运动控制系统PPT第1章 绪论
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
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。
THANKS
感谢观看
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
1 运动控制系统及其组成
21
传感技术：检测技术
对电机中涉及的电流、电压、转速、
磁感应强度、电涡流等信号进行提取 和放大 滤波器的实现
22
控制算法实现平台：微电子技术
模拟控制器和滤波器：模拟电子技术 数字控制器滤波器：信号与系统、
数字信号处理、计算机控制、嵌入式 系统（单片机、DSP、FPGA）、C 语言
30
思考
对磁场进行测量可以采用什么原理的
传感器 DSP与普通单片机的区别
31
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1章
绪论
1
1 运动控制系统及其 组成
2
1.1 现代运动控制系统实例
直流电机调速系统
3
无刷直流电机控制系统
4
交流电机变频调速系统
5
超声电机控制系统
6
超声电机控制器
7
相机用超声电机
8
直线型超声电机
9
大功率异步电机控制系统
10
1.2 运动控制系统及其组成
电力拖动自动控制系统运动控制系统第1章绪论11运动控制系统及其组成211现代运动控制系统实例直流电机调速系统3?无刷直流电机控制系统4?交流电机变频调速系统5?超声电机控制系统6?超声电机控制器7?相机用超声电机8?直线型超声电机9?大功率异步电机控制系统1012运动控制系统及其组成图12运动控制系统及其组成11现代运动控制技术电机学电力电子技术微电子技术计算机控制技术控制理论信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科
以matlab中的simulink为主
要仿真工具
29
主要参考资料
电机学：《电机及拖动基础》顾绳谷第四 版 自动控制：自动控制原理(胡寿松5版) 电力电子：电力电子技术（王兆安第4版） 《电力电子应用技术的MAtlab仿真》 林飞 《电力电子和电力拖动控制系统的 MATLAB仿真》 洪乃刚 2006年
第一章生理学绪论PPT课件
(Nervous regulation)
反射(reflex) 反射弧(reflex arc)
神经调节
可分为 非条件反射(unconditioned reflex) 条件反射(conditioned reflex)
特点：反应迅速 起作用快 调节精确。
二、体液调节
(Humoral regulation)
体液(body fluid) 细胞内液(intracellular fluid) 细胞外液(extracellular fluid)
二、稳态 homeostasis
内环境的稳态并不是静止不变的固定状态，而是各种理化因素 在变化中达到动态平衡的一种相对恒定状态。
第五节 生理功能的调节
(The regulation of physiological function)
特点：调节强度较弱，影响范围小，且灵敏度较低，调节常局限 于某些器官或组织细胞内，但对于该器官或组织细胞生理活动 的功能调节仍然具有一定的意义。
第六节 人体内自动控制系统
(Adaptive control system in human body)
一、反馈控制系统(Feedback control system)
可兴奋组织：接受刺激后能迅速产生某种特定生理反应 的组织。
兴奋(excitation)： 由相对静止变为显著的运动状态，或原有的活动 由弱变强。
抑制(inhibition)： 由运动转为相对静止，或活动由强变弱。
阈强度(threshold intensity) ：能引起活组织细胞产生反应的最小刺激 强度。
体液调节是指机体的某些组织细胞所分泌的特殊的化学物质，通过体 液途径到达并作用于靶器官，调节靶器官生理活动的一种调节方式。
《自动控制原理教学课件》第1章绪论
:19
常用术语： （1）系统输出：被控变量 （2）给定值（参考输入）：系统的给定输入，由 控制者决定被控变量的期望值。 （3）扰动：系统不需要而又难于避免的输入，它 使得被控量偏离给定值。扰动即可来自系统内部又 可来自外部 （4）偏差：给定值－测量值
通信技术研究所
:20
ห้องสมุดไป่ตู้
前向通路：信号从输入端沿箭头方向到达输出端的 传输通路。 主反馈通路：系统输出量经测量装置反馈到输入端 的传输通路。
通信技术研究所
:33
练习
一、名词解释 1.自动控制 2.闭环控制 3.自动控制系统 二.填空 1.典型的自动控制系统由 、 、 、 、 组成。 2.对控制系统系统性能评价从三个方面进行，即 三个基本要求_______、_______ 、________ 。 3.系统中需要加以控制的目标装置，称__________ 。 4.__ __是系统能否正常工作的前提条件；_ _反映 系统在动态过程中系统跟踪控制信号或抑制扰动的能力； 稳态误差越小的系统，说明系统的_______ _越好。
通信技术研究所
:24
按描述系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性 按控制系统传递信号性质 （1）连续系统 （2）离散系统 按系统参数是否随时间变化 （1）定常系统
