运动控制系统第五章新版
第五章运动中的中枢控制
动作3
动作4
反馈1
反馈2
反馈3
反馈4
反应链模式跟适合与连续性的任务，如启动汽车。根据反 应链假说，只有在启动第一个动作的时候需要注意的参与， 其余的动作都可以“自动”地进行。在技能学习的过程中， 一个反馈结果与下一个动作产生之间的连接是提高技能的 基本要素。 思考：那么反应链理论是否属于闭环控制模型？
分析投篮属于那种动作控制系统？你还 能列举出类似动作吗？
中枢控制
节律活动、脑髓大脑皮层 所有动作
人体
运动
控制 操作
闭环控制
反馈、身体感觉 动作慢、精确、高准
系统
开环控制
机械控制 预编程序 动作快、耗时短动作
第五章 运动中的中枢控制
LOGO
学习要点：
重要问题
1、理解开环控制系统的模 型及其与闭环控制系统模型 的区别 2、理解中枢控制的机制 3、掌握动作程序的概念、 一般程序理论及其局限性 4、了解几种典型的运动中 的中枢控制
一、开环控制系统
（一）开环控制模型 运动指令 执行时不受周围环境变化的影响，如红绿灯。 效应器 只执行指令，不进行校正
（二）反应链假说
James提出反应链假说（反射链假说）
运动开始于由内而外信号引起的肌肉收缩，肌肉的第一 次收缩直至最后一个收缩动作完成，中间由反应产生的 反馈起着调节作用
动作1
动作2
关键概念
反应弧假设 开环控制系统 中枢模式发生器 动作程序 一般动作程序 自由度 交互抑制 惊吓动作 抑制动作
章节目录
1 中枢控制与开环控制系统
2
动作程序理论
3 运动中的中枢控制
第一节 中枢控制与开环控制系统
20世纪80年代，Schmidt提出开环控制系统理论。 个体在完成短时间快速运动动作技能时候，由于持续时间短， 无法进行反馈调节，必须在动作执行前预先组织好动作程序。 开环控制系统控制哪些稳定的、可预料的、不需要调整的动 作。 开环控制系统的4个特征 1、执行预先设置的动作序列及时间的指令 2、一旦动作开始，身体以固定的方式忠实地执行指令 3、没有反馈参与，没有时间进行修正或调整动作 4、适用于动作快、耗时短的动作 提问：油锅着火应该怎么办？
运动控制系统第五章新版PPT课件
变量。
所有变量在时间上未作任何 限定，所讨论的动态模型适用于任 何动态过程。
第9页/共169页
1. 异步电机动态模型的数学表达式
电压方程 磁链方程 转矩方程 运动方程
第10页/共169页
1. 电压方程
三相定子绕组的电压平衡方程为
uA
iA Rs
d A
dt
uB
iB Rs
dt
dL dt
i
Ri
L
di
dt
dL
d
d
dt
dL
d
i
式中，Ldi /dt 项属于电磁感应电动势中的脉变
电动势（或称变压器电动势），(dL / d)i 项属于
与转速成正比的旋转电动势。
第25页/共169页
磁链方程
将式（6-69）~式（6-75）都代入式（6-68a），即 得完整的磁链方程，显然这个矩阵方程是比较复杂的， 为了方便起见，可以将它写成分块矩阵的形式
Te
Wm'
m
iconst .
np
Wm'
iconst .
