电力拖动自动控制系统第一章概论
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
电力拖动自动控制系统第一章
§1-1 可控直流电源
旋转变流机组
旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
§1-1 可控直流电源
•优点： ①调速平滑； ②实现四个象限的控制； ③整流比较平稳。 •缺点： ①设备多、体积大、费用高； ②噪声大 ③效率低； ④ 响应慢（秒级）； ⑤维护量大。
二、静止可控整流器
最早的静止变流装臵是20世纪50年代推出的水 银整流器给直流电动机供电。由于其诸多缺点，尤 其是晶闸管的问世，它只应用了很短的时间。
§1-2 晶闸管-电动机(V-M)调速系统的特点
3、改善方法
①增加整流电路相数（m）
②设臵平波电抗器
按保证电流连续的最小电流值来选择（I dmin= 5%~10%I dnom）则： 单相全桥： l= 2.87U2/Idmin m= 2 三相半波： l= 1.46U2/Idmin m= 3 三相全桥： l= 0.693U2/Idmin m= 6 由此可见整流电路的脉波数越多，所需的电感越小。
§1-2 晶闸管-电动机(V-M)调速系统的特点
四、晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程 式为
绪论
第一篇 直流调速系统和随动系统
绪论
一、调速系统
被控对象：电动机 被调量：速度 1. 调速：为了满足生产机械的要求，人为的改变 电机的转速。 2. 稳速：把负载变化、电网波动等因素对电机转 速的影响，通过调节作用降到最低限度，甚至消 除。 调速系统要求调速和稳速相结合。速度要求 可调，但调至到某一速度运行时，要求速度要稳 定。
§1-1 可控直流电源
工作原理：
1. 由整流桥完成交→直(无功率因数低的问题 )。 2. u s 恒定，改变控制电压，从而控制一个周期导通 角大小( ton )，实现可控。
电力拖动自动控制系统课程设计
《运动控制系统设计》课程设计报告设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班学号:姓名：指导教师：设计时间：2007.11.20 —2007.12.14目录摘要第一章概述第二章设计任务及要求2.1设计任务：2.2设计要求：2.3理论设计3.1方案论证3.2系统设计3.2.1电流调节器设计3.2.1.1确定时间常数3.2.1.2 选择电流调节器结构3.2.1.3计算电流调节器参数3.2.1.4 校验近似条件3.2.1.5 计算调节器电阻和电容3.2.2速度调节器设计3.2.2.1 确定时间常数3.2.2.2 选择转速调节器结构3.2.2.3 计算转速调节器参数3.2.2.4 校验近似条件3.2.2.5 计算调节器电阻和电容3.2.2.6 校核转速超调量第三章系统建模及仿真实验4.1MATLAB 仿真软件介绍4.2仿真建模及实验4.2.1单闭环仿真实验4.2.2双闭环仿真实验4.2.3仿真波形分析第四章实际系统设计及实验5.1 系统组成及工作原理5.2 设备及仪器5.3 实验过程5.3.1 实验内容5.3.2 实验步骤第五章总结与体会参考文献摘要从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。
动静态性能好，抗扰性能佳。
速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
电力拖动自动控制系统--动控制系统(1)-
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题
on
• ton不变，变 T —脉冲频率调制（PFM）； • t 和 T 都可调，改变占空比—混合型。
on
40
• PWM系统的优点
1 主电路线路简单，需用的功率器件少； 2 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热
都较小； 3 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左
右； 4 若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快
可调的直流电压。 • 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不
控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉 宽调制，以产生可变的平均电压。
28
1.1.1 旋转变流机组（ G-M系统， Ward-Leonard系统）
图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
29
• G-M系统特性
15
4. 电枢绕组的反电势
E是电枢旋转时，绕组切割主磁通Φ的结果，故和Φ与转速n的乘积
成正比。
式中：Ke—电动势结构系数，Ce —恒磁通电动势结构系数；
n—电动机转速，在此转速下，电动机的电磁转矩
Te正好与负
载转矩Tl相平衡，系统处于稳定运行状态。
16
5. 直流电动机的机械特性方程
1 理想空载转速n0 当Te=0时，n=n0；
34
35