d nc d n1c dc d mr d m1r dr an n an1 n1 a1 a0c bm m bm1 m1 b1 b0 r dt dt dt dt dt dt
通信技术研究所
:23
1.2.2 其他分类 按输入信号特征分类 （1）恒值系统(自稳定系统) c(t ) r (t ) , r (t ) 常数 控制任务： 分析设计重点：研究干扰对被控对象的影响， 克服扰动 （2）随动系统 控制任务： c(t ) r (t ) r (t ) 随机变化 分析设计重点：系统跟踪的快速性、准确性 （3）程序控制系统 控制任务： 预先规定时间函数变化
第1章 电力拖动自动控制系统 运动控制系统(第5版)
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
运动控制系统的控制器
模拟控制器
并行运行，控制器的滞后时间小。 微处理器数字控制器 串行运行方式，其滞后时间比模拟 控制器大得多，在设计系统时应予以 考虑。
运动控制系统的信号检测与处理
信号检测
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。 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。
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。
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统
转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统 动态性能无法与直流调速系统相比
交流调速系统
基于动态模型的交流调速系统
矢量控制系统 直接转矩控制系统 动态性能良好，取代直流调速系统
1.2 运动控制系统的历史与发展
同步电动机交流调速系统
TL 常数
图1-3 恒转矩负载
恒功率负载
负载转矩与转 速成反比，而 功率为常数， 称作恒功率负 载
TL
mห้องสมุดไป่ตู้
PL
常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
风机、泵类负载
负载转矩与转速 的平方成正比， 称作风机、泵类 负载
TL n
2 m
2
图1-5 风机、泵类负载
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存
复杂领域的智能运动控制系统研究
复杂领域的智能运动控制系统研究第一章绪论随着机器人技术和人工智能技术的不断发展，智能运动控制系统在越来越多的复杂领域得到应用。
例如，智能制造业、智能交通等领域。
智能运动控制系统通过传感器、控制器、执行器等组成的硬件系统，实现对机器人或设备的运动轨迹、速度、力度等进行控制和调节。
在复杂的环境下，智能运动控制系统可以自主识别环境因素，并作出相应的动作调整。
因此，智能运动控制系统在提高运动控制精度、提高机器人或设备的操作安全性等方面发挥了重要作用。
本文从机器人智能运动控制系统的构成、关键技术、应用现状等方面进行研究和探讨。
通过对相关领域的案例分析，总结出智能运动控制系统未来的发展方向。
第二章智能运动控制系统构成智能运动控制系统主要由传感器、控制器、执行器等部分组成。
其中，传感器主要用于感知机器人或设备的位置、速度、力度等关键信息。
控制器则负责运动轨迹规划、控制和调节。
执行器则是实现控制器的指令，完成机器人或设备的动作执行。
2.1 传感器传感器是智能运动控制系统中最为关键的组成部分之一。
传感器主要用于感知机器人或设备的位置、速度、力度等信息。
根据不同的感知对象，传感器的种类也不同。
例如，用于感知轨迹的传感器可以采用视觉传感器，而用于感知力度的传感器可以采用压力传感器等。
2.2 控制器控制器是智能运动控制系统中中枢部分，主要负责运动控制的规划、控制和调节。
控制器需要不断地读取传感器输出的机器人或设备的位置、速度、力度等关键信息，并依据事先定义好的运动轨迹和其他控制算法进行计算，生成机器人或设备的下一次动作指令。
控制器还需要不断地监控机器人或设备的状态，及时进行控制和调节，确保机器人或设备能够按照事先定义好的运动轨迹进行运动。
2.3 执行器执行器是智能运动控制系统中最为直接的组成部分，主要负责对机器人或设备的动作进行执行。
执行器种类也根据机器人或设备不同而不同。
例如，用于驱动机器人轮子的执行器可以采用电机，而用于控制机器人爪子张合的执行器则可以采用气动缸等。
四足仿生机器人运动控制系统的设计与实现
西北工业大学硕士学位论文第一章绪论图１－１ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ图１－２ＢｉｇＤｏｇＬｉｔｔｌｅＤｏｇ是由ＤＡＲＰＡ（美国国防部高级研究项目署）资助，波士顿动力公司研制的四足机器人（如图１－１所示）。
ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ采用电机驱动，每条腿上装有３个电机，采用便携式计算机控制，机器人装有检测关节角度、电机电流、航向、脚与地之间的接触等用途的传感器，采用无线通信模块传送数据，随身携带的锂离子聚合物电池可以保证机器人运行３０分钟。