（5-15）
第31页/共169页
• 转矩方程的矩阵形式
将式（5-14）代入式（5-15），并考虑到 电感的分块矩阵关系式，得
Te
1 2
np
i
T
L
i
1 2
np
i
T
0
Lrs
Lsr i
0
（5-16）
第32页/共169页
又由于
iT
[i
B
iB
ω1
B
iC
C
C
F
机电一体化系统设计05 步进电机运动控制系统
5.1步进电动机与驱动
1 步进电动机的特点、种类、工作原理
厚 励德 志达 勤理 工
（1）步进电动机的特点 ① 控制精度由步进角决定（ ）。 ② 抗干扰能力强，在电机电特性工作范围 内，不产生丢步或无法工作等现象。 ③ 电机每转动一步进角，尽管存在一定的 转角误差，但电机转动360时，转角累计误 差将归零。 ④ 控制性能好，不会产生“丢步 ”现象 （频繁启动、停止、变换）。 ⑤易于与计算机实现对接。
变频信号
方向信号
步进电机驱动电路的组成
一种四相步进电机驱动实用电路
或
厚 励德 志达 勤理 工
0.1μ f 0.1μ f
步进脉冲输出
0.1μ f
定时器引 脚布局
引脚布局
引脚布局
步进脉冲
线圈
方 向 控 制
线圈
7476 7486
线圈
线圈
（1）环形脉冲分配器
厚 励德 志达 勤理 工
由于步进电机的工作原理是各绕组必须按 一定的顺序通电变化才能正常工作（A B C A B ……；A AB B BC C CA A AB B ……），完成这种通电 顺序变化规律的部件称为环形脉冲分配器。 实现脉冲环形分配的方法主要有三种： 软件分频——可充分利用计算机资源降低 硬件成本，可适用多相脉冲分配，但将占用 计算机运行时间，影响步进电机的运行速度。 IC集成电路分频（DDT分频器）——灵活性 强，可搭接成任意通电顺序的环形分配器， 不站用计算机的工作时间。
功率放大器是实现控制信号与步进电机匹配的 重要组件。 常见的步进电机功率放大器的组成与特点如下： ·单电压功率放大电路
w w w
特点：电路结构简单，但串联R2消耗能量降低放大 功率；电感较大使电路对脉冲反应较慢,输出波形 差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。
《运动控制系统》课程教学大纲
《运动控制系统》课程教学大纲一、教学内容本节课的教学内容来自于《运动控制系统》课程的第五章，主要讲述运动控制系统的组成、原理及其应用。
具体内容包括：1. 运动控制系统的组成：包括控制器、执行器和传感器等基本组成部分，以及它们之间的相互作用。
2. 运动控制系统的原理：包括控制算法、反馈控制和开环控制等基本原理。
3. 运动控制系统的应用：包括在工业、数控机床和电动汽车等领域的应用实例。
二、教学目标1. 使学生了解运动控制系统的组成、原理及其应用，掌握基本概念和知识点。
2. 培养学生运用运动控制系统的基本原理解决实际问题的能力。
3. 提高学生对运动控制技术在现代工业和科技领域的重要性的认识。
三、教学难点与重点1. 教学难点：运动控制系统的原理和应用。
2. 教学重点：运动控制系统的组成及其在工作中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备、投影仪、白板等。
2. 学具：教材、笔记本、彩色笔等。
五、教学过程1. 实践情景引入：以工业为例，介绍运动控制系统在实际工作中的应用。
2. 知识点讲解：讲解运动控制系统的组成、原理及其应用。
3. 例题讲解：分析运动控制系统在实际工作中的应用案例，引导学生理解并掌握运动控制系统的原理。
4. 随堂练习：让学生结合所学内容，分析并解决实际问题。
5. 课堂讨论：引导学生探讨运动控制系统在现代工业和科技领域的重要性。
6. 板书设计：对本节课的主要知识点进行板书，方便学生复习和巩固。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、作业设计1. 题目：分析下列运动控制系统的应用案例，并说明其工作原理。
（1）数控机床；（2）电动汽车；（3）工业。
2. 答案：（1）数控机床：数控机床是一种采用数字控制技术进行运动的机床。
通过控制器预设机床的运动轨迹，执行器按照控制器的指令进行运动，实现对工件的加工。
（2）电动汽车：电动汽车采用电动机作为动力来源，通过控制器调节电动机的转速和扭矩，实现车辆的运动控制。
《运动控制系统》教学课件 第五章第一节
1 0
1 2 3
2
1 2 3 2
iiibac
2004年9月
返回
➢ 对于气隙磁通
j k
1 0
1 2 3
2
1223 bac
➢对于定子电压
Uj Uk
1 0
1 2 3
2
1223UUUbac
2004年9月
返回
两相坐标到三相坐标 的变换
➢电流 ➢磁通 ➢电压
2004年9月
2004年9月
返回
小结
➢矢量控制的根本思想
2004年9月
返回
主要内容
➢三相旋转磁场和两相旋转磁场 ➢三相坐标与两相坐标的变换 ➢静止坐标与旋转坐标的变换
