交流拖动控制系统绪论
《自动控制原理》考纲、试题、答案
《自动控制原理》考纲、试题、答案一、考试说明《自动控制原理与系统》通过本课程的学习，为其它专业基础及专业课的学习奠定理论基础。
充分理解自动控制系统所涉及到的基本概念，掌握自动控制系统各种数学模型的建立及转换方法，掌握分析自动控制系统的各种经典方法及常用综合方法。
了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
本课程闭卷考试，满分100分，考试时间90分钟。
考试试题题型及答题技巧如下：一、单项选择题 (每空2分，共40分)二、选择题 (每题2分，共20分)三、名词解释（每题5分，共20分）答题技巧：相关知识点要回答全面，因为都可能是采分点，涉及的基本概念要表述清楚，要点清晰，简明扼要，进行必要解释，切忌长篇大论。
四、计算题（每题10分，共20分）答题技巧：第一，审题。
审题时需明确题目要求和给出的已知条件，注意各已知条件的单位，注意各因素比较的基准等，并注意所给条件中哪些是有用的，哪些是用来迷惑考试人员的，以防用错。
第二，确定解题方法和解题思路。
通过审题，明确了题目要求和已知条件，便可确定以哪种估价方法为主线，并根据该方法中用到的未知条件确定需借助的其他方法。
明确的解题思路，并保持清醒的头脑。
第三，公式和计算步骤。
计算过程中，涉及的计算公式一定要列出，哪怕没有时间计算，列出需要的几个公式也能得到相应的分数。
计算一定要分步计算，而且尽量细分。
并能对计算步骤作简要说明，答题时按顺序进行，避免跳步被扣分。
运动控制系统(第4版)第1章 绪论
第1章 绪论
• 信号转换和处理包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等，对 于计算机数字控制系统而言，必须将传感器输出的模拟或数 字信号变换为可用于计算机运算的数字量。数据处理的另一 个重要作用是去伪存真，即从带有随机扰动的信号中筛选出 反映被测量的真实信号，去掉随机的扰动信号，以满足控制 系统的需要。 • 常用的数据处理方法是信号滤波，模拟控制系统常采用模拟 器件构成的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟 滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。
GD2 4gJ ;
n——转子的机械转速（r/min），
60 m n . 2
第1章 绪论
• 运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角，对于直 线电动机来说就是控制速度和位移。由式（1-1）和式（1-2） 可知，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Te，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩 控制是运动控制的根本问题。 • 为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁心，在一定的电 流作用下进可能产生最大的电磁转矩，以加快系统的过渡过 程，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。因为当 磁通（或磁链）很小时，即使电枢电流（或交流电机定子电 流的转矩分量）很大，实际转矩仍然很小。何况由于物理条 件限制，电枢电流（或定子电流）总是有限的。因此，磁链 控制与转矩控制同样重要，不可偏废。通常在基速（额定转 速）以下采用恒磁通（或磁链）控制，而在基速以上采用弱 磁控制。
第1章 绪论
• 1.2 运动控制系统的历史与发展
• 直流电动机电力拖动与交流电动机电力拖动在19世纪中叶先后诞 生（1866年德国人西门子制成了自激式的直流发电机；1890年 美国西屋电气公司利用尼古拉· 特斯拉的专利研制出第一台交流 同步电机；1898年第一台异步电动机诞生），在20世纪前半叶， 约占整个电力拖动容量80%的不可调速拖动系统采用交流电动机， 只有20%的高性能可调速拖动系统采用直流电动机。20世纪后半 叶，电力电子技术和微电子技术带动了带动了新一代的交流调速 系统的兴起与发展，逐步打破了直流调速系统一统高性能拖动天 下的格局。进入21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已 成为不争的事实。 • 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。其换向器与电刷
摘要、前言和第2大点
内容摘要：本文旨在设计一个用于直流脉宽H桥的控制电路，能够使直流电动机可以工作在四象限，即正转电动运行、正转回馈制动、反转电动运行，反转回馈制动四种工作模式，控制电路应能根据四象限工作的具体要求，产生符合要求的控制波形。
首先，本文确定整个系统框图和方案，即应用EXB841驱动，采用SG3525控制H型的IGBT。
其次设计主电路的结构形式和各部件参数。
主电路的四个IGBT给与不同的脉冲宽度后，能使H桥电路构成降压斩波电流或升压斩波电路，最终能够得到使直流电机能工作在四象限的波形。
1. 直流脉宽H桥控制电路设计1.1前言当今社会，电动机在人们日常生活和工农业生产中起着十分重要的作用。
直流电机是最常见的一种电机，它具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高，在各领域中得到广泛应用。
如在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。
近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。
2.绪论2.1概述19世纪70年代前后相继诞生了直流电动机和交流电动机，从此人类社会进入了以电动机为动力设备的时代。
以电动机作为动力机械，为人类社会的发展和进步、工业生产的现代化起到了巨大的推动作用。
在用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面。
电动机负荷约占总发电量的70％，成为用电量最多的电气设备。
对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种。
简单控制对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。
这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。
复杂控制是对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。
第1章_电机控制技术绪论.