科学家们通过该机器人来研究电机、动力控制、对环境的感知和粗糙地形下的运动等问题。
ＢｉｇＤｏｇ也是由ＤＡＲＰＡ资助，波士顿动力公司研制的四足机器入（如图１．２所示），ＢｉｇＤｏｇ与ＬｉｔｔｌｅＤｏｇ相比性能得到了大幅度的提高，号称是目前世界上最先进的四足机器人。
ＢｉｇＤｏｇ长为ｌ米、高为Ｏ．７米、重量为７５千克，采用液压驱动，由汽油发动机提供动力，采用随身携带的计算机控制，装有位置、力、陀螺仪等传感器。
ＢｉｇＤｏｇ的环境适应能力特别强，可以在山地、沼泽地、雪地等路面上行走，目前可以３．３英里／４，时的速度小跑，可以爬越３５度的坡面，负载１２０磅。
二、四足机器人Ｐａｔｒｕｓｈ和Ｔｅｋｋｅｎ［８Ｊ日本电信大学的Ｈ．ＫｉＩｌｌｕＩａ等于十几年前开始研究四足机器人，先后研制出四足机器人Ｐａｔｒｕｓｈ－１１９１、Ｐａｔｒｕｓｈ－ＩＩｌｌ０１、Ｔｅｋｋｅｎ－Ｉ［“Ｉ、Ｔｅｋｋｅｎ－ＩＩ［１２】【１３１和Ｔｅｋｋｅｎ．Ⅳ【１４】（如图ｌ－３所示）。
以Ｔｅｋｋｅｎ－ＩＩ为例来介绍其特征，Ｔｅｋｋｅｎ－ＩＩ的外形尺寸为３０Ｘ１４Ｘ２７．５ｃｍ，含电池重４．３ｋｇ，共１６个关节（每条腿４个关节，３个主动关节，一个被动关节），采用直流伺服电机驱动、并配有减速箱，配有编码盘、陀螺仪、倾角计和接触传感器，控制器采用ＰＣ机、操作系统为ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ，通过遥控器操作机器人Ｉｌ”。
Ⅺｍｎｆａ将中枢模式发生器ＣＰＧ网络与牵张反射、伸肌反射、屈肌反射等机理结合，实现了所研制的四足机器人Ｔｅｋｋｅｎ在复杂地形下的自适应运动，可以实现行走（ｗａｌｋ）、同侧跑（ｐａｃｅ）、对角跑（ｔｒｏｔ）和奔跑（ｇａｌｌｏｐ）步态，能避障、越障、爬坡，Ｔｅｋｋｅｎ．ＩＶ最高速度达１．５ｍ／ｓ［１６Ｊ。
运动控制系统PPT参考课件
第1篇 直流拖动பைடு நூலகம்制系统
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 ❖ 直流调速方法 ❖ 直流调速电源 ❖ 直流调速控制
10
1.1.1 直流调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
（1-1）
n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）；
I — 电枢电流（A）；
R — 电枢回路总电阻（ ）；
晶闸管-电动机调速系统（简称VM系统，又称静止的Ward-Leonard系 统），图中VT是晶闸管可控整流器，通 过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移 动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud ，从而实现平滑调速。
22
• V-M系统的特点
与G-M系统相比较： 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提
25
1). 直流斩波器的基本结构
控制电路
+
VT
Us
VD
_
a）原理图
u
+ Us ton
M _O
T
b）电压波形图
图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形
Ud t
26
2). 斩波器的基本控制原理
在原理图中，VT 表示电力电子开关器件， VD 表示续流二极管。当VT 导通时，直流电源 电压 Us 加到电动机上；当VT 关断时，直流电 源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续流，两端 电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如 图1-5b ，好像是电源电压Us在ton 时间内被接上， 又在 T – ton 时间内被斩断，故称“斩波”。
改变电压 UN U
U n ， n0
❖ 调速特性：
O
转速下降，机械特性
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
新型高精密运动控制系统设计与开发
新型高精密运动控制系统设计与开发第一章：绪论1.1 研究背景随着科学技术的不断发展和应用场景的多样性，对运动控制系统的要求也越来越高。
传统的运动控制系统已经不能满足现代化要求，需要设计新型高精密运动控制系统。
高精度运动控制产品广泛应用于机器人控制、医疗机械、精密加工、半导体设备等领域。
1.2 研究意义新型高精密运动控制系统的设计与开发对于提升我国工业技术水平、推进工业智能化改造，具有重要的现实意义和战略意义。
1.3 研究内容本文主要研究新型高精密运动控制系统的设计与开发方法，包括控制算法、硬件设计、软件编程和测试等方面。
第二章：新型高精密运动控制系统综述2.1 运动控制系统概述运动控制系统是指对机械设备或工艺过程进行控制管理的技术系统。
它通过控制电机或执行器的输出量，来调整机器设备或工艺过程的状态和运动轨迹。
常见的运动控制系统包括伺服系统、步进系统、气压控制系统等。
2.2 高精密运动控制系统特点高精密运动控制系统具有精度高、鲁棒性强、动态响应快、运动平稳等特点。