➢ 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许 值会在很短的时间内损坏器件。 ➢ 当系统处在深调速状态，即在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得 系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃 及附近的用电设备。由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的 用电设备，造成“电力公害”。
电力拖动自动控制系统各章节介绍
电力拖动自动控制系统虽然主要介绍电机的控制，并且以转速控制为主要对象，但其应用并不局限于此。
在数控机床等伺服控制范畴的应用更为广泛，这类控制与调速控制上的控制学原理是一致的，因此老师增加了位置控制、张力控制等章节，扩大了传动控制的范围，增加了知识点。
电机的控制与温度、流量、压力等控制也有共性，老师在教学过程中适当的引导，有利于拓展我们的思路，有利于我们应用知识能力的培养。
突破自动化就是调速的局限，而把自动化的主要专业课电力拖动自动控制系统作为控制理论和计算机应用的典型示例来讲并扩大其复盖范围，对促进自动化专业的建设和改造有重要意义。
实验在电力拖动自动控制系统课中始终占重要的地位，也是系统课程教改的重点。
目前，学校已经开发了大型综合性的实验，并和课程设计相结合单独设课，对我们实践能力的培养起了重要的作用。
理论教学、实验教学以及课程设计的结合为我们自动化学生工程能力培养创造了良好的机制，也已经发挥了积极作用。
但是在运行中目前的教学形式和手段在激发学生的创造性方面尚显不足。
实验的条件是有限的，一组多人且受时间限制，训练往往不充分，我们要充分利用现有的实验设备，完成任务，达到学习的目标。
主要内容及学习要点：第一章绪论1、电力拖动控制系统的基本类型（1) 直流电机拖动控制系统的基本类型（2）交流电机拖动控制系统的基本类型2、现代电力拖动控制系统的物质基础第二章闭环控制得直流调速系统1、转速控制得要求和调速指标（1）调速范围D（2）静差率S（3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系2、闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图3、开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较4、闭环系统能够减少稳态速降得实质5、反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）6、反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算7、截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性8、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型的建立、动态结构图、传递函数以及稳定条件9、PI调节器的设计10、无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构，积分调节器与比例调节器的区别，比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别11、无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算第三章多环控制的直流调速系统与调节器的工程设计方法1、转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括双闭环直流调速系统的原理框图和稳态结构图2、双闭环直流调速系统PI调节器在稳态时的特性：（1）饱和——输出达到限幅值（2）不饱和——输出未达到限幅值3、双闭环直流调速系统的静特性4、双闭环直流调速系统在稳态工作时各变量间的关系、稳态工作点和稳态参数的计算5、双闭环直流调速系统启动过程中电流和转速的三个阶段：（1）电流上升阶段（2）恒流升速阶段（3）转速调节阶段6、双闭环直流调速系统的动态性能（1）动态跟随性能（2）动态抗绕性能：抗负载扰动和抗电网电压扰动7、转速、电流两个调节器的作用8、调节器的工程设计方法的基本思路，以及典型Ⅰ、Ⅱ型系统的系统结构、参数和动态性能指标的关系9、按工程设计方法设计转速、电流双闭环直流调速系统的调节器（1）电流调节器的设计①电流环的动态结构图②电流调节器的结构选择③电流调节器参数的选择（2）转速调节器的设计①转速环的动态结构图②转速调节器的结构选择③转速调节器参数的选择（3）电流调节器和转速调节器的实现10、双闭环直流调速系统中外环和内环的作用11、带电流变化率内环的三环直流调速系统的主要作用、特点第四章可逆控制和弱磁控制得直流调速系统1、晶闸管——电动机系统可逆线路的种类2、晶闸管——电动机系统回馈制动3、环流的概念、种类4、直流平均环流，α=β工作制配合控制得结构、特点、实现和作用5、产生脉动环流的原因，抑制的方法6、有环流可逆调速系统的基本结构，工作状态，以及正向制动过程的三个主要阶段（本组逆变阶段、它组反节制动阶段和它组回馈制动阶段）的特点7、逻辑控制得无环流可逆调速系统的组成、原理框图、工作状态特点，以及无环流逻辑控制器的功能、组成和工作状况8、错位控制得无环流可逆调速系统的结构特点、工作状态，消除环流的原理，以及带电压内环的错位无环流系统的结构，内环的作用第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