电气传动计算机控制.ppt

1、电气传动计算机控制,第一章 概述,1.1电气传动技术概要 1.2电气传动微机控制系统的特点 1.3电气传动微机控制的基本结构,1.1.1电气传动技术,电气传动技术以运动机械的驱动装置电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的旋转运动或往复运动。电气传动系统亦即运动控制系统。 1.把转速作为被控参数的称为调速系统。 2.把直线位移或角位移作为被控参数称为位置随动系统。 3.带动工作机械的原动机是直流电动机，则称为直流电气传动。 4.带动工作机械的原动机是交流电动

2、机，则称为交流电气传动。,1.1电气传动技术概要,1.1.1电气传动技术,通信、计算机、软件等信息（大脑、神经） 电气传动技术（肌肉和骨骼） 机器（四肢）,1.1电气传动技术概要,1.1.2电气传动系统的特点,适用功率范围极宽。目前,单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦。 具有宽广的转速范围。转速从每小时几转到每分钟几十万转，调速范围在无变速机构的情况下可达1：10000。 电动机的种类繁多，可以很方便地与各种各样的负载配合。 采用不同的电动机，电气传动装置几乎适用于任何工作条件。 电气传动装置可以立即启动并在极短的时间内加上全负荷，既不需要预热，也不需要中途加油，与其它原动机相比，对维护的需求

3、也是适度的。 可以获得良好的动态特性和极高的稳速精度、定位精度。 可实现四象限运行而不需要专门的可逆齿轮装置。 电动机空载损耗小，效率高，通常具有相当大的短时过载能力。,1.1电气传动技术概要,1.2.1连续控制系统,电气传动经历了从恒速到调速、从低性能到高性能、从单机独立传动到多机综合协调传动的发展过程，基于反馈控制理论，由模拟电子电路构成，以直流电气传动为代表的连续控制系统的发展，改变了电气传动的面貌。然而，连续控制系统中由模拟电路组成的PID调节器，由于校正参数不便调整，且一经确定后便不易改变，因而对控制对象的适应能力差，难于实现各种新的控制策略和控制方法。用模拟控制装置对交流电动机进行

4、控制，就更难满足要求。此外，模拟电路对状态量的检测精度不高，使连续控制系统的控制性能不易提高；模拟式元器件集成度不高，也使硬件结构复杂，影响到控制装置的可靠性。由于上述原因，连续控制系统制约了电气传动特别是交流电气传动的发展。,1.2电气传动微机控制系统的特点,1.2.2数字控制系统,随着微电子技术的发展，微型机功能的不断 提高以及电力电子技术、计算机控制技术的发展， 电气传动领域出现了以微型机为核心的数字控制系 统，微型机的采用不仅极大地推动了作为研究热点 的交流电气传动的迅猛发展，也给直流电气传动的 发展注入了新的活力，使电气传动进入了更新的发 展阶段。,1.2电气传动微机控制系统的特点,

5、1.2.2.1微机控制的电气传动优点,对被控对象电动机的各种状态量可实现快速、宽范围、高分辨率、高精度的检测，为高性能传动系统的实现提供了基本条件。 由微机控制的各类电力电子功率变换装置可以使电动机有接近理想的可控供电电源，为提高传动系统的性能提供了保证。 以微机为核心的控制装置可以完成包括复杂计算和判断在内的高精度的运算、变换和控制。软件的模块化结构可以方便地对应用程序实时增加、更改、删减，当实际系统变化时也可彻底更新。软件控制的这种灵活性大大增强了控制器对被控对象的适应能力，使各种新的控制策略和控制方法得以实现。 和模拟电路不一样，数字电路完全不存在漂移问题，也不存在参数变化的影响，采用适

6、当的定标可以避免溢出问题(上溢出和下溢出)。,1.2电气传动微机控制系统的特点,1.2.2.1微机控制的电气传动优点,使用微机可显著改善和提高控制装置的可靠性。集成电路和大规模集成电路的平均无故障时间大大长于分立元件电子电路。当然，要保证微机的硬件设计正确，使它的所有额定值(例如温升)都保持在安全限制之内。如有必要，可选用具有较大温度适用范围的高级别的元器件。此外，还需采用必要的抗干扰措施。 精心设计的微机控制装置能降低硬件成本。速度更快、功能更完善的新一代微机的不断涌现，此优点将变得越来越明显。体积小、重量轻、耗能少是它们附带的共同优点。 分散独立的电气传动系统的微机控制有利于和总的工业控制

