运动控制系统总结.ppt
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《运动控制系统》课件
开环控制系统的缺点是抗干扰能力差，受环境影响较大，无法自动修正误差。
闭环控制系统包含反馈回路，通过负反馈来自动调节系统的输出量，使其达到预定的目标值。
闭环控制系统的优点是精度高，抗干扰能力强，能够自动修正误差，适用于对精度要求较高的复杂系统。
闭环控制系统的缺点是结构复杂，设计难度较大，需要具备一定的稳定性分析和调整能力。
03
反馈控制原理的实现需要具备一定的传感器和控制器技术，以及对系统的数学建模和仿真分析能力。
01
反馈控制原理是通过比较系统的输入与输出信号，将输出信号的差值用于控制执行机构，以实现系统的自动调节。
02
反馈控制原理广泛应用于各种运动控制系统，能够提高系统的稳定性和精度。
04
运动控制系统的应用
运动控制系统能够精确控制机器人的动作和位置，实现自动化生产线的连续作业，提高生产效率和产品质量。
控制器的种类繁多，根据应用需求可以选择不同的控制器，如单片机、PLC、运动控制卡等。
执行器是运动控制系统的输出部分，负责将驱动器的电压或电流信号转换为机械运动。
执行器的种类也很多，常见的有步进电机、伺服电机、直线电机等。
执行器的选择要根据实际应用需求来决定，如需要高精度定位、快速响应等。
传感器的种类也很多，常见的有光电编码器、旋转变压器、霍尔元件等。
自动化决策
智能化运动控制系统将具备自适应学习能力，能够根据不同环境和工况自动调整控制策略，以适应各种复杂和动态的运动需求。
自适应控制
远程监控与控制
通过网络技术，实现对运动控制系统的远程监控和控制，方便对设备进行远程调试、故障诊断和远程维护。
数据共享与协同工作
通过网络化实现多设备之间的数据共享和协同工作，提高生产效率和设备利用率。
闭环控制系统包含反馈回路，通过负反馈来自动调节系统的输出量，使其达到预定的目标值。
闭环控制系统的优点是精度高，抗干扰能力强，能够自动修正误差，适用于对精度要求较高的复杂系统。
闭环控制系统的缺点是结构复杂，设计难度较大，需要具备一定的稳定性分析和调整能力。
03
反馈控制原理的实现需要具备一定的传感器和控制器技术，以及对系统的数学建模和仿真分析能力。
01
反馈控制原理是通过比较系统的输入与输出信号，将输出信号的差值用于控制执行机构，以实现系统的自动调节。
02
反馈控制原理广泛应用于各种运动控制系统，能够提高系统的稳定性和精度。
04
运动控制系统的应用
运动控制系统能够精确控制机器人的动作和位置，实现自动化生产线的连续作业，提高生产效率和产品质量。
控制器的种类繁多，根据应用需求可以选择不同的控制器，如单片机、PLC、运动控制卡等。
执行器是运动控制系统的输出部分，负责将驱动器的电压或电流信号转换为机械运动。
执行器的种类也很多，常见的有步进电机、伺服电机、直线电机等。
执行器的选择要根据实际应用需求来决定，如需要高精度定位、快速响应等。
传感器的种类也很多，常见的有光电编码器、旋转变压器、霍尔元件等。
自动化决策
智能化运动控制系统将具备自适应学习能力，能够根据不同环境和工况自动调整控制策略，以适应各种复杂和动态的运动需求。
自适应控制
远程监控与控制
通过网络技术，实现对运动控制系统的远程监控和控制，方便对设备进行远程调试、故障诊断和远程维护。
数据共享与协同工作
通过网络化实现多设备之间的数据共享和协同工作，提高生产效率和设备利用率。
运动控制系统课件
在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越 弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩 与转速的乘积则不变，即容许功率不变， 为“恒功率调速方式 。 恒功率调速方式” 恒功率调速方式
Shanghai university
两种调速方式： 两种调速方式：
U Te Φ P
ΦN
UN Te U P nN
变电压调速 两种调速方式 弱磁调速
Shanghai university
绪论
一。什么是运动控制系统？
运动控制系统（Motion Control System）也可称作电力 拖动控制系统（Control Systems of Electric Drive） 运动控制系统－－通过对电动机电压、电流、频率等 输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位 移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行， 以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学 技术的发展对运动控制系统提出了日益复杂的要求， 同时也为研制和生产各类新型的控制装置提供了可能。
直流电机 速度控制 位置控制 直流调速系统* 直流调速系统 直流伺服系统 交流电机
（异步电机*、同步电机） 异步电机 、同步电机）
交流调速系统* 交流调速系统 交流伺服系统
直流调速系统－－第一篇，运动控制（ 直流调速系统－－第一篇，运动控制（一） －－第一篇 交流调速系统－－第二篇，运动控制（ 交流调速系统－－第二篇，运动控制（二） －－第二篇
Shanghai university
电力拖动自动控制系统
第1Biblioteka 篇直流拖动控制系统
Shanghai university
直流调速方法
根据直流电动机转速方程
U − IR n= KeΦ
式中 n — U— I — R— Φ— Ke— （1-1）
运动控制系统第3章-转速闭环控制的直流调速系统ppt
s)
闭环时，Dcl
nN s ncl (1
s)
得到 Dcl (1 K )Dop
（2-50）
闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 Id n 例如：在图2-24中工作点从A A′
闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图2-24中工作点从A B 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动 调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降的变化。
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的 输入和输出动态过程
