《电力拖动自动控制系统》学习心得

《电力拖动自动控制系统》学习心得

进入到大四我们接触到了一门新的课程叫《电力拖动自动

控制系统》，几次一果上下来发现这门课包含的内容实在是太多了，

涉及到了自动控制原理、电机拖动、电力电子和高数等多门学

科的知识，让我觉得学起来有点吃力。但经过老师的细细杭理,

使我慢慢对这门课程有了新的认识，电力拖动是以电动机作为

原动机拖动机械设备运动的一种拖动方式。电力拖动装置由电

动机及其自动控制装置组成。自动控制装置通过对电动机起动、

制动的控制，对电动机转速调节的控制，对电动机转矩的控制

以及对某些物理参量按一定规律变化的控制等，可实现对机械

设备的自动化控制。

现代运动控制已成为电机学，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。课上老师简单介绍了运动控制及其相

关学科的关系，随着其他相关学科的不断发展，运动控制系统

也在不断发展，不断提高系统的安全性，可靠性，在课上跟随

老师的思路，使我对运动控制系统有了更深刻的理解。

运动控制系统的任务是通过对电动机电压，电流，频率等

输入电量的控制，来改变工作机械的转矩，速度，位移等机械量,

使各种机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用

的需要。工业生产和科学技术的发展对运动控制系统提出了日

益复杂的要求，同时也为研制和生产各类新型的控制装置提供

了可能。在前期课程控制理论、计算机技术、数据处理、电力

电子等课程的基础上，学习以电动机为被控对象的控制系统，

培养学生的系统观念、运动控制系统的基本理论和方法、初步

的工程设计能力和研发同类系统的能力。

课堂上老师全面、系统、深入地介绍了运动控制系统的基

本控制原理、系统组成和结构特点、分析和设计方法。

运动控制内容主要包括直流调速、交流调速和伺服系统三

部分。直流调速部分主要介绍单闭环、双闭环直流调速系统和

以全控型功率器件为主的直流脉宽调运系统等内容；交流调速

部分主要包括基于异步电动机稳态模型的调速系统、基于异步

电动机动态模型的高性能调速系统以及串级调速系统；随动系

统部分介绍直、交流随动系统的性能分析与动态校正等内容。

此外，书中还介绍了近几年发展起来的多电平逆变技术和数字

控制技术等内容。《运动控制系统》既注重理论基础，又注重

工程应用，体现了理论性与实用性相统一的特点。书中结合大

量的工程实例，给出了其仿真分析、图形或实验数据，具有形

象直观、简明易懂的特点。

第一部分中主要介绍直流调速系统，调节直流电动机的转

速有三种方法：改变电枢回路电阻调运阀，减弱磁通调速法，

调节电枢电压调速法。

变压调速是是直流调速系统的主要方法，系统的硬件结构

至少包含了两部分：能够调节直流电动机电枢电压的直流电源

和产生被调节转谏的直流电动机。随着电力电子技术的发展，

可控直流电源主要有两大类，一类是相控整流器，它把交流电

源直接转换成可控直流电源；另一类是直流脉宽变换器，它先

把交流电整流成不可控的直流电，然后用PWM方式调节输出直

流电压。本章说明了两类直流电源的特性和数学模型。当用可

控直流电源和直流电动机组成一个直流调速系统时，它们所表

现车来的性能指标和人们的期望值必然存在一个不小的差距，

并做出了分析。升环控制系统无法满足人们期望的性能指标，

本章就闭环控制的直流调速系统展开分析和讨论。论述哦了转

速单闭环直流调速系统的控制规律，分析了系统的静差率，介

绍了PI调节器和P调节器的控制作用。转速单闭环直流调速系

统能够提高调速系统的稳态性能，但动态性能仍不理想，转速,

电流双闭环直流调速系统是静动态性能良好，应用最广的直流

调速系统；还介绍了转速，电流双闭环系统的组成及其静特性,

数学模型，并对双闭环直流调速系统的动态特性进行了详细分

析。

第二部分主要介绍交流调速系统。交流调速系统有异步电

动机和同步电动机两大类。异步电动机调速系统分为3类：转

差功率消耗型调速系统，转差功率馈送型调速系统，转差功率

不变型调速系统。同步电动机的转差率恒为零，同步电动机调

速只能通过改变同步转速来实现，由于同步电动机极对数是固

定的，只能采用变压变频调速。

本章介绍了基于等效电路的异步电动机稳态模型，讨论异

步电动机变压变频调速的基本原理和基频以下的电流补偿控制。

首先介绍了交流PWM变频器的主电路，然后讨论正选PWM

(SPWM),电流跟踪PWM(CFPWM)和电压空间矢量PWM(SVPWM)

