电力拖动自动控制系统-运动控制系统：第1章 绪论

电力拖动自动控制系统——运动控制系统

第一章绪论

中国地质大学自动化学院自动控制系2目录生产机械的负载转矩特性运动控制系统转矩控制规律运动控制系统及其组成课程介绍运动控制系统的历史与发展2024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院课程学时

48学时考核方式

闭卷考试平时作业及考勤 10%

实验20%

期末考试70%课程介绍32024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院主讲教材电力拖动自动控制系统－运动控制系统（第4版）——阮毅陈伯时机械工业出版社参考教材电力拖动控制系统－运动控制系统——李华德主编电子工业出版社运动控制系统——阮毅陈维钧主编清华大学出版社电力拖动与运动控制系统（第2版）——罗飞郗晓田等编著化学工业出版社4课程介绍2024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院1.1运动控制系统及其组成5电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转换运动控制系统——通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量2024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科以各类电动机为控制对象以计算机和其他电子装置为控制手段以电力电子装置为弱电控制强电的纽带以自动控制理论和信息处理理论为理论基础以计算机数字仿真和计算机辅助设计（CAD）为工具知识领域：控制理论知识领域：电力电子与功率变换技术知识领域：电机学知识领域：信号检测与数据处理技术运动控制系统及其组成1.1运动控制系统及其组成62024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院

运动控制系统的控制对象-电动机1.1运动控制系统及其组成按类型分类直流电动机——结构复杂、有电刷和换向器交流感应电动机（交流异步电动机）——结构简单同步电机——转速与电源同频，机械特性硬按用途分类拖动电动机伺服电动机72024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院1.1运动控制系统及其组成直流电动机——结构复杂、有电刷和换向器82024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院1.1运动控制系统及其组成交流感应电动机（交流异步电动机）——结构简单92024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院1.1运动控制系统及其组成同步电机——转速与电源同频，机械特性硬102024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院应用于相控整流、有源逆变无源逆变、直流PWM调压需要强迫换流电路

电力电子型功率放大与变换装置的发展趋势:半控型向全控型发展低频开关向高频开关发展分立器件向复合功率模块发展1.1运动控制系统及其组成112024/1/4

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典型器件晶闸管（SCR）——半控型、门极触发开通MOSFET、IGBT、GTO——全控型、高开关频率复合功率模块——具有驱动、保护等功能以运放及相应电气元件为基础的模拟控制器物理概念清晰，控制信号流向直观控制规律体在硬件电路线路复杂、通用性差，控制效果受器件性能、温度等因素影响并行运行，控制器的滞后时间很小1.1运动控制系统及其组成122024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院以微处理器为核心的数字控制器:硬件电路标准化程度高、没有器件温度漂移控制规律体在软件上，修改灵活、方便拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能串行运行方式，滞后时间比模拟控制器大得多，在设计中应予以考虑1.1运动控制系统及其组成132024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院信号检测（传感器）电压、电流、转速和位置等信号，可以是离散或连续信号信号转换电压匹配、极性转换、脉冲整形等，以及AC/DC数据处理（去伪存真）信号滤波1.1运动控制系统及其组成142024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院模拟滤波数字滤波152024/1/4中国地质大学（武汉）自动化学院1.2运动控制系统历史与发展80%为不可调速交流电动机；20%为高性能可调速直流电机直流电动机电力拖动与交流电动机电力拖动出现电力电子技术与微电子技术促进交流调速系统兴起19世纪中叶20世纪前期20世纪后期交流调速取代直流调速成为主要趋势21世纪直流调速系统直流电动机的数据模型简单，转矩易于控制。其换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比1.2运动控制系统历史与发展交流调速系统交流电动机（成尤其是笼型感应电动机）具有结构简单等诸多优点

动态数学模型具有非线性、多变量、强耦合的性质，比直流电机复杂得多162024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院交流调速系统

早期：基于稳态模型的交流调速系统动态性能无法与直流调速系统相比

现状：基于动态模型的高动态响应交流调速系统：矢量控制系统、直接转矩控制系统——控制结构简单，高动态响应1.2运动控制系统历史与发展同步电动机交流调速系统

同步电动机的转速与电源频率严格保持同步，机械特性硬；电力电子变频技术的发展，可以方便的改变电源的频率。172024/1/4

中国地质大学（武汉）自动化学院无速度传感器控制、智能控制技术（模糊控制、专家控制、神经网络等）182024/1/4中国地质大学（武汉）自动化学院运动控制系统的基本运动方程:忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩,1.3运动控制系统转矩控制规律——机械转动惯量（kg.m2）——转子的机械角速度（rad/s）——转子的机械转角（rad）——电磁转矩（Nm）——负载转矩（Nm）——阻转矩阻尼系数——扭转弹性转矩系数采用工程单位制——转动惯量、飞轮力矩（Nm2），——转子的机械转度（r/min），G:转动部分质量D:转动部件直径转矩控制是运动控制的根本问题要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩磁链控制同样重要为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机的铁芯，在一定电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）1.3运动控制系统转矩控制规律192024/1/4

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原则——基速（额定转速）以下采用恒磁通（磁链）控制，基速以上采用弱磁控制调压控制恒转矩负载——负