运动控制系统复习知识点总结

1、文档编码 : CQ7H9E6T9Q8 HJ7Z2C9P2G10 ZB9T3I2H9C21 运动把握系统的任务是通过对电动机 电压、电流、频率 等输入电量的把握,来转变工作机械 的转矩、速度、位移 等机械量,使各种工作机械按人们期望的要求运行,以中意生产工艺及其 他应用的需要； （运动把握系统框图）2. 运动把握系统的把握对象为电动机 ,运动把握的目的是把握电动机的转速和转角,要把握转速和转角,唯独的途径就是把握电动机的电磁转矩,使转速变化率按人们期望的规律变化；因 此, 转矩把握 是运动把握的根本问题；第 1 章 可控直流电源 - 电动机系统内容提要相控整流器 - 电动机调速系统 直流 PWM

2、变换器 - 电动机系统 调速系统性能指标1 相控整流器 - 电动机调速系统原理 2. 晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104 以上,其门极电流可以直接用电子把握；（2）晶闸管的把握作用是毫秒级的,系统的动态性能得到了很大的改善；晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的,给电机的可逆运行带来困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与 di/dt都特别敏捷,超过答应值时会损坏晶闸管；在沟通侧会产生较大的谐波电流,引起电网电压的畸变；需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置；系统机械特 4. 最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间,它与沟通电源频率和晶闸管

3、整流器的类型有关；5. （ 1）直流脉宽变换器依据 PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不行逆两大类（2）简洁的不行逆 PWM变换器 - 直流电动机系统（3）有制动电流通路的不行逆 PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆 PWM变换器（5）双极式把握的桥式可逆 PWM变换器的优点双极式把握方式的不足之处（6）直流 PWM变换器 - 电动机系统的能量回馈问题” ；（7）直流 PWM调速系统的机械特性 6.生产机械要求电动机在额定负载 情形下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范畴 ,用字母 D来表示（ D的表达式）当系统在 某一转速 下运行时,负载由理想空载 增加到 额定值 时电动机转速的变化率,

4、称为静差率 s；D与 s 的相互约束关系对系统的调速精度要求越高,即要求s 越小,就可达到的D必定越小；当要求的 D越大时,就所能达到的调速精度就越低,即s 越大,所以这是一对冲突的指标；其次章要闭环把握的直流调速系统内容提转速单闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统 调剂器的设计方法 1. 异步电动机从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是机械轴上输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差功率；. 异步电动机按调速性能分类第一类基于稳态模型,动态性能要求不高,例如转速开环的变压变频调速系统和转速闭环的转差频率把握系统；而另一 类就基于动态模型,动态性能要求高,例如矢量把握系统

5、和直接转矩把握系统；同步电动机的调速：同步电动机的转差率恒为零,从定子传入的电磁功率全部变为机械轴上输 出的机械功率,只能是转差功率不变型的调速系统；同步电动机的调速只能通过转变同步转速来实现,由于同步电动机极对数是固定的,只能接受变压变频调速；2. 反馈把握的基本思想 3. 开环与闭环调速系统的区分：1 差率约束下,闭环系统的调速范畴为开环系统的（1+K）倍 4. 反馈把握规 律 5. 电流截止负反馈；6. 积分把握规律和比例把握规律的区分在于：；7. 在阶跃输入作用之下,比例调剂器的输出可以马上响应,而积分调剂器的输出只能逐步地 变化,调速系统一般应具有快与准的性能,即系统既是静态无差又具

6、有快速响应的性能；实现的方法是把比例和积分两种把握结合起来,组成比例积分调剂器（PI）；8. 对于经常正、反转运行的调速系统,应尽量缩短起、制动过程的时间,完成 时间最优把握；即在过渡过程中始终保持转矩为答应的最大值,使直流电动机以最大的加速度加、减速；到达 给定转速时,马上让电磁转矩与负载转矩相平稳,从而转入稳态运行；9. （ 1）双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波（2）双闭环系统在起、制动过程中,电流闭环起作用,保持电流恒定,缩小系统的过渡过程时间；一旦到达给定转速,系统自动进入转速把握方式,转速闭环起主导作用,而电流内环就起跟随作用,使实际电流快速跟随给定值（转速调剂器的输出）（3