2004年9月
返回
三相旋转磁场和两相旋转磁场
三相交流电动机的定子绕组在空间上互差120°电角度，在三相 绕组中通过互差120°的三相对称电流将产生一个圆形的旋转磁势。
T
K
Ik(t)
J、K坐标
M、T坐标
Ī1
IM M
iiM Tcsoin s
sin ij cosik
IT
J
M Tcsoins
sinj cosk
O
IJ(t)
M、T坐标
J、K坐标
2004年9月
t+0
iikjcsions
siniM cosiT
kjcsions
sinM cosT
返回
小结
➢三相旋转磁场和两相旋转磁场 ➢三相坐标与两相坐标的变换 ➢静止坐标与旋转坐标的变换
2004年9月
返回
2004年9月
返回
2004年9月
返回
2004年9月
运动技能学习与控制课件第五章运动中的中枢控制
– 这些证据表明，去感觉反馈的运动肯 定是开环控制系统，支持动作程序理 论。
支持动作程序的证据
• 手臂的机械制动研究 – 实验要求被试快速移动机械臂，并测 试上肢肌电活动。 – 红色为正常情况 – 蓝色为机械臂突然制动 – 肢体不能发生移动，但肌电模式几乎 一样 – 说明对于快速运动，中枢预选组织好 了肌电活动，一定时间内不接受感觉 反馈信息的修正
第五章 运动中的中枢控制
学习目标
通过本章内容的学习，理解： 1.开环控制与闭环控制系统的区别 2.中枢控制的机制 3.动作程序的概念
关键概念 中枢模式发生器（Central Pattern Generator,CPG） 动作程序（motor program） 一般动作程序(generalized motor program,GMP)
• 一般运动程序包括固有特征与参数（可变特征）
（一）固有特征与参数
• 固有特征是指限定一般动作程序的独有特征，是不随所 要完成动作变化而变化的。 • 各部分的顺序 • 相对时间 • 相对力量
• 参数是相对表面的、容易变化的特征。 • 总持续时间 • 总力量 • 肌肉选择
一般运动程序的固有特征与参数
一、惊吓动作
• 惊吓反应
– 人对一个无预期的大声做出的反应就是惊吓反应 – 自动快速的全身反应，包括快速眨眼和颈部肌肉收缩 – 无意识参与
惊吓提高了反应速度
• 动作程序储存在皮质下中枢，惊吓 刺激阻断了意识加工，打乱了个体 对动作的安排，使动作程序提前启 动了。
二、抑制动作
• 抑制动作 – 在动作启动前、后，企图停止动作计划的行为 – 有些动作能够抑制成功 – 有些动作无法抑制，一旦开始就无法停止 • 可能1：是开环控制系统，不需要反馈 • 可能2：反馈加工太慢，抑制动作指令发出之前，动作已结束
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案第一章：运动控制系统概述1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的作用1.3 运动控制系统的发展历程1.4 运动控制系统的应用领域第二章：运动控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 驱动器2.5 运动控制器与执行器的接口第三章：运动控制算法3.1 PID控制算法3.2 模糊控制算法3.3 神经网络控制算法3.4 自适应控制算法3.5 预测控制算法第四章：运动控制系统的性能评估4.1 动态性能评估4.2 静态性能评估4.3 稳态性能评估4.4 鲁棒性评估4.5 节能性能评估第五章：运动控制系统的应用案例5.1 运动控制5.2 数控机床运动控制5.3 电动汽车运动控制5.4 无人机运动控制5.5 生物医学运动控制第六章：运动控制系统的建模与仿真6.1 运动控制系统的数学建模6.2 运动控制系统的计算机仿真6.3 仿真软件的选择与应用6.4 系统建模与仿真的实际案例6.5 建模与仿真在运动控制系统设计中的应用第七章：运动控制系统的故障诊断与容错控制7.1 运动控制系统的常见故障及诊断方法7.2 故障诊断算法及其在运动控制系统中的应用7.3 容错控制策略及其在运动控制系统中的应用7.4 故障诊断与容错控制在提高运动控制系统可靠性方面的作用7.5 故障诊断与容错控制的实际案例分析第八章：运动控制系统的优化与调整8.1 运动控制系统的性能优化方法8.2 控制器参数的整定方法8.3 系统调整过程中的注意事项8.4 优化与调整在提高运动控制系统性能方面的作用8.5 运动控制系统优化与调整的实际案例第九章：运动控制系统在工业中的应用9.1 运动控制系统在制造业中的应用9.2 运动控制系统在自动化生产线中的应用9.3 运动控制系统在技术中的应用9.4 运动控制系统在电动汽车技术中的应用9.5 运动控制系统在其他工业领域中的应用第十章：运动控制系统的发展趋势与展望10.1 运动控制系统技术的发展趋势10.2 运动控制系统在未来的应用前景10.3 我国运动控制系统产业的发展现状与展望10.4 运动控制系统领域的研究热点与挑战10.5 面向未来的运动控制系统教育与人才培养重点和难点解析重点一：运动控制系统的作用和应用领域运动控制系统在现代工业和科技领域中起着至关重要的作用。