只要ΔUn>0，积分调 节器的输出Uc便一直 增长；只有达到 ΔUn=0时， Uc才停止 上升；只有到ΔUn变 负， Uc才会下降。
当ΔUn=0时， Uc并 不是零，而是某一个 固定值Ucf
突加负载时，由于Idl的 增加，转速n下降，导 致ΔUn变正，
由式（2-48）可得
K
nop
1
275
1 103.6
ncl
2.63
则得
Kp
K
K s / Ce
103.6 30 0.015 / 0.2
46
即只要放大器的放大系数等于或大于46。
3.1.3 闭环直流调速系统反馈控制规律
（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有 静差的控制系统 比例控制反馈控制系统的开环放大系数值 越大，系统的稳态性能越好。 但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大 系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差， 而不能消除它， 这样的控制系统叫做有静差控制系统。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速闭环控制的 直流调速系统
高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件
公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
15
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
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总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
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实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
第7章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
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。
内容提要
异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机三相数学模型 坐标变换 异步电动机在正交坐标系上的动态数学
7.3.1 坐标变换的基本思路
当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转 时，在他看来，d和q是两个通入直流而 相互垂直的静止绕组。
如果控制磁通的空间位置在d轴上，就和 直流电动机物理模型没有本质上的区别 了。
绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止 的电枢绕组。
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系 的物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
两相绕组，通以两相平衡交流电流，也 能产生旋转磁动势。
当三相绕组和两相绕组产生的旋转磁动 势大小和转速都相等时，即认为两相绕 组与三相绕组等效，这就是3/2变换。
7.3.1 坐标变换的基本思路
虽然电枢本身是旋转的，但由于换向器和电 刷的作用，闭合的电枢绕组分成两条支路。 电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相 同的。
7.3.1 坐标变换的基本思路
当电刷位于磁极的中性线上时，电枢磁动势 的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效 果好象一个在q轴上静止的绕组一样。
但它实际上是旋转的，会切割d轴的磁通而 产生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不 同。
7.3.2 三相-两相变换 （3/2变换）
三相绕组A、B、C和两相绕组之间的 变换，称作三相坐标系和两相正交坐 标系间的变换，简称3/2变换。
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。
内容提要
异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机三相数学模型 坐标变换 异步电动机在正交坐标系上的动态数学
7.3.1 坐标变换的基本思路
当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转 时，在他看来，d和q是两个通入直流而 相互垂直的静止绕组。
如果控制磁通的空间位置在d轴上，就和 直流电动机物理模型没有本质上的区别 了。
绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止 的电枢绕组。
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系 的物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
两相绕组，通以两相平衡交流电流，也 能产生旋转磁动势。
当三相绕组和两相绕组产生的旋转磁动 势大小和转速都相等时，即认为两相绕 组与三相绕组等效，这就是3/2变换。
7.3.1 坐标变换的基本思路
虽然电枢本身是旋转的，但由于换向器和电 刷的作用，闭合的电枢绕组分成两条支路。 电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相 同的。
7.3.1 坐标变换的基本思路
当电刷位于磁极的中性线上时，电枢磁动势 的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效 果好象一个在q轴上静止的绕组一样。
但它实际上是旋转的，会切割d轴的磁通而 产生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不 同。
7.3.2 三相-两相变换 （3/2变换）
三相绕组A、B、C和两相绕组之间的 变换，称作三相坐标系和两相正交坐 标系间的变换，简称3/2变换。
【PPT】什么是运动控制系统.