它能够有效地提升机器设备或工艺过程的精度、稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和制造效率。
2.3 高精密运动控制系统的应用领域高精密运动控制系统广泛应用于机器人控制、医疗机械、精密加工、半导体设备等领域。
第三章：新型高精密运动控制系统的设计思路3.1 系统分析根据应用场景和实际需求，对新型高精密运动控制系统进行系统分析，确定系统的规格指标和技术要求。
3.2 系统设计根据规格指标和技术要求，采用模块化设计思想，对新型高精密运动控制系统进行设计。
包括硬件设计和软件编程等方面。
3.3 系统实现根据设计方案，进行系统实现。
包括硬件制造和软件调试等方面。
第四章：新型高精密运动控制系统的实现过程4.1 硬件设计根据设计要求，选用高性能的微控制器和运动控制芯片，设计高速数字信号处理模块和模拟信号采集模块，实现精度控制、速度控制和位置控制等功能。
4.2 软件编程在硬件设计的基础上，采用C语言编程，构建控制算法和接口程序，实现数据采集、计算和控制等功能。
《运动控制系统》期末复习资料
第1章 绪论1. 什么是运动控制? 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。
运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。
2. 运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。
3. 运动控制系统的基本运动方程式：第2章 转速反馈控制的直流调速系统1. 晶闸管-电动机（ V-M ）系统的组成：纯滞后环节，一阶惯性环节。
2. V-M 系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。
3. 稳态性能指标：调速范围D 和静差率s 。
D =n N s∆n N (1−s) ，额定速降 ∆n N ，D =n maxn min ，s =∆n N n 04. 闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5. 反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。
积分控制规律：⎰∆=t0n c d 1t U U τ 比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6. 有静差、无静差的主要区别：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。
比例积分放大器的结构：PI 调节器7. 数字测速方法：M 法测速、T 法测速、M/T 法测速。
8. 电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9. 脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。
10. 直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。
运动控制系统上海大学全部章节内容
制量；
功率驱动装置一方面按控制量的大小将电网中的电能
作用于电动机上，调节电动机的转矩大小，另一方面
按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换成电动机
所需的交流电或直流电；
电动机按供电大小拖动生产机械运转。
2019/10/31
自动化与电气工程系 8
0 绪论
4. 运动控制系统各部分的组成
运动控制系统的三个组成部分，任何一
2019/10/31
自动化与电气工程系 22
1.1.1 旋转变流机组供电的直流调速系统
直流励 磁发电机
同步或异 步交流电
动机
直流发 电机
需调速 的直流 电动机
2019/10/31
自动化与电气工程系 23
1.1.1 旋转变流机组供电的直流调速系统
G-M系统，国际上称Ward-Leonard系统
第II象限
电力电 子开关
器件
续流 二极管
控制电路
+
VT
Us
VD
+
+
VT
Us VD M
_
_
MM
Ud tTonUs
ρ
ρUs
为占空比
“T-ton”
斩断
u
+
Us ton
Ud
_
a）原理图
_
O
t
T
b）电压波形图
2019/10/31
自动化与电气工程系 31
1.1.3 静止式可控整流器或脉宽调制变换器
三种改变输出平均电压的调制方法
1.2.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传
递函数
2019/10/31
自动化与电气工程系 35
运动控制系统总结
tr / T ts / T k
14.20
1
以h=5的动态跟随性能比较适中。
表3-5 典型Ⅱ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系 （控制结构和扰动作用点如图3-15所示，参数关系符合 M r min准则） h 3 4 5 6 7 8 9 10
Cmax/Cb 72.2% 77.5% 81.2% 84.0% 86.3% 88.1% 89.6% 90.8% tm / T tv / T
1 0 4 t4 ton
2 t2 3
(d) 轻载电动状态的电流波形
T
t
