电力拖动自动控制系统概念、基本类型和发展
电力拖动自动控制系统概念、基本类型和发展
直流电动机调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
式中 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（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ke— 由电机结构决定的电动势常数。
（1-1）
直流电动机调速方法
由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动 机的转速：
考试方法和考试成绩
➢ 平时成绩占40％（包括考勤、作业。考勤占20分， 每旷到一次扣5分，累计四次旷课后每旷课一次 扣笔试成绩10分。作业占20分，作业成绩=七次 作业成绩平均值*20%）
➢ 笔试成绩占60％
第2章 闭环控制的直流调速系统
本章着重讨论基本的闭环控制的直流 调速系统及其分析与设计方法。
Circuits,简称ASIC)
1.5 课程的性质、目标任务和学习要求
《电力拖动自动控制系统》是电气工程及其自动化专业 的专业课，是应用自动控制理论对电力拖动系统的控制 规律及其静、动态性能等各方面进行分析以及对系统进 行设计的学科。
目标任务：是培养学生掌握电力拖动自动控制系统的基 本组成、工作原理、基本控制规律及其静、动态性能； 具备分析和设计电力拖动自动控制系统的能力；能正确 运用理论解决电力拖动自动控制系统控制策略、调试、 运行、维护等实际问题。
电力拖动自动控制系统概 念、基本类型和发展
第1章 绪 论
内容提要
电力拖动自动控制系统的概念 电力拖动自动控制系统的发展 直流和交流调速方法简介 直流调速电源介绍 电力拖动自动控制系统的基本类型 课程性质、目标任务和学习要求
第1章 绪 论
1.1 电力拖动及其控制系统概述
1.1.1 电力拖动系统概述
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
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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 (2)
电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统是一种通过电动机及其控制设备来实现机械设备运动的自动化控制系统。
它广泛应用于各个工业领域，如船舶、电厂、交通运输等。
电力拖动自动控制系统能够对电动机进行电压、电流和频率的调节，实现对被控制设备的精确控制。
通过采用先进的控制算法和传感器反馈，可以实现高效的运动控制、准确的位置控制和稳定的速度控制。
本文将从以下几个方面详细介绍电力拖动自动控制系统的组成、工作原理以及应用。
组成电力拖动自动控制系统由以下几个主要组成部分构成：1.电动机：电动机作为电力拖动自动控制系统的核心部件，负责将电能转化为机械能，驱动被控制设备运动。
2.控制器：控制器是电力拖动自动控制系统的大脑，负责对电动机进行控制和调节。
它接收传感器反馈的信号，并根据预设的控制算法进行运算，实现对电动机的精确控制。
3.传感器：传感器用于获取被控制设备的状态信息，如位置、速度、温度等。
传感器的反馈信号用于控制器进行实时调节，确保被控制设备的运动精确控制。
4.执行器：执行器负责将控制器输出的控制信号转化为实际的电压、电流或频率输出，通过控制电动机来实现对被控制设备的运动。
工作原理电力拖动自动控制系统的工作原理可以简述如下：首先，传感器捕捉被控制设备的状态信息，并将其转化为模拟信号或数字信号。
这些信号经过放大、滤波等处理后，传送给控制器。
控制器接收传感器信号后，根据预设的控制算法进行运算，并输出控制信号。
这些控制信号经过执行器的转化，最终作用于电动机。
电动机根据控制信号的输入，改变其电压、电流或频率，实现对被控制设备的运动。
电动机的运动状态被传感器继续监测，反馈给控制器进行调节。
通过不断的传感器监测和控制器调节，电力拖动自动控制系统能够实现对被控制设备的高精度控制和稳定运行。
应用电力拖动自动控制系统广泛应用于各个工业领域，其中一些常见的应用包括：1.船舶：电力拖动自动控制系统在船舶中起着关键作用，可以实现对推进器、舵机和起重设备等的精确控制，提高船舶的安全性和操纵性。
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发展及现状
电力拖动自动控制系统第 2 篇交流拖动控制系统内容提要概述□ 交流调速系统的主要类型□ 交流变压调速系统□ 交流变频调速系统□ 绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统概述直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。
在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。