运动控制系统的发展过程及应用（续）
早就普遍应用于恒速运行场合的交流电机可以弥补直流电机的不 足，加之世界范围的能源短缺，人们又开始了新一轮的交流调速的 研究。仅对占传动总量三分之一强的风机、水泵设备而言，如果改 恒速为调速的话，就可节节电30%左右。近三四十年来，随着电力 电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展，为交流调速产品的 开发创造了有利的条件，使交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳 速精度、快速动态响应和四象限运行等良好的技术性能，并实现了 产品的系列化，从调速性能上完全可与直流调速系统相媲美。目前 交流调速系统已占据主导地位。 当今社会，运动控制系统的应用已相当普及，不论是民用还是军 用。在工厂、农村以及大多数家庭中，到处可以看到以电动机为动 力的各种生产机械或家用电器。例如：轧钢厂的连轧机，加工车间 的切削机床，造纸厂的纸机，纺织厂的纺织机，化工厂的搅拌机和 离心机，搬运场的起重机和传送带，矿山的卷扬机，田间的抽水泵， 家庭中的冰箱、空调、洗衣机以及电脑等。
图0.1 运动控制系统的基本结构
图中的三个主要组成部分是构成运动控制系统所必需的，而 且也是变化多样的。任何一部分微小的变化都可构成不同的 运动控制系统，这些不同系统的共性和特点以及它们的分析 和设计方法就是本课程研究的主要内容。我们把每一部分可 能的变化列于表0.1中。
表中各部分的不同组合，可以构成不同的运动控制系统。电动机部分、功率驱动部分 和控制器中的大部分内容分别在其他课程中有介绍，但它们组合成完整的运动控制系统以 后，有哪些新的控制要求，如何分析系统的性能，如何设计控制器使系统达到较高的性能 指标，在实际应用中存在哪些具体问题，以及如何解决等，这些都是个课程要解决的问题。
0.1 什么是运动控制系统
按中国大百科全书的解释，运动是物质的固有性质和 存在方式，是物质所固有的根本属性．没有不运动的物 质，也没有离开物质的运动、这是基于哲学的解释。与 中文“运动”对应的英义词汇有“movment”和 “motion”，按照大英百科全书的解释，运动是一个物 体相对于另一个物体或相对于一个坐标系统的位置的变 化、这是基于运动学的定义。运动涉及宇宙万物、大到 遥远的天体，小到物质内部的质子和电子，对这些运动 的研究覆盖了整个科学技术领域。 本课程所指的运动(motion)和运动控制系统(motion control system)是近10多年来在国际上流行的一个技术 术语，它源于一种狭义的、约定俗成的共识，即它的主 要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动 力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。
《运动控制》课件
运动控制的基本原理
1 控制系统的要素
解释构成运动控制系统的重要要素，如传感器和执行器。
2 反馈控制原理
介绍反馈控制原理的基本概念和运作方式。
运动控制的技术方法
位置控制技术
详解位置控制技术，包括编码 器和位置伺服系统。
速度控制技术
深入研究速度控制技术，包括 PID控制和电机驱动。
力控制技术
探讨力控制技术在工业自动化 和机器人领域中的应用。
《运动控制》PPT课件
欢迎来到《运动控制》PPT课件！本课程将带您深入了解运动控制的重要性和 应用领域，并探索其基本原理、技术方法和发展趋势。
课件பைடு நூலகம்绍
本节将介绍课件的目的和重要性，以及主要内容的概述。
运动控制概述
定义
了解运动控制的定义，涵盖其在不同领域的应用。
应用领域
探索运动控制在工业、机器人和自动化等领域的 广泛应用。
2 发展前景展望
展望运动控制的未来发展，包括智能化和高效能的前景。
运动控制的发展趋势
1
高精度
2
介绍高精度运动控制技术的发展，如高
精度传感器和控制算法。
3
智能化
展望运动控制的智能化趋势，如人工智 能和机器学习的应用。
高效能
探讨提高运动控制系统效能的方法，如 优化控制策略和能源管理。
总结
1 运动控制的重要性
总结运动控制的重要性，强调其在现代工业和机器人技术中的关键作用。
运动控制系统ppt课件
ud
ua
ub
uc
ud
O
ud
ua
ub
uc
ud
Ud E
t O
id ic O
ia
ib
ic
id
a）电流连续
ic
t O
ia
ib
ic
b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
Ud E
t
t
1.2.3 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的 转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热。为了避免或减轻这种影响，须采 用抑制电流脉动的措施，主要是：
• 瞬时电压平衡方程
ud0
E
id R
L
did dt
(1-3)
式中
E — 电动机反电动势；
id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感；
R — 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
对ud0进行积分，即得理想空载整流电压 平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的
序言
课程的内容、目的