电机控制
Chp1，P15
多机拖动：多电动机拖动
由多台电动机分别拖动一台生产机械的各个运动部 分。即每一个执行机构用单独的电动机拖动。 这样，生产机械的机械结构大为简化，克服了单机 拖动的缺点。
电机控制
Chp1，P16
电力拖动的发展概况
交、直流两大电力拖动系统。在电力拖动系统发展史上，一直是 二者互为补充、相辅相成、交替发展。(十九世纪三十年代有了直 流电，十九世纪末出现交流电)
电机控制
Chp1，P20
课程学习任务
掌握常用交直流电机的基本理论 掌握分析电动机机械特性及各种运转状态的基本理论 掌握电力拖动系统中电动机各种调速方法的基本原理 掌握直流电动机单闭环、多环调速系统的设计方法， 电机与电力拖动系统的基本实验方法与技能， 并具有 熟练的运算能力 掌握交流电动机的调速方法及双环调速系统的设计方 法
电机的分类
感应电机
交流电机 同步电动机 动力电机 旋转电机 微特电机 静止电机
电机控制
感应电动机 感应发电机
同步电机 直流电机 直流电动机 直流发电机
同步发电机
伺服电动机、步进电动机、测速发电机 回转变压器、自整角机、直线电动机
电力变压器：升压、降压
变压器
特种变压器：自耦、互感器
Chp1，P13
电力拖动的类型
电机控制
Chp1，P3
什么是拖动？
气体拖动
汽缸、气阀、气体管路、气源； 特点：干净、力矩较小、噪音小 应用：食品、药品、包装行业 液缸、液压阀、液压管路、液压泵、液压马达； 特点：力矩大，有油污 应用：轮船、大型压机
电力拖动自动控制系统—运动控制系统第1章绪论
随着环保意识的提高，电力拖动 自动控制系统将更加注重节能减 排和资源循环利用，实现绿色环 保的生产方式。
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提高产品质量
自动化控制能够减少人为误差，提高 产品加工精度和一致性，从而提高产 品质量。
提升工业安全
自动化控制能够减少人工操作，降低 操作风险，提升工业安全。
电力拖动自动控制系统在工业中的应用案例
数控机床
自动化生产线
电力拖动自动控制系统用于数控机床的进 给轴、主轴等部分，实现高精度、高效率 的加工。
重要性
在现代工业生产中，电力拖动自动控制系统已成为不可或缺的重要技术手段， 它能够提高生产效率、降低能耗、保证产品质量和生产安全，对于实现工业自 动化和智能化具有重要意义。
电力拖动自动控制系统的历史与发展
历史
电力拖动自动控制系统的发展可以追溯到20世纪初，随着电力技术和控制理论的 发展，电力拖动自动控制系统经历了从简单到复杂、从手动到自动的演变过程。
重要性
在现代工业自动化生产中，运动控制 系统扮演着至关重要的角色，它能够 提高生产效率、降低能耗、提升产品 质量，是实现自动化生产的关键技术 之一。
运动控制系统的基本组成
控制器
用于接收输入信号，根据控制 算法计算输出信号，并输出到
执行机构。
执行机构
根据控制器输出的信号，驱动 电动机转动，实现运动控制。
特性。
交流电力拖动系统
采用交流电动机作为动力源，具有 结构简单、价格低廉、维护方便等 优点。
伺服电力拖动系统
采用伺服电动机作为动力源，具有 高精度、高响应速度和高稳定性的 特点，常用于精密控制领域。
电力拖动系统的基本特性
调速性能
第一章(绪论)控制工程概论
[例]
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
开环
控制
方式
原理方框图
输入量
ui
uo
输出量ω
给定电位计
放大器
电动机及负载
第一章 绪论
一. 控制系统的基本控制方式：
[例]
属于
闭环
控制
方式
输入量
ur 给定电位计
△u
uo
放大器
e
输出量ω 电动机及负载
测速发电机
第一章 绪论
[例]
用于船舶推 进器中的离 心式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
用于船舶推进器 的电子式调速器
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
直 流 调 速 系 统
第一章 绪论
四. 控制系统举例——定值控制系统
第一章 绪论
四. 控制系统举例
(二) 随动系统 随动系统的输入信号是一个随时间任意变化 的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任 务是在有扰动的情况下，保证输出量以一定的精 度跟随输入信号的变化而变化。在这种系统中， 输出量通常是机械位移、速度或加速度。随动系 统也称为自动跟踪系统(或伺服系统)。
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