交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。
一、发展及现状直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。
为什么交流调速系统100年才发展起来1、交流调速系统的难点和复杂性，难点来自转矩控制困难交流电机是一个多输入多输出、非线性、强耦合且时变得被控对象。
电机转矩为km - 转矩系数，- 气隙磁通，- 转子功率因数角, X r和Rr分别为转子感抗和电阻，s - 转差率二、转矩控制的难点：1 是由定子电流和转子电流共同产生2 和Ir是两个耦合的变量，Ir对一般的鼠笼电机是无法测量的，无法直接控制。
3 是与转速相关的时变量，Rr 随温度变化，M d 随之变化上式是由稳态等值电路推导的平均转矩，更何况瞬时转矩.三、交流调速系统的主要类型交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。
现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。
按电动机的调速方法分类常见的交流调速方法有：① 降电压调速；②转差离合器调速；③转子串电阻调速；④绕线电机串级调速或双馈电机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等等。
电力拖动控制系统运动控制
某电梯的拖动控制系统，采用矢量控 制技术实现电梯的平稳运行和精确控 制。
04
电力拖动控制系统性能 分析
系统性能指标
调速范围
衡量系统能够调节电动机速度的范围，反映系统的调节能力和控制精度。
静差率
衡量系统在稳态运行时电动机转速与给定转速之间的偏差，反映系统的稳态性能。
动态响应时间
衡量系统对输入信号变化的响应速度，反映系统的动态性能。
智能调速控制
智能调速控制技术将在电力拖动控制系统中得到广泛应用，根据实 际需求调整电机转速和功率，实现节能运行。
06
电力拖动控制系统应用 案例
案例一：工业机器人电力拖动控制系统设计
总结词
工业机器人电力拖动控制系统设计案例，重点在于实现高精度、高效率的运动控 制。
详细描述
工业机器人电力拖动控制系统设计主要涉及电机选型、驱动电路设计、运动轨迹 规划和控制算法实现等方面。通过精确控制电机的转矩和转速，实现工业机器人 高精度和高效率的运动控制，提高生产效率和产品质量。
电力拖动控制系统运 动控制
目录
• 电力拖动控制系统概述 • 运动控制技术 • 电力拖动控制系统设计 • 电力拖动控制系统性能分析 • 电力拖动控制系统发展趋势 • 电力拖动控制系统应用案例
01
电力拖动控制系统概述
定义与特点
定义
电力拖动控制系统是指利用电动 机作为原动机，通过传动装置将 动力传递给工作机构，以实现各 种生产工艺要求的系统。
实际应用
将优化后的系统应用于实际场景中， 观察其运行效果和性能表现，进行必 要的调整和改进。
05
电力拖动控制系统发展 趋势
智能化发展
自动化控制
人工智能算法
电力拖动基本概念
目 录
• 电力拖动系统概述 • 电机与电力电子器件 • 控制理论在电力拖动中的应用 • 电力拖动系统设计 • 电力拖动系统的应用实例 • 电力拖动技术的发展趋势与挑战
01
电力拖动系统概述
定义与组成
定义
电力拖动系统是指利用电动机作 为原动机，通过传动装置将动力 传递给工作机构，以实现生产机 械的旋转或直线运动。
确保拖动系统能够高效地完成工作任务，减少能源浪费。
稳定性
保证拖动系统的稳定性，确保生产过程的连续性和可靠性。
设计原则与步骤
安全性
设计应考虑到安全因素，避免设备故障或操作失误可能带来的风险。
经济性
在满足功能需求的前提下，尽量降低成本。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
了解生产工艺、设备规格、运行环境等基本条件，明确设计目标。
生产效率
电力拖动系统的应用提高了工业自 动化生产线的生产效率，减少了人 工干预，降低了生产成本。
电动汽车的电力拖动系统
电动汽车
电动汽车的电力拖动系统由电机、 控制器、电池等部分组成，通过
电机驱动汽车行驶。
节能环保
电动汽车的电力拖动系统具有节 能环保的优点，能够减少燃油消 耗和排放污染物，对改善环境质
晶闸管
用于控制交流电机的启动、停 止和调速，实现交流电动机的 半控或全控。
PWM控制器
用于控制直流电机的速度和方 向，具有高精度和高动态性能
的特点。
03
控制理论在电力拖动中 的应用
控制系统的基本概念
控制系统
由被控对象和控制器组成的闭环系统，用于 实现某种特定的控制目标。
闭环控制系统
控制器与被控对象之间的信号是双向传递的， 存在反馈环节。
《电力拖动自动控制》课件
传感器
选择合适的传感器，如光电编码器、 压力传感器等，用于检测设备的状态 和参数。
电源和安全保护装置
为控制系统提供稳定的电源，并配备 必要的安全保护装置，如过载保护、 短路保护等。
控制系统的软件实现
编程语言
算法设计
