运动控制系统重点

运动控制系统重点 第一章 直流拖动控制系统1.2 晶闸管—电动机系统的主要问题1，在V-M 调速系统中，当电流断续时，平均电压Udo(Udm)↑，等效R ↑↑(几~几十倍) 系统性能恶化，难控制。

2，V-M 系统的机械特性：（如书本图1-11） 3，晶闸管触发与整流装置可看成是一个纯滞后环节。

1.3 PWM 调速系统的主要问题1，不可逆PWM 变换器（1）电压不可逆Ud=+ →转速不可逆（2）电流不可逆Id=+ → 电机电动, 不可发电制动（3）电流连续时Ud=ρUs（4）电流断续(断续期间ud=Em)则Ud 上升2，电流可逆二象限PWM（1）Ud=ρUs= + 电压不可逆→转速不可逆（2）Id=(Ud-Em)/R= +/- 电流可逆→ →*电机状态可逆（3）Ud>Em → Id=+ 电动Ud<Em → Id=- 发电(制动,减速)（4）电流连续,Ud 不受断流影响3，UI 可逆四像限PWM（1）电压Ud 可逆→电机转速可逆（2）电流Id 可逆→电机状态可逆:电动,发电(制动,减速)（3）电流连续,Ud 不受断流影响4，由于电流连续,电压稳定,机械特性线性好1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1，调速范围：生产机械要求的电机最高和最低转速之比2，静差率：由理想空载到额定负载所对应的相对转速降N n ∆与理想空载转速0n 之比3，.调速范围、静差率和额定速降之间的关系4，一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。

5，闭环系统结构：maxmin n D n =0N n n s ∆=N min N min 0N n n n n n s ∆+∆=∆=)1(N N s n s n D -∆=6，闭环调速系统静态流图如上图所示：当∆Uc, ∆Udo, I d …….→ n ↓ 则: → U n ↓ → ∆U n ↑ → U c ↑ → U d0↑ → n ↑ 闭环系统的开环放大系数：p s e K K K C α=Φ，p K 放大器的电压放大系数；s K 电力电子变换器的电压放大系数。

7， 0c n 为闭环空载转速，c n ∆为闭环转速降，op n ∆为开环转速降。

8，由于0c n = op n ∆/（1+K ）--闭环转速降更小，机械特性更硬；K 越大 静态性能越好 9，抗扰能力：反馈控制能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用（书本P25）。

10，如图所示：11，限流的方法：（1）加积分给定环节--限制给定上升率，间接防起动过流（2）根本方法--设直接限流环节12，带限流（理想）机械特性op c **0cc 0111/1n KI KCe R n U U K K n n n ：n d n n c ∆+=+Φ=∆≈+=∆-=αα闭环转速降闭环空载闭环13，带电流截止负反馈调节的直流调速单闭环（1）Ui=Rs(Id-Ic)+ --正值有效,负值取0Ic=Ucom/Rs —转折电流（2）n=0→堵转电流 Idb=Un*/Rs + Ic（3）机械特性（4）系统的稳定条件：系统临界增益：Tm Kc Ts≈，当K ﹤Kc 时，系统稳定，当K ﹥Kc 时，系统不稳定；1.6 无静差PI 调速系统1，无静差系统：采用比例积分调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统；2，无静差的特点：（1）n=n*,Un=Un*,ΔUn=0，0,0n s ∆==。

（2）前期(大偏差) P 为主,快速减小偏差；后期(小偏差) I 为主,逐渐消除偏差；1.7 电压负反馈电流正反馈(补偿)调速1，系统静态结构流图：2，由结构图可得如下关系（1）Uu*=Uf=γUd –βId →Ud=Uu*/γ+(β/γ)Id（2）n=(Ud-RId)/(Ce Φ)=(Uu*/γ)/(Ce Φ)-(R-β/γ)Id/(Ce Φ)（3）电流补偿:β/γ= R 全补—不可能> 过补—不稳定< 欠补—工程常用第二章 转速、电流双闭环直流调速系统2.1.1 n-i 双闭环系统的组成（如书本P53图2-2）：1，如图可知：n 环—外环,主环, 主要作用：调转速；ASR （转速调节器）输出-- i 环的给定通过调电流来调转速。