பைடு நூலகம்
Hi
Ho
浮子、联杆
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-5
N
Hi
Ho
浮子、联杆
电位计
电机
进水阀
水箱
第一章 绪论
作业：P16 1-6
ωi
飞锤、弹簧
电机与拖动技术完整版课件全套ppt教学教程
第1章 绪论
1.2本课程在专业中的作用、任务及课程目标
（2）课程目标 本课程是一门用电磁理论解决复杂的、具体的、综合的实际问题的课程 。在电机运行中，电机内同时存在电、磁、力的相互作用。因此本课程的目 标是使学生牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性，学会结合电机的具体 结构、应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题，应掌握一定的电磁计 算方法，培养学生运算能力。 要求学生重视在教学过程中安排的实验、实 习，包括参观电机厂等实践教学环节。 具体要求是：
我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整 体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮 发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研 究以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高 ，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完 成的快速复杂的精巧工作。
从20世纪20年代起，开始采用由一台电动机拖动一台生产机械的系 统，称为单电动机拖动系统。与成组拖动相比，它省去了大量的中间传动 机构，使机械结构大大简化，提高了传动效率，增强了灵活性。由于电机 与生产机械在结构上配合密切，因而可以更好地满足生产机械的要求。
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
第1章 绪论
1.1电机和电力拖动技术的发展及在经济技术领域中的作用
电能是现代能源中应用最广的二次能源，它的生产、变换、传输、分配 、使用和控制都比较方便经济，而要实现电能的生产、变换和使用等都离不 开电机。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。因此，电 机一般有两种应用形式。第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它 通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转 换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场 合。第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的 生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机是利用电磁感应原理工作， 它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为： 按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速 分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电 机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。
绪论(电力拖动自动控制系统)
目前，电力拖动自动控制系统已经广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。随着 人工智能、物联网等技术的不断发展，电力拖动自动控制系统正朝着智能化、网络化、集成化的方向 发展。
研究目的和意义
研究目的
研究电力拖动自动控制系统的目的是为了更好地满足生产工艺要求，提高生产效率和产品质量，降低能源消耗和 环境污染。
电力拖动自动控制系统在汽车制造流水线上实现精准定位和高效传 输，提高生产效率和产品质量。
食品加工行业
通过电力拖动自动控制系统对食品加工生产线进行自动化改造，实 现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和食品安全水平。