统1、脉宽调制（PWM）变换器的作用、种类2、简单不可逆PWM变换器电路的特点、工作原理（二级管的虚流作用）3、有制动作用的不可逆PWM变换器电路的特点、工作原理（制动情况）、电压和电流波形分析4、双极式H型可逆PWM变换器的原理图、工作原理、特点5、脉宽调速系统的稳态分析6、双闭环直流脉宽调速系统的主要结构组成及各环节的功能，常用的脉宽调节器的种类第六章基于动态模型的异步电机调速系统1、交流异步电机变压调速系统（1）异步电机在不同电压下的机械特性（2）闭环控制得变压调速系统及其静特性2、电磁转差离合器调速系统的特点第七章绕线转子异步电机双馈调速系统1、异步电机串级调速原理及其基本类型2、串级调速时异步电机的机械特性3、转速、电流双闭环串级调速系统的组成、动态数学模型等4、串级调速系统的功率流程第八章同步电动机变压变频调速系统1、同步电动机的稳态模型与调速方法2、他控变频同步电动机调速系统3、自控变频同步电动机调速系统4、同步电动机矢量控制系统5、同步电动机直接转距控制系统。
电力拖动与控制系统第1章 绪论ppt课件
换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦，使转矩与 电枢电流成正比。
01.03.2021
精品课件
18
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电 动机）结构简单
交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
01.03.2021
电力电子技术和微电子技术带动了 新一代交流调速系统的兴起与发展， 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。
01.03.2021
精品课件
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1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转 矩易于控制。
dt
Te
TL
Dm
Km
dm
dt
m
01.03.2021
精品课件
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1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运 动控制系统的简化运动方程式
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
01.03.2021
精品课件
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1.3 运动控制系统的，唯一的途径就 是控制电动机的电磁转矩，使转速 变化率按人们期望的规律变化。
01.03e.2d02, 1Springer- Verlag, N精e品w课Y件ork, 2001
4
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1章
绪论
01.03.2021
精品课件
5
内容提要
运动控制系统及其组成
运动控制系统的历史与发展
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
https://
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。
电力拖动自动控制系统第一章总结
电力拖动自动控制系统第一章总结电力拖动自动控制系统第一章总结低压电器：低压电器：通常是矩方向与电动机旋转方向相反，指交流1200V及以下与直流1500V及以下的电气设备。
低压电器的作用：根据外界控制信号和控制要求，通过一个或多个器件组合，自动或手动接通、分断电路，连续或断续的改变电路状态，对电路进行切换、控制、保护、检测和调节。
接触器的作用：接触器是一种用来频繁接通和断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。
它具有低压释放保护功能，可进行频繁操作，实现远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。
继电器：是一种根据电量（电流、电压、频率）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。
继电器与接触器的区别：1.继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作。
2.继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因此，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。
中间继电器的原理：是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）的继电器。
其实质是电压继电器，但它的触头数量较多（可达8对），触头容量较大（5～10A）、动作灵敏。
时间继电器用途：时间继电器是利用电磁原理或机械原理实现触点延时闭合或延时断开的自动控制电器。
时间继电器分类：常用的种类有电磁式、空气阻尼式、电动式和晶体管式。
时间继电器延时方式：1.通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。
