控制， 低速运行时功率因数变差， 产生较多谐波， 引起电 网电压畸变解决方法：（1.1）增加整流电路相数，或采用多重化技术； （1.2）设置电感量足够大的平波电抗器；整流装置模型：一阶惯性环节 W?（?） ? ?1+?（2）P

2、WM 变换器（ DC-DC）直流脉宽调速系统 原理： 用脉冲宽度调制的方法， 把恒定的直流电源电压调制成频率一定、 宽度可变 的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速带制动不可逆 PWM 变换器调速： P18 图（ a），分为 4 个阶段： 正向电动：（条件 ?> ?/2使? ?> ?）（1）0 t ?，? VT1 导通，电流流向 1（2）?t T， VT1关断，电流 VD2 续流，电流流向 2 正向制动：（条件 ?< ?/2使? ?< ?）（3）0 t ?，? VT2关断， VD1 续流，电流流向 4 电源回馈制动 （4）?t T，VT2 导通

3、，电流流向 3 能耗制动 特：轻载电动状态（电流小，关断后未到周期T 已衰减到 0，提前导通，电流方向发生变化）（ 1） VD1续流，电流 id 沿回路 4 流通；（ 2） VT1导通，电流 id 沿回路 1 流通；（ 3） VD2续流，电流 id 沿回路 2 流通；（ 4） VT2导通，电流 id 沿回路 3 流通。2. 性能指标及机械特性1）2）调速范围 D：电动机提供 最高转速 和最低转速 之比， D = ?调速系统的调速范围 指在最低速时还能满足所需静差率的调速范围静差率 s：某转速下运行， 负载由理想空载增加到额定值所对应 转差降落 与理论空载转速之比 s= ?0?系统静差率指标 应

4、以最低速度时所能达到数值为准s越小，系统能允许的调速范围也越? ?0-? ? ?n = ?0? = ?- ?调速范围与静差率关系：对静差率要求越严格，即小 D =?(1-?)4）开环调速 电力电子变换器： ?0 = ? ? 电动机3.转速反馈控制的直流调速系统（1）静特性：表示闭环系统电动机 转速 与负载电流 （或转矩）间的 稳态关系静特性方程：? ? ?n= ?(?1+?)? - ?(?1?+?) ?= ?- ?, ?= ?, ?= ?开环放大系数：K=? 相当于反馈断开的输出到输入各环节放大系数乘积?电动机放大系数： ?= ?2）开环系统机械特性与闭环系统静特性的关系开环系统机械特性方程可

5、以写成：?n =? - ?闭环系统静特性比开环系统静特性硬得多1）?转速降落 ? ?=? ?1?+?，? 1+k倍关系 2）同一个 ?0 值的开环和闭环系统，闭环系统静差小得多?=? 1?+?3）3）4）静差率一定，闭环系统可大大提高调速范围?=? （1 + ?）?以上三点优势，需要 K 足够大，即设置放大器及检测与反馈装置 反馈控制规律： 1）比例反馈是有静差的控制系统2）抵抗扰动，服从给定 3）系统精度依赖于给定和反馈检测的精度 比例闭环调速系统稳定性?（?+? ）+? ?2?2?1K <?= ?, ? = 375?, ?= ?5）6）7）比例，积分控制特点，有无静差的概念有静差系统

6、：自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差 比例特点：迅速响应，但有稳态误差 （只取决于当前输入偏差） 积分特点：消除稳态偏差，但响应缓慢（包含偏差全部历史） ，可以在误差为 保持终值，即在无静差情况下保持恒速运行，实现无静差调速PI调节器则综合比例和微分的优点阶跃给定输入稳态误差1）0 型系统对于阶跃给定输入稳态有差有差调速系统2）1 型系统对于阶跃给定输入稳态无差无差调速系统 电流截止负反馈（自动限制电枢电流的环节） 这种应用只在起动和堵转时存在， 正常运行时消失， 让电流随负载增减而变化， 电流达到一定程度才出现的电流负反馈叫电流截止负反馈?（?+?）?n = ? ?（1

7、+?）0 时，这种?(?+? ? ? ?)?(1+?)第三章1.双闭环系统结构及静特性（1）引入电流闭环的原因：转速反馈（单闭环系统） ，用 PI 调节器实现稳态无静差，电流 截止负反馈限制电枢电流， 但不能理想控制电流 （实际希望电流保持恒定最大值启动）（2）闭环结构：外环转速环，内环电流环均采用 PI 调节器限幅：转速调节器（ ASR）决定电流给定的最大值 电流调节器（ ACR）决定了电力电子变换器的最大输出值调节器工作状态：饱和：输入量不在影响输出（开环） 电流调节器工作在不饱和 不饱和： PI 作用使输入偏差电压在稳态时趋于零2.动态过程（ 1）第一阶段（ 0?1?） ? < ?

