电力拖动自动控制系统课件(精)
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电力拖动自动控制系统PPT课件
晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的
动态性能。
2021/3/8
42
• V-M系统的问题
– 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
– 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。
– 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”。
本章提要11直流调速系统用的可控直流电源12晶闸管电动机系统vm系统的主要问题13直流脉宽调速系统的主要问题14反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计16比例积分控制规律和无静差调速系统11直流调速系统用的可控直流电源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
电力拖动自动控制系统
电气信息学院
2021/3/8
1
绪论
自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容 计算机控制系统的概念
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2
一.自动控制系统的几个概念
1.自动控制 Automatic control 在无人直接参与的情况下，利用控制装
例子：计算机控制系统。 数学模型用差分方程描述
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二.自动控制系统的分类
4.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统
5.按系统控制对象和方式分类，又可分为 拖动控制系统（电气控制系统、机械控 制系统）和过程控制系统（石油，化工， 制药等）
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电力拖动自动控制系统PPT课件
• 异步电动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。
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
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7
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动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。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
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6.2 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。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
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电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
ia R r
d a dt
ub
ib R r
d b dt
uc
ic R r
d c dt
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电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动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。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
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6.2 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。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
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电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
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电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
电力拖动自动控制系统陈伯时课件
小结
（1）V-M系统的可逆线路可分为两大类：
电枢反接可逆线路——电枢反接反向过 程快，但需要较大容量的晶闸管装置；
励磁反接可逆线路——励磁反接反向过 程慢，控制相对复杂，但所需晶闸管装 置容量小。
（2）每一类线路又可用不同的换向方式：
接触器切换线路——适用于不经常正反 转的生产机械；
晶闸管开关切换线路——适用于中、小 功率的可逆系统；
这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同， 反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并 不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以 小一些。
三. 可逆V-M系统中的环流问题
1. 环流及其种类
环流的定义： 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M
系统，如果两组装置的整流电压同时 出现，便会产生不流过负载而直接在 两组晶闸管之间流通的短路电流，称 作环流，如下图中所示。
O
-Id
Id
反向
-n
图4-2 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路
两组晶闸管装置可逆运行模式
电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电； 反转时，由反组晶闸管装置VR供电。
两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能 灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。
但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状 态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提
两组晶闸管反并联线路——适用于各种 可逆系统。
二. 晶闸管-电动机系统的回馈制动
1. 晶闸管装置的整流和逆变状态
在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中， 晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变 状态。
在电流连续的条件下，晶闸管装置的平 均理想空载输出电压为
m
π
Ud0 π Um sin m cosa Ud0max cosa （4-1）
电力拖动自动控制系统ppt1-6闭环控制的直流调速系统
这就是说，实际上仍有很小的静差，只是 在一般精度要求下可以忽略不计而已。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
15
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
33
根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
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4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
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电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
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根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
《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
《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PPT(精品课件)
(2) 空气式延时继电器
a) 通电延时继电器 KT
线圈
常开触点 KT
通电延时闭合
常闭触点
KT
通电延时断开 b) 断电延时继电器
(a) 外形 延时继电器的外形与结构
KT
KT
线圈
KT
常开触点
常闭触点
(b)符号 断电延时断开 断电延时闭合
(2) 空气式时间继电器
排气孔
进气孔
调节螺丝
常开触头 延时闭合
橡皮膜
释放弹簧
锁钩 过流 脱扣器
欠压 脱扣器
主触点 手动闭合
动画
连杆装置 衔铁释放
自动空气断路器原理图
4.1.6 接触器
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
(a) 外形
(b) 结构
交流接触器的外形与结构
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
弹簧 ~
电源 常开
线圈
常闭
铁心 衔铁
电机 M
3~
主触点 辅助触点
如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、 120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。
4.1.7 继电器
继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 主要区别在于：
接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且 只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路 中。 1. 电流及电压继电器 电流继电器：可用于过载或过载保护， 电压继电器：主要作为欠压、失压保护。
断电延时的空气式时间继电器结构示意图
时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。
4 热继电器
用于电动机的过载保护。器外形与结构
用于电动机的过载保护。