以电动机为控制对象、以实现既定（旋转） 运动规律和特性为目标、以电力能量变换技 术（电力电子应用技术）和自动控制理论及 相关控制技术为手段，探讨如何构成运动控 制系统。
序言
课程的地位、意义
• 自动化学科及自动控制领域背景知识 • 自动化专业的内涵及专业特征 • 本课程的专业地位及重要性
O
TL
2 3
Te
曲线变软。
调磁调速特性曲线
▪ 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。
运动控制和学习ppt课件
运动控制卡广泛应用于各种自 动化设备和生产线，如包装机 械、印刷机械等。
运动控制器
运动控制器是一种集成了运动控 制算法和硬件接口的控制器，用
于实现多轴协调运动控制。
运动控制器通常采用高速计算机 或DSP等技术实现，具有强大的
计算和控制能力。
运动控制器广泛应用于数控机床、 机器人、自动化生产线等领域， 是实现高效、高精度加工的关键
伺服控制系统通常由伺服电机、伺服驱动器和控制器三部分组成，具有快速响应、 高精度和高稳定性的特点。
伺服控制技术的应用范围广泛，包括数控机床、机器人、自动化生产线等领域。
步进控制技术
步进控制技术是一种通过控制步进电 机的步进角度来实现精确位置控制的 技术。
步进控制技术的应用范围也较广，如 打印机、扫描仪、自动化设备等。
位置、稳定性等。
学习控制的方法
监督学习
通过输入输出数据，学习 一个从输入到输出的映射 关系，实现对被控对象的 控制。
无监督学习
通过学习数据的内在规律 和结构，对被控对象进行 控制。
强化学习
通过与环境交互，学习如 何最优地选择行为以最大 化累积奖励，实现对被控 对象的控制。
学习控制的实现
数据采集
采集被控对象的输入输出数据 ，为学习提供数据支持。
设备之一。
03 学习控制理论
学习控制的概念
学习控制
指通过一定的控制策略， 使被控对象达到所期望 的性能指标，实现最优
控制。
控制策略
指在控制过程中所采用 的方法和手段，包括开 环控制、闭环控制、最
优控制等。
被控对象
指被控制的系统或设备， 可以是机械系统、电气
系统、化工系统等。
性能指标
运动控制系统PPT参考课件
9
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
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
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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
第6章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
差功率、减小输出功率来换取转速的降低。
增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，
这就是转差功率消耗型的由来。
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。
缺点是机械特性
较软。
图6-6 高转子电阻电动机（交流力矩 电动机）在不同电压下的机械特性
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
要求带恒转 矩负载的调 压系统具有 较大的调速 范围时，往 往须采用带 转速反馈的 闭环控制系 统。
图6-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
当系统带负载稳定时，如果负载增大或减 小，引起转速下降或上升，反馈控制作用 会自动调整定子电压，使闭环系统工作在 新的稳定工作点。
由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制， 定子电压只能降低，不能升高，故又 称作降压调速。
异步电动机调压调速
调压调速的基本特征：电动机同步转速保 持额定值不变
n1
n1N
60 f1N np
气隙磁通
Φm
Us 4.44 f1NskNS
随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
6.2.1 异步电动机调压调速 主电路
12
Lls
L'lr
2
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3n p
运动控制系统总结
• 再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态 性能指标要求确定电流调节器的参数。
• 电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外 环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环 为典型II型系统。
图3-26 双闭环调速系统内环和外环的开环对数幅频特性 I——电流内环 n——转速外环
（3）内、外环开环对数幅频特性的比较 • 外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控
• 准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数M2 计算出来的，即 Tt M2/ f0，
• 电动机转速为
n 60 60 f0 ZTt ZM2
（2-80）
• T(M法2-测1)速时的转分速辨的率变定化义量为，时钟脉冲个数由M2变成
Q 6f0 0 6f0 0 6f0 0 Z(M 21 ) Z2 MZ2 M (M 21 )