最新运动控制系课后习题答案
直流调速系统第一章思考题与习题S1.1．直流电动机有几种调速方法，其机械特性有何差别？ 答：直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系为a ae U RI n C Φ-=考虑到他励直流电动机电枢电流与电磁转矩e T 的关系e T a T C I Φ=，可以将其机械特性写成如下形式：0e n n T β=-式中0a e /n U C Φ=称作理想空载转速，2e T /R C C βΦ=为机械特性的斜率。
由上式可知，有以下三种调节直流电动机转速的方法： 1）改变电枢回路电阻R （图1-2）。
R 1<R 2n n 0OT eR aR a +R 1 R a +R 2固有人为图1-2 改变电枢电阻的人为机械特性2）减弱励磁磁通Φ（图1-3）。
3）调节电枢供电电压a U （图1-4）。
Φ1 ΦNn n 01 n 0OT e图1-3 改变磁通的人为机械特性OT enU aN U a1 U a2: :图1-4 调压调速的机械特性比较三种调速方法可知，改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，实现一定范围内的弱磁升速；调节电枢供电电压的方式既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。
因此，直流调速系统往往以变压调速为主，仅在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
S1.2．有哪些转速检测方法？如何获得数字转速信号？答：常用的转速检测传感器有测速发电机、旋转编码器等。
测速发电机输出的是转速的模拟量信号；旋转编码器则为数字测速装置。
转速检测传感器输出的模拟信号先经过信号调节器，进行放大、电平转换、滤波、阻抗匹配、调制和解调等信号处理过程，然后进行A/D 转换，实现模拟信号到数字信号的转换，包括离散化和数字化。
离散化是以一定的采样频率s f 对模拟信号进行采样，即在固定的时间间隔s 1/t f ∆=上取信号值。
数字化是将所取得信号值进行数字量化，用一组数码来逼近离散的模拟信号的幅值，逼近程度由A/D 芯片的位数来决定。
运动控制系统(5)
运动控制系统(5)第五讲1. 6例比分控制规律积和无静调差速系统.16比积分例制规律和无静差控调速系问统题提出的积分节器和积分控制调规律比积分例控制律无静规差直调流系速统及其态参稳数计算系统设举例与计数计参算1.61.问题提的出采用放P器控大制有静差的的速调系，统用放大采器控制有静差的的速系统调放，大控器的有静差的制速调系统越，系大统精度高越；过大，K p越大，统系精越度高；K但过p,将大低系统降定性稳，使系动统不态稳。
系定稳定性统，系统使动不稳态定。
一进分析静差产生的步因原，进一步析静差分产的原因生由于采，用比调节例，例调器节，器转速调节器的输出为Uc= pK nU cU≠ 0电，动机行，即运U n≠ ; 0,电机运行，动c =U 0电动机，止停，。
动电机止。
停此因，采在比例用节器调制的自动控因此在，采用比调例器控制的节自动统中系输入，差偏是维系统系运行的础基，系统中，输入偏差维是系统运系的基行础，必然要生产静，差因此有静差系统是有静系差统。
必要然生静产差，因是有静此系差。
如统要消果除统系差误如，果要除系消误差，必统须寻其找控他方法制，比：采用如积( 分控制法方比如：采用，分(In积egtraitno ) )调节器比例或分(积)调节器或例积分比(P)I节调器来替比例代放大器。
放例器。
大.162.积调节器分和积分制规律控1. 积)调节器分图，如图如，由算放大器运可成一个积构电分。
路可构成个一积分路。
电根据电路分析，根电路据析分其，电路方程C+0RA+Uni+eUxRbladUex 1 U= n it dR0C图-413 积分调节a器)原图理方程边两取积分，程两方边积取，分得1 11 eU =x∫ idt= ∫ Un dit =τ ∫U i dt C R0nC(1-46)式中τ 积分时，间常。
数式，中=R C 0―分时间常积。
当数始值初零时，为在跃输入作用下，阶初始值当为零，在时阶输入作用下跃，对式1(64-进行积)运分算，积得分调节器的)输进积分运行算，出U n U iex t =1-(6)5τ2) 积分调节器的.性特inUU ex Uxm Uee Uix LndB /0 (ω) L2-dB 01/τωΦOO Φωω)(c )odB图eτtπ-/2)b阶跃入输的时出特性输图1-43积调分节器3). 积调节器分传的函递数积分节器的调传函递为U 数e x s( 1 W) i(s =)= in U s) τ(s(1-66)4). 速的积分转制控规律果采用积分调如节器则，控电压制如果采积分调节用器，控制则压电Uc转速是偏差压电积分，按的式(照)应有差电压，nU积分的按，式照(-164),有应) ,Uc =∫ Utdτ 0n1t如果是阶函数跃，果如是Un阶函跃，数U则按线性规c增律长，每时刻U一c 大的和小Un与轴横所包的面围成正积比，示所。
