运控系统 总复习

运动控制系统运控系统总复习1运控系统总复习从直流电机转速公式分析调整转速的方法：

三种可行的调速方法：1.改变电枢回路电阻R2.改变磁通Φ3.改变电枢电压U2运动控制系统总复习调节电枢电压调速法(调压调速)保持电机磁通为额定值，不串加电枢电阻，改变电枢电压U的调速方法。结论：保持磁通为额定值且不串加电枢电阻：①改变电枢电压可线性改变电机转速。即电枢电压U降低，转速下降，机械特性曲线平行下移。②改变电枢电压机械特性硬度不变。3运动控制系统总复习V-M调速系统的特殊问题P131.触发脉冲相位控制(相控)问题用触发脉冲的相位角α控制整流电压的平均值是相控整流器的特点。注意相控整流器的两个工作状态：整流状态和有源逆变状态。回顾电力电子技术课程，如右图：t1～π期间：在t1时刻触发。输出电压ud从零跳变成ud=u2。因电感L使输出id不能突变，id从0开始增加。此期间是整流工作状态，平均值电压为正(黄色区)。π～t2期间：u2过零由正变负，由于电感L的作用,继续维持id流动，因此VT仍处于导通状态。此期间是有源逆变状态，平均值电压为负(绿色区)。4运动控制系统总复习不可逆PWM变换器P18“不可逆”：PWM变换器的输出的平均电压Ud的极性和电机转速方向不改变。IGBT导通期间：电机电枢电压Ud=ρUS，电枢电流如图中电流“1”。IGBT关断期间：电枢绕组的电感电势维持电流经VD续流如图中电流“2”。注意：续流电流不是电枢电势形成的，能量来源是电枢绕组的电感储能，电机仍是电动状态。5运动控制系统总复习双极式可逆PWM变换器的工作原理：一个驱动周期有两个阶段：以正脉宽＞负脉宽电机正转电动运行为例说明：

第1阶段(电动)：VT1、VT4被驱动导通，VT2、VT3被关断，电枢电流id沿回路1流动，电动机两端电压UAB=+Us(Us是直流电源电压)。

第2阶段(续流电动)：VT1、VT4被关断，VT2、VT3被驱动但无电流(被二极管D2、D3续流钳位)，电枢电流id沿回路2流通，电动机两端电压UAB=–Us，但-Us被电机电感电势所抵消，仍然是电动状态。若需制动或反向，负脉宽Ug2加大，续流电流一旦结束就立即进入制动状态。结论：①一个周期内电机电压有两个极性，转速方向由电枢电压平均值的正负确定。PWM频率较高，电动状态的稳速运行期间电流不会反向(不会进入制动状态)。②正脉宽＞负脉宽:正转。正脉宽＜负脉宽:反转。正脉宽=负脉宽:停转(平均电压=0)。③若需制动或反向，加宽Ug2，一旦续流结束立即进入制动状态(反向电流通道早已畅通)，也可平滑转入反向运行。6运动控制系统总复习1.开环直流调速系统2.转速单闭环直流调速系统3.转速、电流双闭环直流调速系统7运动控制系统总复习两个作业题评讲：如下图，假设系统因供电电源电压引起Ud0下降，导致转速n变化,简要分析负反馈系统对反馈环内前向通道电量Ud0下降的抑制功能。答：Udo↓→n↓→Un↓→ΔUn↑→Uc↑→Udo↑→n↑上图中，假设稳态转速＝给定值，系统测速反馈系数的α值发生变化(如变大)，简要分析系统对反馈通道参数的变化无抑制功能。答：在n＝给定值时发生α↑→Un↑→ΔUn↓→Uc↓→Udo↓→n↓偏离给定值。8运动控制系统总复习1.积分调节器和积分控制规律把单闭环直流调速系统的“P调节器”(比例放大环节)换成“I调节器”(积分环节)：换加“串联积分校正”功能。9运动控制系统总复习积分调节器如图，由运算放大器可构成一个积分电路。根据电路分析，可得：积分电路的输入、输出特性见右下图。输入量(偏差)ΔUn由于负反馈闭环逐渐减小，输出量Uc每个时刻的值＝输入ΔUn曲线与横轴所围面积，当ΔUn减小到零后输出Uc保持恒定值Uef。当ΔUn再次非零时Uc才会发生变化：

ΔUn的正面积使Uc增加。

ΔUn的负面积使减小Uc。结论：由于闭环负反馈和积分环节的作用，系统稳定时有ΔUn＝0(偏差为零),且Uc保持恒定，使电力电子装置有恒定的输出。10运动控制系统总复习双闭环系统结构框图:在单闭环的结构上增加了个闭环电流反馈(内环)