机械制造行业
电力拖动自动控制系统在机械制造行业广泛应用于数控机床、自动化 生产线等领域，提高加工精度和生产效率。
单设备调试
分别测试传感器、执行器等设备的性能，确保正 常工作。
系统联调
将所有设备连接起来进行系统测试，检查系统整 体性能是否满足要求。
故障排查与处理
针对调试过程中出现的问题进行排查和处理，确 保系统稳定运行。
PART 06
电力拖动自动控制系统应 用领域及前景展望
工业生产线自动化改造案例分享
汽车制造行业
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2023 WORK SUMMARY
绪论(电力拖动自动控 制系统)
REPORTING
https://
目录
• 绪论 • 电力拖动自动控制系统基本原理 • 电力拖动自动控制系统类型与特点 • 电力拖动自动控制系统性能指标评价方法 • 电力拖动自动控制系统设计与实现方法 • 电力拖动自动控制系统应用领域及前景展望
智能家居领域应用前景探讨
家庭自动化设备
电力拖动自动控制系统可用于智能家居设备，如智能窗帘、智能 照明等，实现家庭环境的自动化和智能化。
《运动控制系统》课程教学大纲
《运动控制系统》教学大纲课程代码：ABJD0420课程中文名称：运动控制系统课程英文名称：MotionContro1System课程类型：限选课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时适用专业：自动化专业先修课程：自动控制原理电力电子学电机与拖动基础等一、课程简介本课程的目的是综合运用自动控制元件、电力电子技术和自动控制原理等专业基础知识，通过学习运动控制系统的相关知识，使学生掌握运动控制系统的组成和控制规律；使学生掌握静动态特性以及控制系统的工程设计方法；使学生掌握分析、研究和设计各类运动控制系统的能力。
本课程秉承理论与实际相结合的理念，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计问题，以转矩和磁链（或磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，论述系统的静动态性能。
着重培养学生的系统综合分析能力和解决工程实际问题的能力。
通过课程的学习，使学生掌握现代交、直流电动机控制理论和基本方法，获得运动控制系统的分析和设计计算能力。
二、教学基本内容和要求1 .绪论一运动控制系统基本知识课程教学内容：运动控制系统的组成、分类、主要应用领域及其发展历史，转矩与磁链控制规律，课程特点及学习意义。
课程的重点、难点：运动控制系统的组成部分。
课程教学要求：掌握运动控制系统的定义、结构、及其分类；理解运动控制的必要性；理解转矩与磁链控制规律；了解运动控制的主要应用领域；了解运动控制系统的发展历史及趋势2 .闭环控制的直流调速系统课程教学内容：直流调速系统用的可控直流电源；V-M系统的特殊问题；脉宽调制变换器及调速系统的特殊问题；反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计；比例积分控制规律和无静差调速系统；电压反馈、电流补偿控制的调速系统。
课程的重点、难点：反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计；反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计课程教学要求：掌握直流电动机的调速方法和调速系统结构特点；理解反馈控制规律；掌握晶闸管触发整流环节、PWM控制与变换器环节的数学模型；掌握闭环直流调速系统的静特性和稳态性能指标；掌握转速反馈控制直流调速系统的稳态结构图和稳态参数计算；掌握带电流截止反馈环节的调速系统静特性3 .转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法课程教学内容：转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性，∙双闭环调速系统的数学模型及其动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器；转速超调的抑制一转速微分负反馈；弱磁控制的直流调速系统课程的重点、难点：双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器的工程设计方法课程教学要求：掌握转速、电流双闭环直流调速系统及其静态特性；掌握转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型与动态性能分析；掌握控制系统的动态性能指标和调速系统中调节器的工程设计方法4 .