电力拖动自动控制系统课件(精)
电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
O
TL
调磁调速特性曲线
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（即电机额定转速）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。
电力拖动自动控制系统的发展
21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电 力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和 逆变技术智能化。 电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控 制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统 的高效节能和优化控制。 电力拖动和自动控制技术的发展密切相关， 控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控 制的电源，是弱电控制强电的媒介。
课程主要内容 第1篇 直流拖动系统和随动系统
第一章 闭环控制的直流调速系统 第二章 多环控制的直流调速系统
第三章 可逆调速系统
第四章 直流脉宽调速系统 第五章 位置随动系统
第2篇
交流调速系统
第六章 交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统
电力拖动自动控制系统第一章课件
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。
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
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
电力拖动自动控制系统课件
5.运动控制系统的信号检测与处理
信号检测
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。
TL 常 数
图1-3 恒转矩负载
2.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 PL
m
常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
3.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
2 m
n
2
图1-5 风机、泵类负载
m
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。
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）。
1.2 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。
运动控制系统的控制器
电力拖动自动控制系统课件
性度等特点。
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 。
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。
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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 。
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电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动可分为调速和不调速，按电机种类 又可分为直流拖动和交流拖动，诞生于19世纪， 开始是不调速系统。 随着制造技术越来越复杂，生产工艺要求越 来越高，要求电机具有具体的转速、并能较快地 起动和停止，并能正反转，从而推动调速技术的 发展。用来调速的装置主要是各种电力电子变流 器，它能为电机提供可变的直流或交流电源。
n n0 n1 n2
nN
Ra R1
R2
R3
n3 0
调阻调速特性曲线
（3）调磁调速
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。
n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
电力拖动在国民经济中的作用
电力拖动又称电气传动，即以电动机作为
原动机驱动生产机械。
电力拖动控制系统简称电力拖动系统，是 将电能转换为机械能的系统总称，完成生产机 械的起动、停止、正反转、调速等任务，使被 拖动机械按预定方式运行，满足生产工艺的要
求。国际电工委员会将“电力拖动”归入“运
动控制”范畴。
电力拖动自动控制系统
—运动控制系统
绪 论
教材
1，《电力拖动自动控制系统-运动控制系
统》第二版 陈伯时 机械工业出版社
2,《电力拖动自动控制系统-运动控制系 统》第三版 陈伯时 机械工业出版社 3，《电力拖动自动控制系统-运动控制 系统》课件 汤浩天 机械工业出版社
4，《电力拖动自动控制系统习题例题 集》童福尧 机械工业出版社
课程主要内容 第1篇 直流拖动系统和随动系统
第一章 闭环控制的直流调速系统 第二章 多环控制的直流调速系统
第三章 可逆调速系统
第四章 直流脉宽调速系统 第五章 位置随动系统
第2篇
交流调速系统
第六章 交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统
第七章 异步电机的变压变频调速系统（VVVF系统）— 转差功率不变型调速系统 第八章 绕线转子异步电动机串级调速系统—转差功率 回馈型调速系统
电力拖动在国民经济中的作用
电力拖动自动控制系统由电动机、控制系统 和被拖动机械组成，还包括电源、传动机构等。 其特点是：功率范围大：几毫瓦至几百兆瓦；调 速范围宽：几转至几十万转每分；适用范围广： 几乎任何环境和任何负载。 电气传动在国民经济起着重要作用，广泛用 于冶金、轻工、矿山、石化、航空航天等行业， 以及日常生活中，用电量占我国总发电量的60%以 上，产品以每年15%的速度递增,市场前景广阔。
电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动系统开始是直流拖动系统，直流电 机转速与电压有着简单的直线关系，可通过改变 电源电压等简单手段可方便地实现调速，最初是 有触点控制，通过切换电枢和磁场回路电阻实现 有级调速，后发展为无触点控制实现了无级调速。 特别是1957年晶闸管问世后，控制直流电压在直 流调速中占主导地位，直流电机具有控制简单、 响应速度快、运行稳定、调速范围宽等有点，很 长期占据电力拖动的主流，至今仍有应用。
电动机正转和反转电路图
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电力拖动自动控制系统的发展
21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电 力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和 逆变技术智能化。 电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控 制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统 的高效节能和优化控制。 电力拖动和自动控制技术的发展密切相关， 控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控 制的电源，是弱电控制强电的媒介。
交流电机具有结构简单、可靠、价格低等 优点，不调速的地方几乎都采用交流电机。交 流电机发展缓慢的原因是改变其电源频率和转 矩控制非常困难，不能满足生产要求。 随着电力电子技术的飞速发展，由全控型 高频率开关器件组成的脉宽调制逆变器（PWM） 取代了晶闸管方波型逆变器，更有正弦波脉宽 调制逆变器（SPWM）增强了变频器的功能和应 用范围。交流电机控制技术又使其转矩能有效 控制，转速响应速度大大提高。
（1）调压调速
工作条件： 保持励磁 = N ；
n n0
பைடு நூலகம்
nN n1 n2 UN U1 U2 U3 I
保持电阻 R = R
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。
n3
0 IL
调压调速特性曲线
（2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性：转速下降，机 械特性曲线变软。
第1篇 直流拖动系统和随动系统
概述 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。
直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从
控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，
应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
直流调速方法
电力拖动自动控制系统的发展
但是，直流电机有一个致命弱点，电刷和 换向器不但使其生产、运行成本高，而且严重 影响其使用寿命和可靠性、换向器电流不能过 大限制了直流电机的容量，也制约了直流拖动 系统的进一步发展，近年来直流调速系统发展 明显落后交流调速系统，直流调速系统最终将 被交流调速系统取代。
电力拖动自动控制系统的发展
电力拖动自动控制系统的发展
电力电子技术的前身是汞整流器和晶闸管变流技术， 1957年晶闸管诞生标志着电力电子技术的问世。 第一代整流器时代：1960-1980，以晶闸管（SCR） 及其相控变流技术为代表。 第二代逆变时代：1980-1990，以大功率晶体管 （CRT）和可关断晶闸管（GTO）等自关断电力电子器件及 其逆变技术为代表。 第三代变频时代：1990后，以复合电力电子器件(主 要有绝缘栅双极晶体管IGBT、金属-氧化物-半导体型场效 应管- MOS场效应管)及其变频技术为代表，器件关断速度 快、工作频率高，使得变频和逆变技术空前发展。
O
TL
调磁调速特性曲线
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（即电机额定转速）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。
电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
据直流电机转速方程（1-1），可得出3种调速方式
U IR n Ke
式中
(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（ ）；
Φ— 励磁磁通（Wb）；
Ke— 由电机结构决定的电动势常数。
直流调速方法
这三种调节电动机的转速的方法分别是： （1）调节电枢供电电压 U；（调压调速） （2）改变电枢回路电阻 R。（调阻调速） （3）减弱励磁磁通 ；（调磁调速）