2，i 环--内环,辅环,作用是：调电流，i 环通过调电压来调电流是n 环前向通道的一个环节 。

3，ASR （转速调节器）的作用：输出限幅U*im--决定电流(给定电压)的最大值； 4，ACR （电流调节器）的作用：输出限幅U cm --决定最大输出电压U dm 。

5，n-i 双闭环系统电路结构（如图书本P54图2-3）：要求会标记各电压极性；2.1.2 稳态结构图和静特性1，结构框图如图所示：2，限幅作用：因为限幅使调节器饱和，导致①产生最大操作量；②失去线性控制能力。

2.2.2 起动过程分析Ⅰ阶段：恒流调节1，ASR: 突加U*n →ΔUn =Un*大值 →输出Ui*↑→饱和Uim* 起动过程:n<n* →ΔUn> 0→PI 的I 功能维持饱和；ASR 产生最大电流给定2，ACR : 按电流给定Uim*升压,调Id=Uim*/β；电机以最大电流升速起动Ⅱ阶段：恒转速调节3，n 升至超速n>n *→ΔUn<0 →ASR 退饱和(I 功能,输出↓)→恢复线性调速功能→Ui*↓ →ACR 降Id →n ↓，经衰减波动调节过程→n=n*,Id=IL 。

2.2.3 动态抗扰性能分析1，n-i 双闭环静特性、动态限流、起动快速性、抗网压扰动性能比n 单闭环优；而n 单闭环抗负载扰动的性能比n-i 双闭环优。

2.3 调节器的工程设计方法2.3.1 工程设计处理：1， 高频段小惯性群近似为惯性环节；低频段大惯性近似近似为积分环节。

2.3.2 典型系统1，2阶I 型最佳系统动态性能：（1）跟随性好，超调小；（2）抗扰性差，恢复慢；（3）跟随超调越大→抗扰恢复越快。

2，3阶2型最佳系统动态性能：（1）(线性)跟随性差:超调大；（2）抗扰性好:恢复快（3）最大超速Δn=1.62*(R/Ce Φ)ΔI*(T Σn /Tm)。

3，退饱和后: 超速Δn m 与终速无关;超调σ与终速有关。

2.4 调节器的设计及参数计算： 1，电流调节器的实现：（书本P78及例题2-1）参数： )(2is pi ∑=T T K R K l β0pi i R K R =i l i /R T C =2，转速调节器的参数计算（书本P82及例题2-2）2.5（略）2.6 压磁配合控制的直流调速系统（如书本P92图2-36）1，调压回路：n-i 双闭环，通过调Un*调速，调磁回路：电压U-磁场F 双闭环. 给定Uv*固定，自动实现基速以下恒(满)磁，以上恒(满)压减磁2，调磁回路--电压U-磁场F 双闭环：（1）电压U 环--主(外)环：作用：调压，通过调电机磁场调压，输出Uif*--励磁给定, 饱和值Uifm*对应额定磁场 ---电压环通过调励磁力图 恒定电枢电压为额定（2）磁场F 环—内(辅)环,U 环前向通道一环节.作用：调磁，通过调励磁回路电压调磁。

3，系统工作原理：（1）基速以下调压回路(n-i 双闭环)调速→结果Ud<UN →调磁回路U 环:Uv<Uv*→ΔUv>0→AUR(I 作用) →输出Uif*增至饱和→产生恒满磁给定→F 环AFR 调磁→恒满磁（2） 基速以上调压回路(n-i 双闭环)调速过程 ↑Ud > UN →调磁回路U 环: Uv >Uv* →ΔUv<0→AUR ↓输出Uif* →F 环减磁→ n ↑升→ 超速→调压回路↓Ud …→ 稳态 Ud= UN 。