运动控制系统期末复习第5章
5.2 异步电动机的三相数学模型
• 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等 效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子 和转子绕组匝数相等。
• 异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。 若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y连 接。然后，按Y连接进行分析和设计。
• 定子漏感 Lls ——定子各相漏磁通所对应的电感，由于绕组的对称性，各相漏 感值均相等；
• 转子漏感 Llr ——转子各相漏磁通所对应的电感。 • 定子互感 Lms——与定子一相绕组交链的最大互感磁通所对应的电感； • 转子互感 Lmr——与转子一相绕组交链的最大互感磁通所对应的电感。 • 相间互感——相与相之间的互感
运动控制系统—
第5章
基于动态模型的异步电动机 调速自动控制系统
基于动态模型的异步电动机调速
异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质， 要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发， 分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高 性能异步电动机的调速方案。
矢量控制和直接转矩控制是已经获得成熟应用的 两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统
基于动态模型的异步电动机调速
矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向， 得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机 控制。
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。
学习内容
5.1 异步电动机动态数学模型的性质 5.2 异步电动机的三相数学模型 5.3 坐标变换 5.4 异步电动机在正交坐标上的动态数学模型 5.5 异步电动机在正交坐标系上的状态方程 5.6 矢量控制的变频调速自动控制系统
智能汽车技术第5章运动控制技术
图5-8 线控制动系统的两种技术路线
5.3.2电控液压式制动系统
1.基本组成与工作原理
典型的电控液压式制动（Electro Hydraulic Brake，EHB) 系统由制动踏板行程（位置）传感器、 电子控制单元（EHB ECU）、执行机构（液压泵、备用阀和制动器）等组成。
转向控制模块一方面控制转向执行模块，
确保车辆能够精准地实现驾驶人输入的转向指 令，并确保车辆的操纵稳定性；另一方面，控 制转矩反馈电动机，确保其能够给驾驶人以足 够的、清晰的路感。
图5-2 线控转向系统的组成
3.转向执行模块 转向执行模块包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等。
同时，线控转向系统还可以实时监控转向轮转角和汽车响应情况，并根据控制策略，主动做出 补偿操作，提高了汽车的操纵稳定性。
3）优化驾驶路感。传统转向系统通过机械连接将车辆运动状态和路面信息反馈给驾驶人，不能 主动过滤路面干扰因素。线控转向系统可以滤除路面颠簸等干扰因素，提取出最能够反映汽车实际 行驶状态和路面信息的因素，作为路感模拟的依据，并考虑到驾驶人的习惯，由主控制器控制路感 电动机产生良好的路感，提高驾驶人的驾驶体验。
线控转向系统取消了 转向盘与转向执行机构之 间的机械连接，采用电控 技术来完成驾驶人转向指 令的传输和路感反馈。
图5-1 线控转向
5.2.2线控转向系统的组成
如图5-2所示，线控转向系统由转向盘模块、转向控制模块和转向执行模块组成。
1.转向盘模块
转向盘模块包括转向盘、转矩传感器、转向 角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置。
图5-4 汽车线控转向系统的工作原理
与此同时，转向控制模块根据车辆的转向轮转角信号、轮胎力信号和驾驶人的意图，通过路感 模拟决策发出指令控制转矩反馈电动机输出力矩，以反馈路面信息。
运动控制系统5课件
稳态工作时:
U n* U n n U i* U i I d I dL
比例U调ct 节 器UK的ds0输出C量en总K是sI d正R比于C输eU与输入量关系复杂.