选择适合的编程语言，如C、C、PLC编程 语言等，用于编写控制系统的软件程序。
根据控制需求设计合适的算法，如PID控制 算法、模糊控制算法等，用于实现设备的 精确控制。
控制系统的分类
根据控制方式的不同，控 制系统可以分为开环控制 系统和闭环控制系统。
控制系统的设计方法
解析法
通过数学模型对系统进行分析，设计控制算法，以达到预期的控 制效果。
实验法
通过实验测试和调整控制参数，以达到预期的控制效果。
现代控制理论设计法
基于状态空间模型，采用最优控制、鲁棒控制等方法进行控制系统 设计。
控制系统的性能指标
稳定性
控制系统在受到扰动后能够恢复到稳定状态 的性能指标。
准确性
控制系统输出与预期目标之间的误差大小。
快速性
控制系统能够快速响应输入变化的能力。
抗干扰性
控制系统对外部干扰的抑制能力。
控制系统的稳定性分析
稳定性判据
根据系统特征根的位置来判断系统的 稳定性，特征根位于左半平面表示稳 定，位于右半平面表示不稳定。
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
电力拖动自动控制的未 来展望
新技术发展对电力拖动自动控制的影响
人工智能技术
AI算法在电力拖动自动控 制中的应用，如预测性维 护、故障诊断和优化控制 策略。
物联网技术
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。
电力拖动系统的发展趋势与前景展望
电力拖动系统的发展趋势与前景展望随着技术的进步和需求的不断增长，电力拖动系统在工业领域中的应用越来越广泛。
本文将探讨电力拖动系统的发展趋势和前景展望。
一、电力拖动系统的简介电力拖动系统是一种利用电动机驱动机械设备运转的系统。
它通过转换电能为机械能，实现对设备的启动、工作速度调节和停止等功能。
相比传统的机械传动系统，电力拖动系统具有更高的效率、更大的灵活性和更低的维护成本。
二、电力拖动系统的发展趋势1. 绿色环保随着全球环境问题的日益突出，绿色环保已经成为社会的共识。
电力拖动系统采用电能驱动，不产生排放物，对环境污染较小。
因此，未来电力拖动系统将成为工业设备的主要选择，以降低对环境的影响。
2. 智能化随着人工智能和物联网技术的发展，未来的电力拖动系统将趋向智能化。
传感器、自动控制技术等将被广泛应用，实现设备的自主监测、故障预警和自动调节。
同时，通过数据分析和人工智能算法，电力拖动系统可以实现优化运行，提高生产效率和设备寿命。
3. 高效节能能源效率一直是工业领域关注的重点。
传统的机械传动系统存在能源损耗较大的问题，而电力拖动系统具有较高的能量转换效率。
未来，随着电机技术和电力电子技术的进步，电力拖动系统将进一步提高能源利用效率，降低能源消耗。
4. 多功能集成随着电力拖动系统的发展，未来的系统将更加多功能集成化。
传统的机械传动系统需要多种不同的传动装置和部件，而电力拖动系统可以通过电机和电力电子器件实现多种功能，如速度调节、转向控制等。
这减少了系统的体积和重量，并提高了设备的可靠性。
三、电力拖动系统的前景展望电力拖动系统的发展前景非常广阔。
随着工业自动化的普及和需求的增长，电力拖动系统将在各个行业得到广泛应用。
特别是在制造业、交通运输和能源领域，电力拖动系统将是重要的技术支撑。
未来，电力拖动系统将继续发展，为工业领域带来更高的效率、更低的能源消耗和更好的环境保护。
综上所述，电力拖动系统作为一种高效、灵活、环保的动力传动方式，具有较高的发展潜力。
《电力拖动自动控制》课件
二、电力拖动原理
1 电力拖动的基本原理解释电力拖动的基本工作来自理，包括电动机和传动装置的作用。
2 电机的参数和性能指标
介绍电机的关键参数，如功率、效率和转速，并解释这些指标在电力拖动中的意义。
三、电力拖动控制方法
1
开环控制和闭环控制
比较开环控制和闭环控制的优缺点，讨论何时使用哪种控制方法。
2
速度控制和位置控制
《电力拖动自动控制》 PPT课件
欢迎大家参加《电力拖动自动控制》课程，本课程将介绍电力拖动的背景、 原理、控制方法、应用案例和未来发展趋势。
一、背景
电力拖动的概念和应用领域
介绍电力拖动的定义和广泛应用的领域，如工 业生产和交通运输。
电力拖动自动控制的需求和意义
讨论为什么自动控制对电力拖动系统至关重要， 以及自动控制的优势和好处。
2 电力拖动技术的发展前景
回顾电力拖动技术的发展历程，并展望其未 来在工业领域的发展前景。
详细说明速度控制和位置控制的原理和实现方法，以及它们在不同应用中的应用。
3
电力拖动的其他控制方法
介绍其他常用的电力拖动控制方法，如扭矩控制和力矩控制。
四、控制器的设计和实现
控制器的功能和结构
探讨控制器的基本功能和结构，包括输入输出接口 和信号处理。
控制器的算法和调试
介绍控制器的算法设计和调试方法，确保系统稳定 和可靠。
五、电力拖动系统的应用案例
1 电梯控制系统
解释电梯控制系统如何应 用电力拖动和自动控制， 提高安全性和效率。
2 机床加工中心
讨论机床加工中心如何使 用电力拖动实现高精度和 高效率的自动化加工。
3 输送机及自动化生产
线