（3）基速以上调速过程：先过压→减磁→超速→降压→稳态恒压；调速过程Ud,n 必然波动。

4，系统性能改善：（1）U 环用部分电压反馈可以减小动态波动；（2）F 环用Φ环反馈代替i 环反馈可以加快响应；（3）加调磁回路后,n 环应加自适应环节(Φm / Φ) ,以保持动态性能。

第三章（暂略） 第四章 可逆直流调速系统和位置随动系统4.1、可逆直流调速系统所谓可逆直流调速系统是指：系统电流、电磁转矩可逆的直流调速系统。

4.1.1PWM 电枢可逆直流调速系统（适用于中小功率系统）4.1.2 有环流控制的可逆晶闸管——电动机系统（V-M 系统）1，两组晶闸管装置反并联可逆线路（1）V-M 系统反并联可逆线路的工作状态（书本P124表4-1）（2）励磁可逆线路：①优点装置容量小；②缺点励磁绕组的电感大,响应慢反向经0磁，控制复杂。

2，可逆V-M 系统中的环流问题（1）环流: VF,VR 同时导通时，不流过负载，只在VF,VR 、电源间流通的短路电流fi fi /4R T C =n n /∑=T h τ记中频宽0pn n R K R =n n n /R C τ=0fn fn /4R T C =e m pn n (1)2C T h K h R T βα∑Φ+=（2）环流的分类：①静态环流，包括直流环流，脉动环流；②动态环流控制角α变化过程的环流。

（3）配合控制：αf +αr≥180°αf≥βr→α≥β，Uc=0→αf =αr =初相位α0 ≥90 °Αf和ar为控制角，βr为逆变角。

（4）环流的处理：①自然环流系统直流环流用配合控制消除；②脉动环流用电抗抑制。

（5）环流前后，换流前正组逆变;换流后反组整流。

（6）可控环流系统环流控制原则：环流随负载增大减小至消失。

（7）有环流可逆系统特点：过渡平滑、响应快，但环流与电抗器加大系统风险与成本。

4.1.2 无环流可逆V-M系统1，逻辑无环流可逆系统结构与工作原理（见书本P130图4-11）（1）VF/VR工作原则：①Id≠0时, 维持原整流器组工作--整流或逆变--无论Ui*(Id要求)为+ 或–②切换原则：Id回0时,根据Ui*极性切换；（2）逻辑无环流系统问题与改进：①增加反组逆变,减小电流冲击；②有准备推β切换: 推β至满足:Uβ=E ,消除推β时间死区。

推β用正反馈实现记忆。

2，逻辑无环流系统特点（1）优点：无环流电抗,系统成本降低;无环流损耗与风险,可靠性提高（2）缺点：有切换时间死区，影响快速性。

4.2 位置随动系统4.2.1 位置随动系统的组成（书本P133了解）4.2.2 位置随动系统与调速系统的比较1，调速系统---恒值控制，主要问题是抗扰；2，随动系统---跟踪控制，主要问题是跟随；调速系统是随动系统前向通道的一环节。

4.2.3 位置传感器主要有：电位器、基于电磁感应的位置传感器、光电编码器、磁性编码器4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析1，跟随性能：（I型、II型系统相比较）终值误差e(∞)=(1/K)(d/dt)m+1x(t)|t→+∞I型系统II型输入x(t) m+1 = 1 2 --积分环节位置 C 终值ep(+∞)= 0 0均速Vt ev(+∞)= V/K 0均加速at2/2 ea(+∞)= +∞a/K直接跟踪终值误差差好但相裕/稳定性大/高小/低带宽/动态响应宽/快窄/慢4.2.5 位置随动系统的抗扰分析级校正1，系统的主要扰动来自调速系统内部其消除方法主要有以下两种：（1），开环调速抗扰：f前积分个数m >/= f阶数---扰动误差→0/恒值（2），闭环调速抗扰: 通常调速系统都用闭环,提高抗扰动能力；①抗扰前馈控制：可主动快速减小扰动偏差,但不能消除偏差，属于粗调。