第6页，共15页。
静态结构图
2.5.1 双闭环调速系统的组成及其静特性
一、为什么引入双闭环
1 最佳起动过程的要求：
缩短起动时间，起动电流为Idm 2 单闭环系统存在的问题：
1）起动过程电流不是最大；
2）扰动造成的动态偏差大；
3）所有的反馈都到一个调节器上，
参
数整定困难。
第2页，共15页。
理想启动过程
第3页，共15页。
二、 双闭环系统的组成及其特点
态转速无静差.
2)对负载扰动起抗扰作用 3)起输出限幅值决定允许的最大电流,在启动 时给出最大电流给定信号Uim*.
电流调节器的作用:
1) 对电网电压扰动起及时抗扰作用
2) 启动时保证获得最大允许电流
3) 过载时限制电枢电流最大值 4) 转速调节过程中,使电流Id跟随Ui*变化
第14页，共15页。
双闭环系统的反馈系数计算
组成原理图
特点：
1）ASR为PI调节器，系统无静差；
2）起动时ASR 饱和，取Uim* =*Idm;
3）ACR起电流调节作用，保证恒流起动; 4）对电流环内的扰动能及时调节；
5）设计方法:先内环、再外环。
第4页，共15页。
转速电流双闭环原理图
第5页，共15页。
三、转速、电流双闭环调速系统的静特性
• =Unm * /ned
• =Uim * /Idm
第15页，共15页。
运动技能学习与控制课件第五章运动中的中枢控制
• 动作图式理论 • 一般动作程序 • 动作反应图式 • 特定情境下的规则（参数）
• 图式理论可以解释如何成功完成一项以前从未练习过的技能
第三节 运动中的中枢控制
第一节 中枢控制与开环控制系统
一、开环控制系统
• 没有反馈，动作过程中，无法修正 和改正错误。
• 开环控制适用于稳定的、可预料的、 将要发生的、不需要修正和调整的 动作。
目标 输入
执行系统 效应器系统
输出
一、开环控制系统
反应链说
一、开环控制系统
开环、闭环控制系统的比较
优点 缺点
开环控制系统
闭环控制系统
二、中枢控制机制
• 实验中切断猫的中脑与脊髓相连接部分。当电刺 激被截断脊髓，猫会在跑步机上行走，类似猫的 正常运动。当加快跑步机的速度，猫走的会更快 甚至小跑或飞奔起来。
• 行走需要来自高级中枢的激活，一旦启动，屈肌 和伸肌模式将继续运动，不再需上层中枢的参与。
• 此时脑已不能感知肢体的活动，所以行走动作与 反馈活动也无关。
• 反应时研究
– 当动作越来越复杂时，反应时也越长 ，
– 表明在动作之前中枢需要更多的时间 才能把动作组合在一起，说明动作前 大脑做了某些处理，从而预示动作程 序的存在。
支持动作程序的证据
• 去感觉神经研究
– 对猴子前肢的传入神经切除后，四肢 能够活动
– 但会在一些需要精细操作的活动中存 在不足。
?总持续时间?总力量?肌肉选择一般运动程序的固有特征与参数固有特征不可变参数可变顺序肌肉选择相对时间总时间相对力量总力量一般运动程序的证据不同速度下走跑步态周期中44个阶段的相对时间持续总时间即速度是可变参数每部分的相对时间保持稳定是固有参数一般运动程序参数的修改?动作时间的变化?动作幅度的变化?使用不同的身体部位二图式理论?图式是对生活中的事物的大量事例的抽象总结了事物的重要特征?如当看到从未见过的树时虽然不知道名称但是基于头脑中的图式可以断定它是树?动作图式理论?一般动作程序?动作反应图式?特定情境下的规则参数?图式理论可以解释如何成功完成一项以前从未练习过的技能第三节运动中的中枢控制一惊吓动作?惊吓反应人对一个无预期的大声做出的反应就是惊吓反应自动快速的全身反应包括快速眨眼和颈部肌肉收缩无意识参与惊吓提高了反应速度?动作程序储存在皮质下中枢惊吓刺激阻断了意识加工打乱了个体对动作的安排使动作程序提前启动了
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
T
Lms Lls 1 L ss Lms 2 1L 2 ms Lms Llr 1 L rr Lms 2 1L 2 ms
1 2
Lms
Lms Lls 2 1 Lms 2 1 Lms
Lms Llr 1 2 Lms