探讨输送机和自动化生产 线如何利用电力拖动提高 物料输送和生产效率。
电力拖动自动控制系统介绍
电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。
直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。
交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。
电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统着重讨论基本的闭环控制系统及其分析与设计方法。
1.1 直流调速系统用的可控直流电源1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题1.3 直流脉宽调速系统的主要问题1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。
本节介绍几种主要的可控直流电源。
常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
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。
1.1.1 旋转变流机组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。
1.1.2 静止式可控整流器V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M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。
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
电力拖动自动控制系统介绍
电力拖动自动控制系统介绍电力拖动自动控制系统是一种基于电力传动原理的自动控制系统，广泛应用于机械设备的驱动和控制中。
该系统通过电动机将电能转化为机械能来驱动机械设备，利用传感器感知环境信号并通过自动控制器对电机进行控制，实现对机械设备的自动化控制。
电力拖动自动控制系统主要由电动机、传感器、自动控制器和驱动装置组成。
电动机是系统的动力源，通过电能转换为机械能来驱动机械设备。
传感器用于感知机械设备的状态和环境参数，如位置、速度、力等。
自动控制器负责接收传感器的信号并根据预设的控制策略对电动机进行控制，实现对机械设备的自动化控制。
驱动装置用于将控制信号转化为电机驱动信号，控制电机的启停、转速和转向。
首先，系统的控制精度高。
由于电力传动具有快速响应、高精度和可调性的特点，可以实现对机械设备的精确控制。
其次，系统的抗干扰能力强。
电力传动系统能够通过电机的转矩调节来适应外部负载的变化，从而保持机械设备的稳定运行。
再次，系统的可靠性高。
电力拖动系统中的关键部件如电动机和传感器都经过严格的测试和筛选，能够在长时间运行过程中保持稳定和可靠的性能。
此外，电力拖动自动控制系统还具有节能和环保的优势。
通过合理的控制策略和调节机制，可以减少系统的能耗，并减少对环境的影响。
电力拖动自动控制系统广泛应用于各个领域，如工业制造、交通运输、石油化工等。
以工业制造为例，电力拖动系统可以用于汽车生产线、机械加工设备、输送线等机械设备的驱动和控制。
通过自动控制，可以提高生产效率和产品质量，减少人力投入和人为错误，实现机械设备的自动化生产。
总之，电力拖动自动控制系统是一种利用电力传动原理实现对机械设备自动化控制的系统。
它具有控制精度高、抗干扰能力强、可靠性高、节能环保等优势。
在工业制造、交通运输、石油化工等领域得到广泛应用，为提高生产效率和产品质量发挥了重要作用。
电力拖动自动控制系统课件
场效应管
具有高速开关特性和低 噪声性能，常用于开关
电源和逆变器。
IGBT
大功率电子器件，广泛 应用于电机控制和电网
调节。
运算放大器
用于信号处理和运算， 具有高精度和低噪声特
性。
控制电路与保护电路
控制电路
用于实现各种控制逻辑和算法，如速度、位置和电流控制等。
保护电路
用于检测系统异常并采取相应措施，如过流、过压和欠压保护等。
电力拖动自动控制系统应用
工业自动化生产线控制
自动化生产线是电力拖动自动控制系统的重要应用领域之一 。通过使用电力拖动自动控制系统，可以实现生产线的自动 化控制，提高生产效率，降低人工成本。
电力拖动自动控制系统能够精确控制生产线上各个设备的运 行状态，确保生产过程的稳定性和可靠性，减少设备故障和 生产事故的发生。
Байду номын сангаас
工作原理与控制方式
工作原理
电力拖动自动控制系统通过控制器对电动机进行控制，实现 机械设备的运动。控制器根据传感器反馈的信息，对电动机 的输入电压或电流进行调整，以实现对机械设备运动的精确 控制。
控制方式
常见的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制等。开 环控制方式简单，但精度较低；闭环控制方式精度较高，但 需要反馈传感器；复合控制方式结合了开环和闭环的优点， 具有更高的控制精度和稳定性。