7、系统中的主计算机联机。 进行监视、预警、故障诊断和数据采集，有利于对可能发生的故障进行分析和处理。,1.2电气传动微机控制系统的特点,1.2.2.2微机控制的电气传动缺点,尽管微机的计算精度可以很高，但却受到其位数以及输入、输出量的分辨率的限制。例如，当通过模数转换获得输入量时，存在着一定的采样和量化误差。增加位数和提高采样频率可以减小这个误差，但是如果微机运算、处理的位数低于模数转换器的位数，信号的分辨率仍难以提高。 微机对信息的处理是以串行方式进行的。在完成各种任务时，时间以分时方式分配，这就减慢了对信息的处理速度，影响到系统响应的快速性。因此，对一些较复杂的或要求高的传动系统，为提高系统

8、的响应速度，则需考虑选用功能强、运算速度高的微机或采用多机分散并行控制技术。 对软件实现的控制功能，调试时不易使用仪器(如示彼器、万用表)检测记录为便于了解控制效果，对调控周期内的有关参数可采用列表存放、显示、打印等方法，为分析和完善软件提供必要的信息。当然，这将会增加系统的调控周期。,1.2电气传动微机控制系统的特点,由上述可看出，微机的采用为电气传动系统提供了更为灵活、经济和高性能的控制手段。微机作为电气传动控制系统的核心，机型的选择直接影响到系统的控制速度、精度和其它控制功能的实现。目前，有多种可供选择的8位、16位微机及其众多的接口芯片，它们在功能和价格上的差别较大。因此，在机型选择和

9、硬件设计时，应根据系统的繁简程度、对动态响应和控制精度的 要求等诸方面综合加以考虑，或者采用单机结构，或者采用多机并行结构。,1.2电气传动微机控制系统的特点,1.3电气传动微机控制的基本结构,电气传动微机控制系统的基本结构,1.3电气传动微机控制的基本结构,从系统总体结构看，可以把用微机控制的电气传动系统看成是由两个分系统组成的，如图所示。两个分系统之间通过信息交换连为一体。信息处理分系统从能量分系统(又可称为对象系统)获得各种状态量信息，能量分系统接受来自信息处理分系统的控制信息，完成由电能到机械能的转换，实现对工作机械的运动控制。,1.3电气传动微机控制的基本结构,能量分系统主要包括由电

10、力电子功率变换器构成的功率驱动装置，含有或不含有减速器机械传动机构的电动机，以及系统中各种状态量的检测装置。各种功率变换器在信息处理分系统输出信息 的控制下，将电网的交流电能变换成电动机所需要的交流或直流电能。电能变换的品质指标的优劣直接影响到电动机的运行特性和传动系统的性能，因此，能量分系统是电气传动装置的重要组成部分之一。对各种功率变换器的微机控制是本课程重点讨论内容之一。,1.3电气传动微机控制的基本结构,信息处理分系统由微机及其接口电路组成，它有两种输入信息：其一是接受由操作人员手动给出的或者由上级机的自动化功能装置发出的操作量信息，包括给定，启、停操作命令，与上级机的通讯命令，显示或

11、打印命令等等(图中的 )，另一输入信息是通过各类传感器的变换电路送来的反映能量分系统运行状况的各种状态量信息，这些状态量包括反馈量、监测及故障诊断量等(图中的 ）。这两种输入信息由微机及时地收集(测量)到之后，按照一定的算法和程序实时地进行数学的和逻辑的判断、运算、处理，并输出控制信息量(图中 ），通过对功率变换器的控制，实现对被控对象电动机运行状态的及时控制，以达到给定所要求的控制目标。信息处理分系统的另一输出信息 包括显示、打印、联锁控制、故障切除以及向上级机传送的有关信息等。,1.电气传动系统状态量的微机检测方法及相关问题 2.电气传动系统所需各类电力电子功率变换器的微机控制问题 3.电气传动微机控制系统中的