直流调速系统的数字控制课程教学内容：微型计算机数字控制的主要特点；微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；数字测速；数字P1调节器课程的重点、难点：微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件设计课程教学要求：了解微型计算机数字控制的主要特点；掌握微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件；掌握M/T数字测速方法；理解数字P1调节器的设计方法及其饱和限幅作用5 .可逆直流调速系统和位置随动系统课程教学内容：可逆直流调速系统；位置随动系统。
绪论交流调速概述
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交流调速系统概述
交流电动机调速系统的技术应用：
（1）风机、水泵、压缩机耗能占工业用电的40%，进 行变频、串级调速，可以节能。
（2）对电梯等垂直升降装置调速实现无级调速，运 行平稳、档次提高。
（3）纺织、造纸、印刷、烟草等各种生产机械，采 用交流无级变速，提高产品的质量和效率。
（4）钢铁企业在轧钢、输料、通风等多种电气传动 设备上使用交流变频传动。
（5）有色冶金行业如冶炼厂对回转炉、培烧炉、球 磨机、给料等进行变频无级调速控制。
（6）油田利用变频器拖动输油泵控制输油管线输油。 此外，在炼油行业变频器还被应用于锅炉引风、送风、 输煤等控制系统。
7
交流调速系统概述
（7）变频器用于供水企业、高层建筑的恒压供水。 （8）变频器在食品、饮料、包装生产线上被广泛使用， 提高调速性能和产品质量。 （9）变频器在建材、陶瓷行业也获得大量应用。如水 泥厂的回转窑、给料机、风机均可采用交流无级变速。 （10）机械行业。是企业最多、分布最广的基础行业。 从电线电缆的制造到数控机床的制造。电线电缆的拉制需 要大量的交流调速系统。一台高档数控机床上就需要多台 交流调速甚至精确定位传动系统，主轴一般采用变频器调 速（只调节转速）或交流伺服主轴系统（既无级变速又使 刀具准确定位停止），各伺服轴均使用交流伺服系统，各 轴联动完成指定坐标位置移动。
绪论(电机与拖动)
3、电磁感应定律——切割电动势
长度为l的直导线与磁场相对运动，切割速度为v，若磁 场均匀，导线l、B、v三者方向互相垂直，则导线中感应电动 势为 e Blv ，方向用右手定则确定。
电磁感应定律——线圈电动势
i
e
正方向规定：电动势或电流正方向与磁通正方向符合右螺旋 定则。
d d e W dt dt d Li di L dt dt
4. 磁性物质的功率损耗
磁滞损耗——铁磁材料在交变磁场 作用下的反复磁化过 程中，磁畴会不停转动，相互之间不断摩擦，消耗一定的能 量，产生功率损耗，称为磁滞损耗。
pk fV HdB K h fB m V
磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率、铁心体积成正比。 硅钢片的磁滞回线窄（钢片中加入硅），导磁性能也较好，
电机 基本 分类
按运动 方式分 类
旋转电机
变压器 发电机
异步电机
按功能 分类
电动机
变压器、变流机、变频机、移相器 控制电机
电机中的材料
导电材料：铜线或铝线，常用于电机绕组 导磁材料：铁磁材料（铁、镍、钴等以及它们的合 金）——硅钢片（DR320、DR530），铸钢，铸铁 结构材料：铸铁、铸钢和钢板或铝合金，用来构成电 机的整体，要求机械强度好，加工方便。 绝缘材料：聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带等，常用于 导体之间和各种构件之间的绝缘处理，要求介电强度 高，耐热性好。绝缘性能与温度有关，按耐热程度可 以分为A、E、B、F、H、C等6个绝缘等级。如B级绝缘 为130度长期使用，H级绝缘为180度长期使用。
F F
1
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N 1i1 N 2 i2
H 1 l1 H 2 l 2 U m
交流电机变频调速系统毕业论文
摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。
其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148控制智能模块SA4828产生可调频率的SPWM方波,并通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。