05
电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
新型电机与电力电子器件的发展
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优秀的动 态性能，是现代电力拖动系统的重要 发展方向。
开关磁阻电机
电力电子器件
随着宽禁带半导体材料的发展，电力 电子器件的性能得到大幅提升，为电 力拖动系统的优化提供了更多可能性 。
电力拖动自动控制系统
电力拖动自动控制系统1. 系统简介电力拖动自动控制系统是一种基于电力传动和自动控制的系统，用于驱动和控制各种机械设备的运动。
该系统通过电动机将电能转化为机械能，实现对设备的拖动和控制。
电力拖动自动控制系统广泛应用于工业生产、交通运输、能源领域等各个行业。
2. 系统架构电力拖动自动控制系统主要由以下几个部分组成：2.1 电动机电力拖动自动控制系统的核心部件是电动机。
电动机负责将电能转化为机械能，驱动机械设备的运动。
根据实际需求，电动机可以采用不同的类型，如直流电动机、交流电动机等。
2.2 控制器控制器是电力拖动自动控制系统的核心部分，用于监测和控制电动机的运行。
控制器接收来自传感器的反馈信号，根据预设的控制算法和逻辑，控制电动机的启动、停止、速度调节等操作。
2.3 传感器传感器用于获取与机械设备运动相关的物理量信息，如速度、位置、温度等。
传感器通过将物理量转化为电信号，传递给控制器进行处理和决策。
2.4 电源系统电源系统为电力拖动自动控制系统提供稳定可靠的电能供应。
电源系统可以采用市电供电、蓄电池供电或者发电机供电等多种方式，以满足不同场景的需求。
2.5 人机界面人机界面是用户与电力拖动自动控制系统进行交互的窗口。
通过人机界面，用户可以设置运行参数、监测系统状态、获取报警信息等。
人机界面通常采用触摸屏、按钮、指示灯等形式，具备直观、便捷的操作方式。
3. 工作原理电力拖动自动控制系统的工作原理如下：1.用户通过人机界面设置运行参数，如设备运行速度、运行时间等。
2.人机界面将参数传递给控制器。
3.控制器根据参数和实时反馈信号来控制电动机的启动、停止和调速。
4.传感器将机械设备运动相关的物理量信息转换为电信号，传递给控制器。
5.控制器根据传感器的反馈信号进行实时监测和控制，调整电动机的运行状态。
6.电动机将电能转化为机械能，驱动机械设备的运动。
7.控制器不断与人机界面进行信息交互，向用户显示设备状态、报警信息等。
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。
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1.2 电力拖动控制系统的发展
直流电动机可控电源分两个阶段： （1）晶闸管可控整流器 （2）斩波器和脉宽调制变换器
1.2 电力拖动控制系统的发展
可控电源的控制手段在20世纪50年代以前主要是控 制电器和电机放大机。
20世纪50年代以后逐步采用电力电子装置作为弱电 控制强电的纽带。
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪50、60年代无论直流拖动还是交流拖动其 可控电源都采用旋转变流机组。旋转变流机组有 设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地 基，噪音大，维护不方便、响应速度慢等缺点
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪70年代后电力电子技术发生了革命性的发 展。从20世纪70年代的晶间管(SCR)，发展到20 世纪80年代的双极型晶体管(BJT．也称作GTR)， 到20世纪90年代则主要是绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)。其可控电源采用了静止的电力电子变流 装置。
直流电动机调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
式中 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（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ke— 由电机结构决定的电动势常数。
（1-1）
直流电动机调速方法
由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动 机的转速：
20世纪80年代以后由于电力电子技术的发展逐步解 决了能和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统 的技术问题（如交流电变压变频技术的成熟），交 流调速系统逐步取代了直流调速系统为主的局面。