8、，? 电机不动； ? ?，?电机起动，转速增长较慢，电枢电流?迅速上升到 ?,?,?电流调节器压制 ?增长标志此阶段结束ASR很快进入并保持饱和状态， ACR一般不饱和（ 2）第二阶段（ ?1?2） ?恒定，转速成线性增长 ASR始终饱和， ACR不饱和 ?无法到达 ?的原因： ACR为 PI 调节器，可消除阶跃静差，但不能消除斜坡静差， 电流闭环扰动为电机反电动势（斜坡扰动量）（ 3）第三阶段（ ?2?以后） 到给定转速，偏差为零，由于积分作用，转速继续上升，超速后ASR输入为负， ?和?迅速下降，只要 ?> ?，? 转速继续上升到?= ?，?转矩 ?= ?，? 电机开始在负载阻力下减

9、速直道稳态 ?< ?情? 况：当电流小于负载电流时，电机才能降速（ 4）启动过程 3 个特点： 1）饱和非线性 2）转速超调 3）准时间最优控制（ 5）抗扰动分析：抗负载扰动：靠ASR来产生作用（ ACR之外）抗电网电压扰动：电流反馈可及时调节3. 转速调节器，电流调节器的作用（1）转速调节器：1）调速系统主导调节器，转速 n 很快跟踪 ? ?变化，稳态时减小转速误差2）对负载变化其抗扰动作用3）输出幅限决定电动机允许最大电流（2）电流调节器1）作用是使电流紧紧跟随给定电压? ?的变化2）对电网电压波动起及时抗扰动的作用3）动态过程中获得电机最大允许输出电流，加快动态过程4）电机过载或堵

10、转时，限制电枢电流最大值，起快速自动保护作用第四章1.直流 PWM 可逆调速系统（1）桥式可逆 PWM 变换器运行 正向电动运行状态1）第一阶段：VT1和 VT4导通，VT2和 VT3截止，电流流向1 号线，?=+?2）第二阶段：VT1和 VT4截止，VD2 和 VD3 续流，电流流向2 号线，? ?=-?正向制动运行状态1）第一阶段：VT2和 VT3截止，VD1 和 VD4 续流，电流流向4 号线，? ?=+?2） 第二阶段： VT2和 VT3导通， VT1和 VT4保持截止， 电流流向 3号线， ?= -? 2）正向电动，正向制动，轻载时输出电流、电压波形 3）双极式控制的桥式可逆 PWM

11、 变换器优缺点优点： 1）电流一定连续 2 ）可使电动机四象限运行 3）电动机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区 4）低速平稳性好， 调速范围大 5）低速时， 每个脉冲器件驱动脉 冲较宽，有利于保证器件的可靠导通 缺点：工作过程中，四个开关器件都可能出于开关状态，开关损耗大，而且可能发生 上下桥臂直通的事故2.V-M 可逆直流调速系统 （1）对于相控整流器：1）< 90°，晶闸管处于整流状态 电动机工作在第一象限 2）> 90°，晶闸管处于逆变状态 电动机工作在第四象限 （2）两组晶闸管反并联的整流和逆变1）正组整流电动运行： VF处整流状态， ?< 90

12、 °，?0?> ?，n > 0 2）反组晶闸管逆变状态： VR逆变状态， ?> 90°，|?0?|?< ?，n < 0（3）环流问题1）什么是环流： 两组装置 （VF 和 VR）同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两 组晶闸管流通的短路电流，称为环流2）环流的分类：（1）静态环流： 1）直流平均环流：晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流 2）瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因波形不同， 瞬时电压差仍会产生脉动的环流（2）动态环流：可逆 V-M 处于过渡过程中的环流 2）解决环流问题：（1）= 配合控制：使 ? ?0?=

13、 -? ?0?，? 可消除直流平均环流，仍会产生 瞬时脉动 环流 >设 4 个环流电抗器 ?1，?2，?，3 ?4，以及更大 ?（2）逻辑控制的无环流可逆系统：当可逆系统中一组晶闸管工作时（不论是整流 工作还是逆变工作） ，用逻辑关系控制使另一组处于完全封锁状态。即没有直 流平均环流，也没有瞬时脉动环流第五章1.异步电动机稳态数学模型（ 1）机械特性：公式不要求， ?与电压，极对数成正比，电源角频率成反比 图 5-3 ，形状需要记忆，横轴转矩，纵轴转速（ 2）调速方法：改变机械特性参数 1）电动机参数 2）电压电源 3）电源频率（3）异步电动机气隙磁通有效值： ?= 4.44?1? ?