主电路包括整流、滤波和逆变电路。
为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。
使设计的可靠性得到了提高。
在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使用C语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、、运行通过。
论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。
相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极提高了系统的实时性能。
关键词:ARM 变频调速智能功率模块恒压频比控制 SPWMAbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in detail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824 ,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LEDThe Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the paper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced.Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous motor control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this system adopts digital control, and promotes the performance and anti-jammingKeywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1电机调速发展现况和趋势 (1)1.2电力电子技术的发展现况和趋势 (2)1.3国外交流调速现状 (3)1.3.1国外现状 (3)1.3.2国现状 (3)1.4本论文的研究容 (4)第2章主电路设计 (6)2.1 主电路原理图 (6)2.2 输入整流滤波电路的设计 (7)2.2.1 EMI滤波电路 (7)2.2.2 输入整流电路 (7)2.2.3 输入滤波电容容量的计算 (8)2.2.4电源指示灯 (10)2.3逆变电路的设计 (10)2.3.1 主功率管IGBT的容量计算 (10)2.3.2续流电路 (11)2.3.3吸收电路 (11)2.3.4制动电阻 (12)第3章控制电路设计 (14)3.1控制原理图 (14)3.2 ARM的最小系统设计 (15)3.2.1微控制器LPC2148 (15)3.2.2时钟和复位系统 (15)3.3显示电路 (18)3.3.1数码管控制芯片 MAX1279 (19)3.4三相SPWM控制器SA4828 (20)3.4.1 寄存器软件设计 (20)3.5按键、指示灯和报警 (23)3.5.1按键 (23)3.5.2指示灯 (23)第4章 IGBT驱动电路设计 (25)4.1驱动电路原理图 (25)4.1.1驱动电路M57962L (25)第5章保护电路设计 (27)5.1 保护电路概述 (27)5.2 输入过欠压保护电路的设计 (27)5.3限流启动电路 (29)5.3.1采样电路 (29)5.3.2限流电路中晶闸管的驱动电路 (30)5.4过电流保护电路 (30)5.5IGBT的过热保护设计 (31)第6章辅助电源设计 (33)第7章变频调速系统的软件设计 (34)结论 (37)致 (38)参考文献 (39)附录1 (41)附录2 (45)附录3 (51)第1章绪论1.1电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。
电力拖动自动控制系统—运动控制系统第1章绪论
03 电力拖动系统基础知识
电力拖动系统概述
电力拖动系统的定义
利用电动机将电能转换为机械能，实 现对机械运动过程的控制。
电力拖动系统的组成
电力拖动系统的分类
根据电动机类型、传动方式和控制要 求等不同，可分为直流电力拖动系统 和交流电力拖动系统。
包括电动机、传动机构、控制设备和 电源等部分。
直流电机与交流电机原理及应用
插补功能
根据预设轨迹生成中间点，实 现平滑运动。