h
3
4
5
6
7
Hale Waihona Puke 89 1052.6% 43.6% 37.6% 33.2% 29.8% 27.2% 25.0% 23.3%
tr / T 2.4 2.65 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35
ts / T 12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3np
1
Ir'2
Rr' s
1Rs
3npUs2Rr' /s
• 电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外 环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环 为典型II型系统。
图3-26 双闭环调速系统内环和外环的开环对数幅频特性 I——电流内环 n——转速外环
（3）内、外环开环对数幅频特性的比较 • 外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控
• 准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数M2 计算出来的，即 Tt M2/ f0，
• 电动机转速为
n 60 60 f0 ZTt ZM2
（2-80）
• T(M法2-测1)速时的转分速辨的率变定化义量为，时钟脉冲个数由M2变成
Q 6f0 0 6f0 0 6f0 0 Z(M 21 ) Z2 MZ2 M (M 21 )
h
3
4
5
6
7
Hale Waihona Puke 89 1052.6% 43.6% 37.6% 33.2% 29.8% 27.2% 25.0% 23.3%
tr / T 2.4 2.65 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35
ts / T 12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3np
1
Ir'2
Rr' s
1Rs
3npUs2Rr' /s
运动控制系统ppt课件
IdL
馈的作用降低下来，
电机的电磁转矩也随 O
t
之减小，加速过程延
图2-1 a) 带电流截止负反馈
长。
的单闭环调速系统
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6
性能比较（续）
❖ 理想起动过程波形 如图，这时，起动
Id Idm
电流呈方形波，转
n
速按线性增长。这
是在最大电流（转
IdL
矩）受限制时调速 系统所能获得的最 快的起动过程。
为了分析双闭环调速系统的静特性， 必须先绘出它的稳态结构图，如下图。 它可以很方便地根据上图的原理图画出 来，只要注意用带限幅的输出特性表示 PI 调节器就可以了。分析静特性的关键 是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。
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19
1). 系统稳态结构图
Id
U*n +
R
ASR U*i +
Ui -
最新版整理ppt
10
1). 系统的组成
TA
L
U*n +-
Ui U*i ASR +
内环
V
ACR Uc UPE
+
Ud
Id
Un
-
外环
+
MM
n
TTGG
图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器最新U版P整E理—pp电t 力电子变换器
11
第六讲
2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能 分析
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1
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
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晶闸管整流器-电动机系统
•
Ud KsUc
电流连续时V-M系统的机械特性
•
n 1 Ce
(Ud0
IdR)
晶闸管触发电路与整流装置的传递函数
• 输入输出关系为
U d0K sU c 1 (tT s)
Ws(s)U Udc0((ss))KseTss
Ws
(
s
)
Ks 1Tss
直流PWM变换器-电动机系统
不可逆PWM变换器-直流电动机系统
转速负反馈闭环直流调速系统稳态 结构框图
•
图2-21 额定励磁下直流电动机 的动态结构框图
(a)电压电流间的结构框图 (b)电流电动势间的结构框图 (c)直流电动机的动态结构
框图
反馈控制规律
2.4 直流调速系统的数字控制
数字测速方法的精度指标
• 当被测转速由n1变为n2时，引起记数值增量 为1，则该测速方法的分辨率是
• 准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数M2 计算出来的，即 Tt M2/ f0，
• 电动机转速为
n 60 60 f0 ZTt ZM2
（2-80）
• T(M法2-测1)速时的转分速辨的率变定化义量为，时钟脉冲个数由M2变成
Q 6f0 0 6f0 0 6f0 0 Z(M 21 ) Z2 MZ2 M (M 21 )
id
四个管子轮流导通。
1
2
0
t4
4
ton
t2 T
t
3