11运动控制系统总复习转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律双闭环系统对电机转速、电流进行控制，在启动、制动过程中使电机工作在最大允许的恒流状态(对恒励磁它励电机就是最大恒定电磁转矩状态)，缩短了启、制动时间，提高了系统动态响应速度。右上图以频繁正反转运行的调速系统为例，绘出了时间最优的理想工作曲线。控制规律：在启动、制动过程中电机以最大电磁转矩运行，在系统允许条件下最快地改变转速(恒加速)，转速一旦达到给定值，电磁转矩立即下降到与负载转矩平衡，进入稳态无静差运行状态。右下图是带电流截止负反馈的单闭环系统的启动过程。由于只有当电机电流超过限流值电流反馈环节才起作用，低于限流值等效为速度单闭环系统，无法使电机按最大恒流电流方式运行。12运动控制系统总复习转速、电流双闭环直流调速系统控制规律分析“转速PI”的输出量是转速偏差ΔUn曲线的“历史面积积累量”，这个量作为“电流PI”的给定值与电流反馈量比较得到电流偏差ΔUi。“电流PI”的输出量是电流偏差ΔUi曲线的“历史面积积累量”，这个量作为电力电子装置的控制量。稳态期间两个偏差ΔUi和ΔUi都均为零，两个环节维持积累量恒定输出使电力电子装置以恒压输出，驱动电机无静差地恒速转动。电机稳定运行期间若因某个扰动使转速发生变化→转速偏差ΔUn不为零→电流偏差ΔUi不为零→调整电力电子装置的输出电压→使转速得到调整。这个过程中转速偏差起主导作用，电流偏差ΔUi跟随转速偏差ΔUn变化而变化，且两个环节中的比例放大系数加速了调节。但在电机的启动、制动或负载、给定阶跃变化时，转速偏差Δun值很大，要求电机以最大转矩实现转速的快速调整，但又不能超过电机额定允许电流，即希望此期间内电机以最大允许的电流值恒流运行，期间“电流PI”就发挥主导作用，“转速PI”持续输出最大值失去调节作用，系统实际成为仅有电流反馈的闭环系统。结论：1.启动、制动动态期间，“转速PI”输出最大控制电压使电流PI能输出最大控制电压，实现电机以允许的最大电流(最大转矩)运行快速改变转速。2.“转速PI”和“电流PI”输出的最大电压值必须有个限制，保证电力电子装置和电机受限于允许的工作电压电流，实现限制的措施是给两个PI调节器加配输出双向限幅电路。13运动控制系统总复习转速、电流双闭环调速系统静特性P56一.“转速PI”不饱和的情况：

[A,B)段的控制规律：“转速PI”不饱和，静特性呈水平线，系统无静差；任何负载的稳态转速n等于空载转速n014运动控制系统总复习转速、电流双闭环调速系统静特性P57二.“转速PI”饱和的情况：“转速PI”输出达到限幅恒值U*im，其输入量的变化不再影响输出(除非有反向输入信号使调节器退出饱和)，或说饱和的“转速PI”输出量隔断了输入和输出间的联系，相当于使速度闭环断开，系统成为一个电流无静差的单电流闭环调节系统。静特性为BC垂线。[B,C]段的控制规律：“转速PI”输出限幅值，电机恒流运行(=Idm)，静特性呈垂线(电流无静差)。由于系统转速反馈已失去控制作用，系统呈过载状态。

15运动控制系统总复习转速、电流双闭环调速系统静特性P57二.“转速PI”饱和的情况(续)：在B点处负载增大的动态过程：

IdL↑(＞Idm)→Ui↑→ΔUi↓→Uc↓

→

Ud0↓→IdL↓(=Idm)。另一方面：Ud0↓→转速n↓，系统呈降压减速状态。若因n↓导致负载转矩↓,如果负载转矩降到与恒定电磁转矩平衡，则稳态转速点可停驻于BC线上某点。(Te=CmΦId，E=U-RIdm，E=CeΦn)若负载转矩增大使转速n降到C点，电力电子装置输出电压Ud0也会降到接近零，但电流恒定为Idm，电机呈“堵转”状态。16运动控制系统总复习转速检测的数字化旋转编码器P63为了获得旋转方向信息，采用双列光栅刻制，两列光栅错位90度，输出A、B两路光栅脉冲信号，相位超前或落后信息代表旋转方向。采用旋转编码器的数字测速有三种方法：M法、T法、M/T法。17运动控制系统总复习作业评讲：两相输出的旋转编码器的输出脉冲波形如下图，说明系统如何取得电动机的旋转方向信息？答：两路脉冲相位比较的超前或落后给出电机方向信息。18运动控制系统总复习两组晶闸管装置反并联可逆线路

当工艺过程要求系统的电动制动转换、正转反转切换具有快速平滑的过渡过程时，一般采用两组晶闸管装置反并联的可逆线路。

下图中设正组整流供电时电机为电动状态正转，电机机械特性坐标系中有如图的对应关系：19运动控制系统总复习两组晶闸管装置反并联可逆线路(续)

电机电动(正组供能)与电机制动(反组逆变)的能量流向和电流通路：

由图同理可知，反转电动时由反组向电机供能，而反转制动时由正组将电机能量逆变返回电源(有源逆变)。20运动控制系统总复习可逆直流调速系统:能使直流电动机正转、反转，快速起动和制动这样具有四象限运行特性的电力拖动系统，叫“可逆直流调速系统”。可逆运行实现的方式：

改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。电机采用电力电子装置供电，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。21运动控制系统总复习可逆调速系统的典型应用：电梯调速拖动系统的工作状