输入输出处理
接收外部信号并处理，输出控 制信号给执行器。
传感器与执行器
传感器类型
包括光电编码器、磁编码器、霍尔传感器等。
传感器与执行器的匹配
根据被控对象和控制要求选择合适的传感器 和执行器。
执行器类型
包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服 电机等。
性能参数
为了提高跟踪精度和响应速度，常采 用先进的控制算法，如自适应控制、 滑模变结构控制等。
关节控制系统通过接收来自上位控制器的指 令，驱动伺服电机或步进电机等执行机构， 实现关节的精确角速度或角位移跟踪。
包装机械中物料传输线速度调节
包装机械中的物料传输线负责 将待包装物品传输到包装工位， 其速度调节对于保证包装效率 和质量至关重要。
智能化、网络化的发展推动了运 动控制系统的变革和升级，但同 时也需要解决相关的技术难题和
安全问题。
未来研究方向和热点问题探讨
新型传感器和执行器的研发与应用
探索新型传感器和执行器的原理、结构、制造工艺等关键技术，提高 其性能、可靠性和寿命。
先进控制策略的研究与优化
针对复杂非线性系统，研究更为先进的控制策略，提高系统的控制精 度和稳定性。
性能指标定义及分类
绪论
等方面都比其他动力要方便得多，所以用电
动机拖动已被广泛应用。我们把电动机来拖
动生产机械，称为电力拖动。
为了使电动机能按生产的要求进行起动、
制动、反转和调节速度等，就需要对电动机
进行控制。控制设备中主要由开关、继电器、
接触器、电机放大机和半导体器件等按一定
的规律连接成的控制线路组成。利用控制设
备，就可以对电动机进行电气控制。
算机控制系统。本课程对前两种控制系统及
其设备进行学习，对集成电路、计算机技术
发展起来的新型工业控制装置——可编程序控
制器不作介绍，将在后述课程中学习。
一、生产机械电力拖动的电器控制
在工业和农业的生产中，大量地使用 各种各样的生产机械，如车床、钻床、铣床、 磨床、镗床、龙门刨床、起重机、水泵和空 气压缩机等。生产机械中一些部件的运动， 需要原动力来拖动。自十九世纪有了电动机 以后，由于电力在传输、分配、使用和控制
绪论
电能是现代工业生产的主要能源和动力， 电动机是将电能转换为机械能，拖动生产机械 的驱动装置。电动机的控制方法更为方便，还 可实现遥控和自动控制。
用电动机拖动工作机械来实现生产工艺过
程中的各种控制要求的系统称为电力拖动系统。
电力拖动系统主要由电动机、传动机构和 控制设备等基本环节组成，其相互关系如 图0-1所示。
以及对模拟量的控制等功能。
为了解决小批量或单件生产的自动化，
50年代出现了数控机床。它是一种高效率的
自动化机床，能将机床部件的动作顺序和运
动规律等以数字化的形式“记录”在控制介
质（如穿孔带、穿孔卡和磁带等）上，由控
制系统代替人工操作，以实现自动控制。只
要改变控制介质的内容，就可以自动的加工
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
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二、教学目标与 要求
通过本课程的学习，将使 学生初步掌握现代交流调 速的基础理论和技术，掌 握变频调试系统的工作原 理和分析方法，为将来解 决生产实际中的拖动问题 打下良好基础。
绪论
[本章主要内容]： 0.1 交流调速拖动的特点 0.2 交流调速拖动系统的发展动向 0.3 半导体功率变换器存在的共性问题
0.1 交流调速拖动的特点
直流调速=交流调速 直流调速的主要缺点： (1)维护困难， (2)设置环境受到限制，易燃易爆以及环 境恶劣的地方不能适用， (3)在结构发展上，制造大容量、高转速 及高电压的直流电机比较困难， (4)造价高。
交流调速拖动系统的基本原理
交流电源
半导体功率变换器的四种形式
双馈电动机具有其它电动机所没有的优点。在同步速度以上运行时， 不但可以运行在再生发电制动状态，还可以运行在电动状态。这样， 装置容量不扩大，而调速范围却扩大了。
(4)无换向器电动机又称晶闸管电动机，它是具有位 置检测器的同步电动机。由变频装置供电的电机 系统。由于用位置检测器和晶闸管代替了相当于 直流电动机的电刷和机械整流器，所以无换向器 电动机的原理和特性同直流电动机相似，可以等 效为具有三个换向片的直流电动机。系统采用自 控式，因而它的频率与转速永远保持同步关系， 不会发生失步现象。它的起动、调速特性类似于 直流电动机，完全克服了同步电动机原有的缺点， 同时又兼有同步电动机功率因数好的优点。
交流拖动 控制系统
课件制作及讲授
蔡满军
课程教材
主要参考书
一、课程的性质 与任务