当输入信号消失后，输出瞬时复原。
2.断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。
当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原速度继电器的选用：速度继电器主要根据所需控制的转速大小、触头数量和电压、电流来选用。
舌簧继电器用途：舌簧继电器包括干簧继电器、水银湿式舌簧继电器和铁氧体剩磁式舌簧继电器。
其中以干簧继电器最为常用，它常与磁钢或电磁线圈配合使用，用于电气、电子和自动控制中做快速切换电路的转换执行元件，如液位控制等。
电力拖动自动控制系统第1章 绪论
1.4 运动控制系统的机械特性
1.1 运动控制系统及其组成
直流电动机工作原理： 直流电动机优点：
a) 调速范围广、易于平滑调速 b) 过载、起制动转矩大 c) 调速时能量损耗小 d) 易于控制，可靠性高 直流电动机缺点： a) 换向困难，限制了电机的容量 b) 换向器需要经常维护，寿命短 c) 换向器费工费料，造价昂贵
直流电动机在调速要求高的场所得到广泛的应用
电力电子装置
• 理论基础：控制理论和信息处 理理论
• 研发和辅助工具：计算机数字 仿真
运动控制及其相关学科
综合性强，涉及面广
第1章 绪论 内容提要
• 运动控制系统及其组成 • 运动控制系统的历史与发展 • 运动控制系统的运动方程 • 运动控制系统的机械特性 • 他励直流电动机的起动和制动 • 他励直流电动机的调速
1.1 运动控制系统及其组成
2 运动控制系统的功率放大与变换装置
• 半控型向全控型发展 • 低频开关向高频开关发展 • 分立的器件向具有复合功能的功率模块发展
3 运动控制系统的控制器
• 模拟控制器
物理概念清晰、控制信号 流向直观
控制规律体现在硬件电路 线路复杂、通用性差 控制效果受到器件性能、
Te — 正向取正，反向取负 TL — 正向取负，反向取正 GD2 dn — 大小和符号由代数和决定
375 dt
1.3 运动控制系统的运动方程
• 速度控制的本质是对转矩的控制
由运动方程可知： 当 Te= TL 时， dn/dt=0，静止或等速旋转，稳定运转状态。 当Te > TL 时，dn/dt>0，加速，处过渡过程中 。 当Te < TL 时，dn/dt<0，减速，处过渡过程中 。
《电力拖动自动控制系统》教学大纲
《电力拖动自动控制系统》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving2、课程类别：专业方向课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程6、适用专业：电气工程及其自动化二、课程的目的与任务课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。
通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。
课程教学的任务：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。
三、课程的基本要求本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。
教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。
电力拖动自动控制系统(版)陈伯时
答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征：
①只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。
1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为 ，最低转速特性为 ，带额定负载时的速度降落 ，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？
解：思路一：
系统能够达到的调速范围为：
系统允许的静差率：
思路二：
系统允许的静差率：
系统能够达到的调速范围为：
1-5某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min，要求系统的静差率 ，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？
1-10V-M系统，电动机参数为： =2.2kW， =220V, =12.5A, =1500r/min,电枢电阻 =1.2Ω，整流装置内阻 =1.5Ω，触发整流环节的放大倍数 =35。要求系统满足调速范围D=20，静差率s 10%。
（1）计算开环系统的静态速降 和调速要求所允许的闭环静态速降 。
（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。
解：因为：
，
所以系统允许的静态速降：
又：
， ，
故闭环系统的开环放大倍数：
1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8r/min，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？
解：因为：
《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。
1.1电力拖动自动控制系统概述