交流调速系统的发展与应用表现在以下方面:1.一般 性能的风机,水泵节能调速 2.高性能的交流调速和 伺服系统 3.特大容量,极高转速的交流调速系统。
1.3 电力拖动控制系统的基本类型
1.3.1 直流电机拖动控制系统的基本类型
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大 范围内平滑调速，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。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较 成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控 制系统的基础。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。
电力拖动系统：用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系 统。包括电动机、传动机构、生产机械、电气设备和电源五部分 组成。
电力拖动系统概述
电动机：将电能转化为机械能 传动机构：把电动机的运动经过中间变速或变换
运动方式后传给生产机械驱动生产机械工作。。 生产机械：执行某一生产任务的机械设备 电气设备和电源：为电动机供电并控制电动机的
电机的发展大体上可以分为四个阶段： （1）直流电机：分为直流有刷电机和直流无刷电机，其特点：调
速性能优良、调速方便、平滑、调速范围广 （2）交流电机：结构简单，运行可靠，成本低廉，维护方便 （3）控制电机：指在自动控制系统中用作检测、比较、放大和执
行等作用的电机。分为：1）直流伺服电动机 ；2）交流伺服电动 机；3）步进电动机 （4）特种电机。
–
电能是最重要的能源之一：适宜大量生产和集中管理、
转换经济、传输和分配容易、便于自动控制。
–
电机是利用电磁感应原理工作的机械，是生产、传输、
分配及应用电能的主要设备，其中的电动机是将电能转
换为机械能，拖动各种生产机械的重要电气设备，电动
机消耗的电能占全国发电总量的60%——70%。
电力拖动系统概述
模拟电子电路构成的控制器。 数字电子电路构成数字控制器 微机数字控制
1.2 电力拖动控制系统的发展
单片机 数字信号处理器 高级专用集成电路。 控制部件的功能日益完善，而所需的控制器件和
控制器体积日益减小，控制器可靠性日益提高而 成本日益降低。
1.2 电力拖动控制系统的发展
电力拖动自动控制系统概 念、基本类型和发展
第1章 绪 论
内容提要
电力拖动自动控制系统的概念 电力拖动自动控制系统的发展 直流和交流调速方法简介 直流调速电源介绍 电力拖动自动控制系统的基本类型 课程性质、目标任务和学习要求
பைடு நூலகம்
第1章 绪 论
1.1 电力拖动及其控制系统概述
1.1.1 电力拖动系统概述
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪80年代以前需要调速的生产机械以直流拖动为主， 其可控电源在20世纪50年代前采用水银（汞弧）整流， 其工作原理是是一个密封的铁罐下边底部盛着水银，就 是阴极，上边顶部装有阳极，在阳极和阴极之间（接近 水银）有栅极，也叫引弧极，阳极和栅极都经玻璃绝缘 子引出。水银整流造价高，维护麻烦，有毒危害人身健 康，不利于环保。
（1）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻 R。
（1）改变电枢调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； n0
保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN U U n ， n0
调速特性：
转速下降，机械特 性曲线平行下移。
O
nN
n1
源
（2）改变电枢电阻调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；
n0
调节过程：
增加电阻 Ra R
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
（1）调压调速
调压调速的优点： 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速 2）调速前后机械特性不变，硬度较高，负载变化时，
速度稳定性好 3）无论负载如何，调速范围相同 4）电能损耗小 调压调速的缺点：需要一套电压连续可调的直流电
运行
1.1.2 电力拖动控制系统概述
电力拖动自动控制系统是指对电力拖动系统的工作状态进行自动 控制的系统，它由自动控制装置和电力拖动系统所组成。
1.2 电力拖动控制系统的发展（历史沿革）
1834年，俄国物理学家雅可比（Якоби）设计并制成了第一 台实用的直流电动机
交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的，最早的交流电 动机根据电磁感应原理设计，结构比起直流电动机更为简单。