三种控制方式，讨论了电压矢量与定子磁链的关系，最后介绍

了PWM变频器在异步电动机调速系统中应用的特殊问题。并讨

论了转速开环电压频率协调控制的变压变频调速系统和通用变

频器。详细讨论了转速闭环转差频率控制系统的工作原理和控

制规律，并介绍了变频调速在恒压供水系统中的应用实例。

矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的

交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁

链定向，得到等效直流电机模型，然后按照直流电动机模型设

计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值

偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合

适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。两种交

流电动机调速系统都能实现优良的静，动态性能，各有所长，

也各有不足之处。

作为一个即将踏入社会的毕业生，这学期的学习又让我充

实了不少，也给自己奠定了基础，非常感谢吕庭老师对我们的

帮助，以后进入到工作岗位一定会做到学以致用。

第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器设计方法

1、转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

(1)转速、电流双闭环直流调速系统的组成：内环和外环

结构(2)稳态结构图和静特性(3)各变量稳态工作点和稳态

参数计算(涉及的问题：稳态运行时，ASR和ACR的输入和输

出分别为多少？如作业2-2)

作业：P94,2-1.2-2>2-6

2、双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析（1）

动态数学模型（理解即可）

用传递函数耒示的双闭环直流调速系统的动态结构框图

（理解即可）

（2）起动过程分析（涉及的问题：三个阶段中，ASR和

ACR分别是饱和、不饱和、退饱和？）

电流上升的阶段恒流升速阶段转速调节阶段

（3）动态抗扰性能分析：主要是抗负载扰动和抗电网电压

扰动的性能

（涉及的问题：负载扰动靠哪个环来抑制？抗电网电R扰

动靠哪个环来抑制？）（4）转速和电流两个调节器的作用（详

见教材59页解释）

（涉及的问题：两个调节器都具有输出限幅功能，其输出

限幅值都由什么来决定的）

（涉及的问题：ASR和ACR处于饱和与非饱和状态下的稳

态参数计算问题，如作业中2-7.2-8）作业：P95,2-5.2-6、

2-7、2-8（5）调节器的工程设计方法：

典型系统及其相应的性能指标

典型I、II型系统的传递函数（掌握）、开环对数频率特

性（理解即可）

控制系统的动态性能指标：跟随性能指标和抗扰性能指标

的基本概念（掌握）典I、II型系统动态性能指标与参数的关

系：

典I系统跟随性能指标与参数的关系：（注意KT=O.5的参

数关系与性能）

典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系：只是分析?一

种特定扰动下（该扰动所处位置为双闭环

调速系统中电流环中电网电压变化的扰动点）与参数的关

系（理解即可）典II系统跟随性能指标与参数的关系：（注意

h=0.5的参数关系与性能）

典型H型系统抗扰性能指标和参数的关系：只是分析了一

种特定扰动下（该扰动所处位置为双闭环

调速系统中的负载扰动）与参数的关系（理解即可）

典型I、n型系统在动态性能（如超调量、抗扰性能）上

的主要差别（详见教材71页解释）按工程设计方法设计ASR和

ACR

双环系统的动态结构图（理解即可）双闭环系统的设计步

骤：先内环、后外环先设计ACR：

电流环的简化（理解即可）ACR的选择（选PI调节器）

将电流环校正成典型I型系统（注意校正过程：比例微分

环节与惯性环节的对消）再设计ASR：

电流环与转速滤波环节的近似成一阶惯性环节（理解即可）

ASR的选择（选PI调节器）转速环组成典型H型系统

作业：P95,2-133、转速