电力拖动自动控制系统概述主讲人：张敬南副教授主要内容01 电力拖动自动控制系统的定义02 电力拖动自动控制系统的组成03 电力拖动自动控制系统的发展04 船舶电力推进系统05 课程的主要内容军事领域例如自动装弹系统基于自动控制理论，对作为原动机的电动机加以控制，使其拖动机械负载按照给定的控制规律自动运行的系统，称为电力拖动自动控制系统。
简称为电力拖动控制系统，也被称为运动控制系统。
（1）电动机①直流电动机②异步电动机（感应电动机）③同步电动机（2）功率放大与变换装置广泛采用的是电力电子型功率放大与变换装置。
其发展趋势体现在：①半控型向全控型发展；②低频开关向高频开关发展；③分立的器件向具有复合功能的功率模块发展。
（3）控制器①模拟控制器物理概念清晰、控制信号流向直观；控制规律体现在硬件电路；线路复杂、通用性差；控制效果受到器件性能、温度等因素的影响。
（3）控制器②以微处理器为核心的数字控制器硬件电路标准化程度高；控制规律体现在软件上，修改灵活方便；拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能。
电力拖动自动控制系统及其组成（3）信号检测与处理①信号检测：电压、电流、转速和位置等信号；②信号转换：电压匹配、极性转换、脉冲整形等；③数据处理：信号滤波。
电力拖动自动控制系统与电力拖动自动控制系统相关的学科（1）电力电子技术和微电子技术带动了新一代交流调速系统的兴起与发展，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。
（2）关于直流电动机及其控制系统直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制，控制思想直观且成熟。
换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。
（3）关于交流电动机交流电动机（尤其是笼型感应电动机）结构简单。
交流电动机动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质，数学模型比直流电动机复杂得多。
（4）关于交流电力拖动自动控制系统主要体现为交流调速系统。
电力拖动自动控制系统第一章课件
n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
O
TL
调压调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。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，在基速（额定转 速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。
1.1.1 旋转变流机组
图1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M系统）原理图
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步 电动机）拖动直流发电机 G 实现变流， 由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电， 调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电 压 U，从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
PWM系统的优点（续）
（5）功率开关器件工作在开关状态，导通
损耗小，当开关频率适当时，开关损
耗也不大，因而装置效率较高。
（6）直流电源采用不控整流时，电网功率
因数比相控整流器高。
小
结
三种可控直流电源，V-M系统在20 世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要 用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术， 发展迅速，应用日益广泛，特别在中、 小容量的系统中，已取代V-M系统成为 主要的直流调速方式。
•V-M系统主电路的输出
ud
ua ub uc ud Ud E
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nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
IL
I
绪论
结论： 对于要求在一定范围内平滑调速的系统来说， (a)、调压方式最好。 (b)、改变电阻只能有级调速；并且功耗大 ；特性 软。 (c)、弱磁虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往 往只与调压方案配合，在基速（额定转速）以上作 小范围的弱磁升速，以扩大调速系统的调速范围。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主。
绪论
二、分类
●
机械调速：人为的改变传动比，有级调速（汽车）。 ● 电气调速：改变电机转速。 直流电机的转速和其它参数的关系可以表示为：
U IR U IR n n0 n Ke Ke Ke
理想空载转速 转速降
n : 电机转速（r/min）；
U：电枢供电电压（V）； I： 电枢电流（A）； R： 电枢回路总电阻（ Ω ）； Φ： 励磁磁通（Wb）； Ke : 由电机结构决定的电动势常数 。