Te
1 2
np i T
（5-16）
又由于
i T [ i sT
i rT ] [iA
iB
iC
ia
ib
ic ]
代入式（5-16）得
T L rs T L sr Te np i r is is ir 2 1
（5-17）
• 转矩方程的三相坐标系形式 以式（5-12）代入式（5-17）并展开后， 舍去负号，意即电磁转矩的正方向为使 减 小的方向，则
3. 转矩方程
根据机电能量转换原理，在多绕组电机 中，在线性电感的条件下，磁场的储能和 磁共能为
Wm W
' m
1 2
i ψ
T
1 2
i Li
T
（5-14）
而电磁转矩等于机械角位移变化时磁共能 的变化率
' W m
m
（电流约束为常值），且机械
角位移 m = / np ，于是
Te W
Lms 2 1 Lms 2 Lms Lls 1 Lms 2 1 Lms 2 Lms Llr 1
（5-10）
（5-11）
L rs L sr
T
cos Lms cos( 120 ) cos( 120 )
' m i const .
m
np
W
' m i const .
（5-15）
• 转矩方程的矩阵形式 将式（5-14）代入式（5-15），并考虑到 电感的分块矩阵关系式，得
0 L 1 i np i T L rs 2 L sr i 0
（5-2）
u b ib Rr
u c ic Rr
dt d c
dt
电压方程的矩阵形式
将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 p 代 替微分符号 d /dt
u A Rs u 0 B uC 0 ua 0 ub 0 uc 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 i A 0 iB 0 iC 0 ia 0 ib Rr ic A B C p a b c
运动控制系统
第 5 章
基于动态模型的异步电动机调速系统
5.1 异步电动机动态数学模型
什么是异步电动机动态数学模型?
首先要说： 什么是异步电动机稳态数学模型？ 一、稳态等值电路。 二、稳态转矩公式。
这些仅在输入为对称的三相交流电压或电流、 电机稳定运行时才成立。
5.1.1 异步电机动态数学模型的性质
LAc LBc LCc Lac Lbc Lcc
电感的种类和计算
漏感
• 定子漏感 Lls ——定子各相漏磁通所
对应的电感，
• 转子漏感 Llr ——转子各相漏磁通所
对应的电感。ຫໍສະໝຸດ 互感定子互感 Lms——定子绕组交链的最大互感； 转子互感 Lmr——转子绕组交链的最大互感。
Lms Lls 1 L ss Lms 2 1L 2 ms Lms Llr 1 L rr Lms 2 1L 2 ms
1 2
Lms
Lms Lls 2 1 Lms 2 1 Lms
Lms Llr 1 2 Lms
（1）定子三相彼此之间和转子三相彼此 之间位置都是固定的，故互感为常值；
（2）定子任一相与转子任一相之间的位置 是变化的，互感是角位移 的函数。
第一类固定位置绕组的互感 三相绕组轴线彼此在空间互差120°， 互感值应为， 1 Lms cos 120 Lms cos(120 ) Lms 2 于是
电压方程 磁链方程
转矩方程
运动方程
1. 电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为
u A iA Rs d A dt
u B iB Rs
u C iC Rs
d B dt
d C dt
（5-1）
电压方程（续） 三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为
u a ia Rr d a dt d b
定子、转子互感 Lmsr——定子绕组与转子绕 组交链的最大互感； 折算后定、转子绕组匝数相等，Lms = Lmr = Lmsr
自感表达式
定子各相自感为
LAA LBB LCC Lms Lls
转子各相自感为 Laa Lbb Lcc Lmr Llr
Lms Llr