7、）系统的静特性,以保持转速恒定；当转速调剂器不饱和时表现出来的静特性是转速双闭环系统的静特性,表现为转速无静差；转速调剂器饱和时表现出来的静特性是电流单闭环系统的静特性,表现为电流无静差,电流给 定值是转速调剂器的限幅值；（4）转速调剂器的作用归纳为 电流调剂器的作用归纳为 10 香农（ Shannon）采样定理规定：假如随时间变化的模拟信号的最高频率为 fmax ,只要按 采样频率进行采样,就取出的样品序列就可以代表（或复原）模拟信号 照 f2fmax 11. 常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间、超调量和调剂时间,12. 为了使系统对阶跃给定无稳态误差,不能使用0 型系统,至少是型系统；当

8、给定是斜坡输入时,就要求是型系统才能实现无稳态误差；两种系统的比较典型 I 型系统和典型型系统在稳态误差上有区分；典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小,但抗扰性能稍差；典型型系统的超调量相对较大,抗扰性能却比较好；这些是设计时选择典型系统的重要依据；电流调剂器的设计接受 I 型系统 设计分为以下几个步骤：1. 电流环结构图的简化 简化内容忽视反电动势的动态影响 等效成单位负反馈系统小惯性环节近似处理 2. 电流调剂器结构的选择 3. 电流调剂器的参数运算 4. 电流调剂器的实现 设计举例：1. 电流环的设计 确定时间常数整流装置滞后时间常数Tsi电流滤波时间常数ToiT电流环小时间常数之

9、和选择电流调剂器结构要保证稳态电流无差,可按典型I 型系统设计电流调剂器；电流环把握对象是双惯性型的,用 PI 型电流调剂器；运算电流调剂器参数 电流调剂器超前时间常数 电流环开环增益 KI ACR的比例系数 Ki 校验近似条件 电流环截止频率 中意晶闸管整流装置传递函数的近似条件：中意忽视反电动势变化对电流环动态影响的条件：中意电流环小时间常数近似处理条件 12. 异步电动机 T 型等效电路异步电动机简化等效电路27A异步电动机的机械特性 s n0n1T emT e0sm128. 变压变频调速是转变同步转速的一种调速方法,同步转速随频率而变化 基频以下调速原理：恒压频比把握：基频以上调速 2

10、8 基频以下电流补偿把握：基频以下运行时,接受恒压频比的把握方法具有把握简便的优点,但负载的变化将导致磁通的转变,因此接受定子电流补偿把握,依据定子电流的大小转变定子电压,可保持磁通恒定；小结：A.恒压频比把握最简洁实现,它的变频机械特性基本上是平行下移,硬度也较好,能够中意一 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 B.恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的把握方式均需要定子电流补偿,把握要复杂一些；C.恒定子磁通和恒气隙磁通的把握方式虽然改善了低速性能；但机械特性仍是非线性的,产生 转矩的才能仍受到限制；D.恒转子磁通的把握方式,可以得到和直流他励电动机一样的线性机械

11、特性,性能正确；29. 异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的沟通电源,常用的沟通可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器,一般称为变频器；间接变频 : 先将恒压恒频的沟通电整成直流电,再将直流电逆变成电压与频率均可调的沟通,直接变频 ; 将恒压恒频的沟通电直接变换为电压与频率均可调的沟通电,无需中间直流环节30. 交- 直-交变频器主回路结构图BCMO+U2O A+U2基本思想：把握逆变器中电力电子器件的开通或关断,输出电压为高度相等、宽度按确定规律变化的脉冲序列,用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压31. 以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波（Modulation wa

12、ve）,以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave）,当调制波与载波相交时,由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻,从而获得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列,这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse Width Modulation,简称 SPWM32. 三相 PWM逆变器双极性SPWM波形34 电流跟踪PWM（CFPWM,Current Follow PWM）的把握方法是：在原先主回路的基础上,采用电流闭环把握,使实际电流快速跟随给定值,在稳态时,尽可能使实际电流接近正弦波形,这就能比电压把握的 SPWM获得更好的性能；它是以正弦波电流