《交流拖动控制系统》是 工业自动化专业的重要专 业必修课程之一。 本课程着重讲授采用电力 电子技术的交流调速系统 的组成、基本原理、特性 和应用场合，介绍交流调 速系统的现状和发展动向。 内容包括：变频调速的基 础理论、交-直-交电压型 变频调速系统、交-直-交 电流型晶闸管变频调速系 统、电流型变频器的多重 化技术、PWM逆变器以及 现代变频调速系统及应用。
0.2 交流调速拖动系统的发展动向
1．近代交流调速发展分支 (1)变频调速 (2)串级调速 利用绕线式异步电动机的转 差功率，相当于转子附加电势的一种比较 经济的调速方法。
电气串级调速系统
机械串级调速系统
(3)双馈电动机亦称超同步串级调速，它是定子由电网电源供电、转子由 变频器电源供电的绕线型异步电动机。
（3）使电动机产生转矩脉动 它在高速运转 时影响还不大，但在低速稳定运行时影响较大。 当转矩脉动频率较低，接近机械系统固有频率时， 容易产生机械共振现象。即使转矩脉动很小(譬如 1％)若其共振倍率为130—300．则当机械共振 时，将会产生大于几倍额定转矩的力矩，超过机 械充许应力，造成机械迅速破坏的严重后果。为 此，调速装置应避免在共振点以下运行。为改善 输出波形，要减少高次闸管电力变流器供电时运行的功率因数 有时比它在正弦波电源供电下运行的功率因数低8%。为 此，要开发研究输出波形为正弦波及功率因数高的晶体管 电力变流器，同时研究改善功率因数的有效措施。 3．瞬时停电措施 电源供电系统因雷击或其它原因发生接地故障时，将发 生紊乱。从事故发生到瞬时事故消除或通过继电保护切断 事故回路。这一段时间就是瞬时停电的含义。它不是指长 时停电，而是瞬时停电，一般在1秒以下。常在o.3秒以内， 如果变频装置没有瞬时停电措施，可能产生过电压或过电 流现象，在恢复供电时可能造成逆变器换流失败。因此， 应设有必要的瞬时停电措施，首先对瞬时停电(不管是三 相或单相停电，缺相或三相电压不平衡等)耍能用响应快 的仪表检测出来，一方面使吸收回路及时吸收瞬态能量， 另一方面使变频装置仍能维持运行，并在恢复供电时能按 顺序运转。
(4)矢量变换控制 矢量变换控制是一种新的 控制理论和控制技术。其控制思想是设法 模拟直流机的控制特点对交流机进行控制。 (5)直接转矩控制 直接转矩控制的特点是 不需坐标变换，将检测来的定子电压和电 流信号进行磁通和转矩运算，实现分别的 自调整控制。
0.3 半导体功率变换器存在的 共性问题
由半导体功率变换器组成的整流器、逆变器、斩 波器及交-直-交变频器与交-交变频器等装置在交 流调速领域中得到广泛应用，但目前还存在着如 下的缺点和问题 ： 1.高次谐波的影响 （1）使电动机产生附加损耗，温升增加，电 动机的出力受到限制，同时使特性严化。当用变 频器供电时，电动机效率有时降低5—7％左右， 而电流增加10％。因此在选用电动机容量时，应 适当增加工10％左右的裕量。 （2）电动机和电器的噪声增大，对无线电通 讯干扰增大等等。
(1)AC／DC 由定压定频的交流变换为直流的功 率变换器，称之为顺变器或整流器I (2)DC／DC 由定压直流变换为可调直流电压的 功率变换器，称之为斩波器，相当直流脉冲调压 方式， (3)DC／AC由直流变换为可调频率的交流，称 为逆变器或变频器， (4)AC／AC由定压定频交流变换为调压调频交 流，称为循环变流器。
（注）由前三种或二种组成的半导体功率变换器，称为交一直一交变频 器或间接式变频器。由后者组成的半导体功率变换器，称为交一交变 频器或直接式变频器。各类变频器其输出一般为可变电压可变频率形 式，可简写为VVVF变频器
交流拖动调速系统的特点
(1)可以扩大交流电机的容量，提高交流电 机的转速和电压 (2 )交流电机特别是鼠笼式异步电动机设 置环境适应性广 (3)维护省力 (4)异步机结构简单，坚固耐用，惯性小 (5)具有同直流调速系统一样好的性能指标， (6)交流电机的造价低。
(5)交流步进拖动系统 (6)交流伺服系统 (7)高频化技术应用 交流电源的高频化可使 电气产品体积小、重量轻、效率高、性能 好等，并节能节电。 (8)无功补偿和谐波抑制 (9)交流调速节能技术
2．近代交流调速控制技术的发展
(1)相位控制 它主要应用于交-交变频器和交-直 -交变频器中的整流器控制，同一般整流控制原理 一样，采用相位控制原则。 (2)VVVF控制 为保持恒磁通变频控制(或恒转 矩控制)原则，要求变压变频控制(即VVVF控制)， 这是协调控制条件所要求的．通常把变频装置也 称为VVVF装置。 (3)脉宽调制(PWM)控制 脉宽调制型变频器由于 具有输入功率因数高和输出波形好的特点，近年 来发展较快，其技术关键之一是PWM调制方法.