(d) 轻载电动状态的电流波形
U s R d IE R d IC e 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 静差率s
D n max n min
s nN 100% n0
静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准
dt
Te
TL
• 磁链控制同样重要
Te KTIa
生产机械的负载转矩特性
• 生产机械的负载转矩TL是一个必然存 在的不可控扰动输入。
J
dm
dt
Te
TL
恒转矩负载
a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载
恒功率负载
TL
PL
m
常数
m
直流调速系统
• 电枢回路
ud0 EidRLdddit
调节直流电动机转速的方法
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Jຫໍສະໝຸດ d mdtTe
TL
d m
dt
m
• 转矩控制是运动控制的根本问题
J
dm
• 特性a和b的硬 度相同，
• 特性a和b额定 速降相同，
• 特性a和b的静 差率不相同。
图2-14 不同转速下的静差率
调速范围、静差率和额定速降之间的关系
D nNs nN (1 s)
转速反馈控制直流调速系统
•
n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
C e(1K pK s /C e) C e(1K ) C e(1K )
Qn2 n1
• 转速实际值和测量值之差与实际值之比定 义为测速误差率
n100%
n
M法测速
• 记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个
数来算出转速的方法称为M法测速，又称频率
法测速。
n 60M1 r/min ZTc
(2-77)
• M法测速分辨率为
Q6(0M 11)6M 0160 ZcT ZcT ZcT
电压和电流波形
Ud tTonUs Us
有制动电流通路的不可逆 PWM变换器-直流电动机系统
一般电动状态的 电压、电流波形
Ud E
U g 1 的正脉冲比 负脉冲窄 ，
E Ud
i d 始终为负。
制动状态的电压、电流波形 图2-11 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
VT1、VD2、VT2和VD1
（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。
n U IR Ke
n
n0
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
O
IL
I
调压调速特性曲线
n
n0
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
IL
I
调阻调速特性曲线
n
n3
n0
nn12 nN
N
O
TL
1 2 3
Te
调磁调速特性曲线
第2章
转速反馈控制的直流调速系统
• 综合这两种测速方法的特点，产生了M/T测速法， 它无论在高速还是在低速时都具有较高的分辨能力 和检测精度。
• 在高速段，与M法测速的分辨率完全相同。
• 在测低速速完段 全， 相M同1。＝1，M2随转速变化，分辨率与T法
• M/T法测速无论是在高速还是在低速都有较强的 分辨能力。
2.5.2带电流截止负反馈环节的 直流调速系统
图3-1 时间最优的理想过渡过程
起动电流呈矩形波，转速按 线性增长。这是在最大电流 （转矩）受限制时调速系统 所能获得的最快的起动（制 动）过程。
运动控制系统总结
第1章 绪论
什么是运动控制系统
• 运动控制系统是以机械运动的驱动设备— —电动机为控制对象，以控制器为核心， 以电力电子功率变换装置为执行机构，在 自动控制理论的指导下组成的电气传动自 动控制系统。
运动控制系统及其组成
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。
（2-78）
• M法测速的分辨率与实际转速的大小无关。
• M法的测速误差率的最大值为
60 M1 60 (M11)
ma x
Zc T
ZcT 60 M1
ZT c
10% 0 1 10% 0
M1
（2-79）
• δ大ma。x与M1成反比。转速愈低，M1愈小，误差率愈
T法测速
• T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔 时间来计算转速，又被称为周期法测速。
（2-81）
• 综合式（2-80）和式（2-81），可得
Q Zn2 60 f0 Zn
(2-82)
• T法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q 值越小，分辨能力越强。
M/T法测速
• 在M法测速中，随着电动机的转速的降低，计数值 减少，测速装置的分辨能力变差，测速误差增大。
• T法测速正好相反，随着电动机转速的增加，计数 值减小，测速装置的分辨能力越来越差。
图2-38 电流截止负反馈环节 （a）利用独立直流电源作比较电压（b）利用稳压管产生比较电压
图2-40 带电流截止负反馈的闭环直流调速系统稳态结构框图
• CA段 : 电流负反馈被截止
• AB段 : 电流负反馈起作用
图2-41 带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统的静特性
第3章
转速、电流反馈控制 的直流调速系统