13、为把握目标的U d 2* AiAiHBC2h-1VT 14VD 1AVTVD4Ud24-13 电流滞环跟踪把握的 A 相原理图 4-14 电流滞环跟踪把握时的三相电流波形与相电压 PWM波形 电流跟踪把握的精度与滞环的宽度有关,同时仍受到功率开关器件答应开关频率的制约；当环 宽选得较大时,开关频率低,但电流波形失真较多,谐波重量高；假如环宽小,电流跟踪性能 好,但开关频率却增大了；实际使用中,应在器件开关频率答应的前提下,尽可能选择小的环 宽35. 把逆变器和沟通电动机视为一体,以圆形旋转磁场为目标来把握逆变器的工作,这种把握方法称作“ 磁链跟踪把握” ,磁链轨迹的把握是通过交替使用不同的电压

14、空间矢量实现的,所以 又称“ 电压空间矢量 PWM（SVPWM,Space Vector PWM ）把握” ；（1）电压与磁链空间矢量的关系su2s 2s 31s 1us 1us4su 21us 1Osu 4Os 4s3su 3u图 4-17 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹图 4-18 电压矢量圆轨迹（2）零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的冲突；（3）. 按空间矢量的平行四边形合成法就,用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量,这就是电压空间矢量 PWM（SVPWM）的基本思想；所谓等效是指在一个开关周期内,产生的定子磁链的增量近似相等；通常以开关损耗较小和谐波重量较小为

15、原就,支配基本矢量和零矢量的作用次序,一般在削减 开关次数的同时,尽量使 PWM输出波型对称,以削减谐波重量；（4）零矢量集中的实现方法依据对称原就,将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后, 安放在开关周期的首端和末端,把零矢量的作用时间放在开关周期的中间,并按开关次数最少的原就选择零矢量；（5）零矢量分布的实现方法将零矢量平均分为4 份,在开关周期的首、尾各放1 份,在中间放两份,将两个基本电压矢量的作用时间、平分为二后,插在零矢量间；按开关损耗较小的原就,选取零矢量（6） 会依据要求判别期望定子磁链的轨迹 P161（8）SVPWM的实现（7）SVPWM把握模式的特点 36. 转差频率把握

16、的基本思想如能够保持气隙磁通不变,且在 角频率成正比；s 值较小的稳态运行范畴内,异步电动机的转矩就近似与转差也就是说,在保持气隙磁通不变的前提下,可以通过转差角频率来把握转矩,这就是转差频率 把握的基本思想；第 5 章内容提要异步电动机动态数学模型异步电动机按转子磁链定向的矢量把握系统异步电动机按定子磁链把握的直接转矩把握系统直接转矩把握系统与矢量把握系统的比较1.异步电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统；异步电动机无法单独对磁通进行把握,在数学模型中就含有两个变量的乘积项,因此,即使不考虑磁路饱和等因素,数学模型也是非线性的；2.三相异步电动机定子三相绕组在空间互差,转子也可等效为

17、空间互差三个绕组,各绕组间存在严肃的交叉耦合；此外,每个绕组都有各自的电磁惯性,再考虑运动系统的机电惯性,转速与转角的积分关系等,动态模型是一个高阶系统；3. 矢量把握和直接转矩把握是两种基于动态模型的高性能的沟通电动机调速系统4. 异步电动机变压变频调速中,输入时电压（或电流）和频率,输出是转速和磁通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 变换： 三相绕组可以用相互独立的对称两相绕组等效代替,等效的原就是产生的磁动势相等；所谓独立是指两相绕组间无约束条件,即不存在约束条件,所谓对称是指两相绕组在空间互差90 ；产生旋转磁动势；假如令两相绕组转2s/

18、2r变换： 两相静止绕组, 通以两相平稳沟通电流,起来,且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度,就两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势41 按转子磁链定向： （1）令 dq 坐标系与转子磁链矢量同步旋转,且使得 d 轴与转子磁链矢量重合,即为按转子磁链定向同步旋转坐标系mt；由于 m轴与转子磁链矢量重合,就（2）为了保证 m轴与转子磁链矢量始终重合,必需使50 通过按转子磁链定向,将定子电流分解为励磁重量和转矩重量,使转子磁链仅由定子电流励磁重量产生,实现了定子电流两个重量的解耦；而电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩重量的乘积,因此,按转子磁链定向同步旋转坐标系中的异步电动机数学模型与直流电动机动态模型相当；依据定子磁