§1-1 可控直流电源
旋转变流机组
旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
§1-1 可控直流电源
•优点： ①调速平滑； ②实现四个象限的控制； ③整流比较平稳。 •缺点： ①设备多、体积大、费用高； ②噪声大 ③效率低； ④ 响应慢（秒级）； ⑤维护量大。
二、静止可控整流器
最早的静止变流装置是20世纪50年代推出的水 银整流器给直流电动机供电。由于其诸多缺点，尤 其是晶闸管的问世，它只应用了很短的时间。
绪论
第一篇 直流调速系统和随动系统
绪论
一、调速系统
被控对象：电动机 被调量：速度 1. 调速：为了满足生产机械的要求，人为的改变 电机的转速。 2. 稳速：把负载变化、电网波动等因素对电机转 速的影响，通过调节作用降到最低限度，甚至消 除。 调速系统要求调速和稳速相结合。速度要求 可调，但调至到某一速度运行时，要求速度要稳 定。
② 大范围的平滑调速
在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领 域中得到了广泛的应用。
绪论
●
交流调速系统的主要优点：
① 便宜、维修方便 ② 特别是微型计算机、电力电子技术的发展，
已逐渐取代直流拖动系统。 但是，直流拖动系统: ⑴ 从理论上、经验上 比较成熟； ⑵ 直流反馈理论是交流系统的基础。 因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该 首先很好地掌握直流拖动控制系统。
3．主要内容
应用自动控制原理来解决电力拖动自动 控制系统静、动态问题及设计方法。 学习本课需要的基础知识：自动控制原 理、电机拖动、电子技术、电力电子变流技术。
绪论
4．学习思路
1、2、3、4章
电动机：
●
直流电动机--直流调速系统
5、6、7章
交流电动机--交流调速系统
直流调速系统的主要优点：
① 起制动方便
◆
工作条件： 保持电压 U =UN ； n0 电阻 R = R a ； ◆调节过程： 减小励磁 从N
n
n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
n ， n 0
◆
TL 调速特性： 随着，转速上升，机械特性曲线变软。
O
Te
绪论
⑶调节R（电枢串电阻调速）
◆
工作条件： n 保持励磁 = N ； n0 电压 U =UN ； ◆调节过程： 增加电阻从 Ra R n ，n 0不变； ◆调速特性： O 随着R，转速下降， 机械特性曲线变软。
§1-1
可控直流电源
50~60年代晶闸管问世，特别是晶闸管整流装置 的出现，开始进入晶闸管时代。
晶闸管—电动机（V-M）系统
§1-1 可控直流电源
工作原理： 1、利用晶闸管单向导电性完成交→直。 2、利用晶闸管在一个周期内导通时间完成可 控。 单相：半波、全桥、桥式半波 晶闸管整流器： 三相：半波、全桥、桥式半波 •优点： ①经济（只一个控制柜）； ②可靠（无 旋转）； ③噪音低（无旋转） ； ④效率高； ⑤响 应快（毫秒级） 。 •缺点： ①单向导电造成：半控桥只能一个象限 运行，全控桥两个象限，为实现四个象限要两套
校正 装置
执行 装置
测量 装置
对象
♦对于直流调速系统 •对象：直流电机 被调量c(s): 转速n(s) •执行装置：直接作用于被控对象的变流与可控装置 •测量装置：将机械量转变为电量 测速发电机 •比较、校正装置：由放大器组成的各种调节器
第一章 闭环控制的直流调速系统
§1-1 可控直流电源
本节提要
□ 旋转变流机组 □ 静止可控整流器 □ 直流斩波器和脉宽调制变换器
§1-1 可控直流电源
任务： ①交流变直流； ②将电网不可控→可控电源。
一、旋转变流机组（G-M）
旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M）， 在50年代曾广泛使用，现在在尚未进行设备更新的 地方仍沿用。 由交流电动机拖动直流发电机 G —实现变流， 由G 给需要调速的直流电动机 M 供电。发电机 G 的励磁电流（i f）是可以调节的，通过改变 i f 即 可改变其输出电压U ，也即直流电动机 M 的电枢 供电电压，从而实现调节 M 的转速 n。
第一章 闭环控制的直流调速系统
本章提要
♦可控直流电源 ♦晶闸管-电动机（V-M）调速系统的特点 ♦反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析 ♦反馈控制闭环调速系统的动态分析 ♦无静差调速系统和积分、比例积分控制 规律
第一章 闭环控制的直流调速系统
一个闭环系统的四大部分（构成）：
R(S) N(S) C(S)
绪论
可改变如下参数调速：
⑴调节U (降压调速)
◆
工作条件： 保持励磁 = N ； 电阻 R = Ra ◆调节过程： 改变电压 UN U
n n0 nN n1
UN
n2
n3 O IL
U1 U2
U3
n ， n 0
◆
调速特性： 随着U ，转速下降，机械特性曲线平行下移。
I
绪论
⑵调节Φ （弱磁调速）
电力拖动自动控制系统
绪4
绪论
1．什么是电力拖动？
电力拖动就是以电动机作为原动机驱动生 产机械的系统的总称。 电力拖动系统是将电能转变为机械能的装 置，用以实现生产机械的起动、停止、速度 调节以及各种生产工艺过程的要求。 被控对象：电动机
绪论
2．学科性质
电力拖动自动控制系统也叫运动控制系 统，是一门与生产紧密相关的自动化专业的重 要的专业课。