• 互感表达式 两相绕组之间只有互感。互感又分为两类：
LAC LBC LCC LaC LbC LcC
LAa LBa LCa Laa Lba Lca
LAb LBb LCb Lab Lbb Lcb
LAc iA LBc iB LCc iC Lac ia Lbc ib LcC ic
电压方程的展开形式
如果把磁链方程代入电压方程中，即得展开后的 电压方程
u R i p ( Li ) Ri L
Ri L di dt dL d
di
dt
dL dt
i
（5-13）
i
式中，Ldi /dt 项属于电磁感应电动势中的脉变 电动势（或称变压器电动势），(dL / d)i 项属于 电磁感应电动势中与转速成正比的旋转电动势。
（5-3）
或写成
u Ri p
（5-3a）
2. 磁链方程
A LAA B LBA C LCA a LaA b LbA c LcA
或写成
LAB LBB LCB LaB LbB LcB
磁链方程
Ψ s L ss Ψ r L rs
式中
L rr i r
Ψ r a b c
i r i a
ib ic
T
L sr i s
Ψ s A B C
T
T
i s iA
iB
iC
T
自感矩阵
LAc LcA LBa LaB LCb LbC Lms cos( 120 )
LAb LbA LBc LcB LCa LaC Lms cos( 120 )
当定、转子两相绕组轴线一致时，两者之间 的互感值最大，就是每相最大互感 Lms 。
Lms 2 1 Lms 2 Lms Lls 1 Lms 2 1 Lms 2 Lms Llr 1
互感矩阵
L rs L sr
T
cos Lms cos( 120 ) cos( 120 )
Ψ s L ss Ψ L r rs
i s iA
iC
L rr i r
T
L sr i s
（5-9）
式中 Ψ s A B C Ψ r a b c
iB
T
T
i r ia
ib
ic
Te n p Lms [( iA ia iB ib iC ic ) sin (iA ib iB ic iC ia ) sin( 120 ) (iA ic iB ia iC ib ) sin( 120 )]
（5-18）
应该指出，上述公式是在线性磁路、磁动势在 空间按正弦分布的假定条件下得出来的，但对定、 转子电流对时间的波形未作任何假定，式中的 i 都是瞬时值。 因此，上述电磁转矩公式完全适用于变压变频器 供电的含有电流谐波的三相异步电机调速系统。
模型的高阶性
定子有三个绕组，转子也可等 效为三个绕组，每个绕组产生 磁通时都有自己的电磁惯性， 再算上运动系统的机电惯性， 和转速与转角的积分关系，是 一个八阶系统。
因此，异步电机的动态数学 模型是一个高阶、非线性、强 耦合的多变量系统。
必须设法予以简化，才能进行 分析和设计。
5.1.2 异步电动机的三相原始数学模型
LAB LBC LCA LBA LCB LAC 1 2 Lms
Lab Lbc Lca Lba Lcb Lac
1 2
Lmr
1 2
Lms
第二类变化位置绕组的互感
定、转子绕组间的互感，由于相互间位置的变 化，可表示为
LAa LaA LBb LbB LCc LcC Lms cos
异步电动机的数学模型具有：
输入变量——电压（电流）、频率，
输出变量——转速、磁链。
电压（电流）、频率、磁链、转速之间 又互相影响，所以是强耦合的多变量 系统。
模型的非线性
电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通 得到感应电动势。 它们都是同时变化的，在数学模型 中就含有两个变量的乘积项，数学模 型是非线性的。
cos( 120 ) cos cos( 120 )
cos( 120 ) cos( 120 ) cos
（5-12）
L 值得注意的是，sr 和 L rs 两个分块矩阵互为 转置，且均与转子位置 有关，它们的元 素都是变参数，这是 系统非线性的一个根 源。为了把变参数转换成常参数须利用坐标 变换，后面将详细讨论这个问题。