U s RId E RId Ce n
直流PWM调速系统（电流连续）的机械特性
转速控制的要求和稳态调速性能指标
调速范围
nmax D nmin
静差率s
n N s 100% n0
静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准
- 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)。
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
磁链控制同样重要
为了有效地控制电磁转矩，充分利 用电机铁芯，在一定的电流作用下 尽可能产生最大的电磁转矩，必须 在控制转矩的同时也控制磁通（或 磁链）。
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存
在的不可控扰动输入。 归纳出几种典型的生产机械负载转 矩特性，实际负载可能是多个典型 负载的组合，应根据实际负载的具 体情况加以分析。
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转Leabharlann 和扭转弹性转矩，运动控制系统的简化运动方程式
d m J Te TL dt d m m dt
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
转矩控制是运动控制的根本问
题
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，使转速 变化率按人们期望的规律变化。
TL n
2 m
2
图1-5 风机、泵类负载
恒转矩负载
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
TL 常数
图1-3 恒转矩负载
恒功率负载
负载转矩与转 速成反比，而 功率为常数， 称作恒功率负 载
TL
m
PL
常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
风机、泵类负载
负载转矩与转速 的平方成正比， 称作风机、泵类 负载
图1-1运动控制及其相关学科
1.1 运动控制系统及其组成
图1-2 运动控制系统及其组成
运动控制系统的控制对象—— 电动机
从类型上分
直流电动机、交流感应电动机（交流异 步电动机）和交流同步电动机。 从用途上分 用于调速系统的拖动电动机和用于伺服 系统的伺服电动机。
运动控制系统的功率放大与变 换装置
同步电动机的转速与电源频率严 格保持同步，机械特性硬。 电力电子变频技术的发展，成功地 解决了阻碍同步电动机调速的失步 和启动两大问题。
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
d m J Te TL D m K m dt d m m dt
电力电子型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
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、温度等因 素的影响
运动控制系统的控制器
以微处理器为核心的数字控制器
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统
转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统 动态性能无法与直流调速系统相比
交流调速系统
基于动态模型的交流调速系统
矢量控制系统 直接转矩控制系统 动态性能良好，取代直流调速系统
1.2 运动控制系统的历史与发展
同步电动机交流调速系统
电压、电流、转速和位置等信号 信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等 数据处理 信号滤波
1.2 运动控制系统的历史与发展
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。
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
运动控制系统的控制器
模拟控制器
并行运行，控制器的滞后时间小。 微处理器数字控制器 串行运行方式，其滞后时间比模拟 控制器大得多，在设计系统时应予以 考虑。
运动控制系统的信号检测与处理
信号检测
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。 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。
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。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
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
运动控制系统转矩控制规律 生产机械的负载转矩特性
现代运动控制技术
电机学、电力电子 技术、微电子技 术、计算机控制 技术、控制理论、 信号检测与处理 技术等多门学科 相互交叉的综合 性学科 。