14、?气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值?1?电源频率?定子每相绕组串联的匝数 ?每极气隙磁通量 忽略定子绕线绕组和漏感抗压降后，? ? ? ?2.异步电动机调压调速 了解 （1）基本特征：保持电源频率，只改变定子电压，同步转速保持为额定值不变（属于弱磁 调速），临界转矩随 ?减小而成二次方地下降 图 5-5 机械特性 （ 2）实现： 通过增大转差功率， 减小输出功率来降低转速， 转差功率消耗在转子电阻上 （转 差功率消耗型）3.变压变频基本原理 特别关注 （1）基本原理： 交流调速希望 ? ?为恒值 （如果磁通太弱， 没有充分利用电机的铁心， 是一 种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，

15、从而导致过大的励磁电流， 严重时会 因绕组过热而损坏电机） ，由 ?= 4.44?1?，控制好 ?和?1?，便可达到控 制气隙磁通 ? ?的目的。 简答题：为什么要做变压变频？ ? ?（ 2）基频以下调速： 恒压频比调速 ?= 常值（电动势较高时， 忽略定子绕组的漏磁阻抗， 认为定子相电压 ?；低频时 ，定子绕组和漏磁阻抗的值不能再忽略，人为提升 定子电压，补偿定子阻抗压降）（ 3）基频以上调速：弱磁调速（频率升高，定子电压受限不能提高）控制特性图 5-10（4）转差功率不变型：1）基频以下： ? ?不变，输出转矩基本不变，?= s? = ?1?3?2?（?）2转差功率与转速无关，故称转差功率

16、不变型2）基频以上： ?= s? = ?1?3?2?2?1 ，?2?12 常数 ，转差功率基本不变 分析：为什么变压变频是转差功率不变型的调方式？（5）三种磁通控制 1）恒定子磁通：补偿定子电阻压降，保持?/?1 为常值临界转矩， 临界 转差率大于恒 ? ?/?1（转差率减小） 2）恒气隙磁通：补偿定子电压和定子漏抗，保持?/?1为常值临界 转差率和临界转矩更大，机械特性更硬（转差率减小）3）恒转子磁通：补偿定子电压、定子漏抗和转子漏抗压降，维持? ?/?1为常值完全是一条直线（图 5-13）分别补偿什么，补偿使哪种磁通恒定，定性知道4. 电力电子变压变频器（交 -交变频器和交 -直 -交变频

17、器）（1）交-直-交 PWM变频器（2）正弦波脉宽调制（ SPWM）技术 重点 调制波：与期望输出电压波形相同的 正弦波 载波：以频率比期望高得多的等腰 三角波 作为载波 它们的交点确定逆变器开关器件的通断时间， 从而获得幅值相等、 宽度按正弦规律变 化的脉冲序列（3）消除指定次谐波的 PWM （SHEPWM）控制技术 不要求 （ 4）电流跟踪 PWM（CFPWM）控制技术 跟踪精度与滞环宽度有关，受开关频率限制 宽度 2h 较大时，开关频率低，电流波形失真多，谐波分量高 宽度小，开关频率高，实际使用中在开关频率允许下，尽量选择较小的环宽（ 5）电压空间矢量（ SVPWM）控制技术（磁链跟踪控

18、制技术）考一些常识， SPWM 载波调制波分别什么波形， CFPWM精度与什么有关？ 5. 转差频率控制（ 1）转差频率的概念： 在保持气隙磁通不变的前提下， 可以通过控制 转差角频率 来控制 转 矩，（保持气隙磁通不变，在 s 值较小的稳态运行范围内，异步电动机的转矩就近似 与转差角频率成正比） 目的是控制转矩， 一定条件下， 转矩与转差频率成正比， 控制 好转差频率即控制好转矩，需要满足的基本条件是什么？ （ 2）为什么使用转差频率控制： 1）转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但 静、动态性能不够理想 2）采用转速闭环控制可提高静、 动态性能，实现稳态无静差第六章1.三相异步电动机动态模型（1）定性：是一个高阶、非线性、强耦合的多变量