自动控制系统控制系统复习要点

运动控制系统复习要点

一期末考试的题型

与交流拖动控制系统比较，直流拖动控制系统是重点；考试内容各占50%左右。而直流电机控制的要求则是掌握，是以计算，分析，证明题方式出现；交流的要求是了解和一般掌握，交流电机则以选择、判断、填空、简述的方式出现。

10级考试题型及分数分配

1 判断题（15-20分，10~20小题）范围广，

2 选择题（15-20分，10~20小题）范围广

3 填空题（10分，10~20小题）内容深，细节区分

3 设计题（10分，1小题）

4 简述题（10-15分，3小题）

5 设计题（10-15分，2小题）

6 分析与计算题（15-20分，4小题）

7 证明题(10-15分，2小题)

二考试内容

主要依据教材中的作业和例题和复习题。

三课程内容复习纲要

直流拖动系统（掌握）

控制系统课程贯穿着一个基本方法：理论联系实际来分析问题解决问题。具体来说就是系统思想和模型化、工程化方法。

本书的基本结构是以学科历史发展过程或者说实际问题为逻辑起点，而一般的理论课程如物理、数学实际上是与科研实际过程相反的，以学习者的知识结构为逻辑起点，从定义、概念、定律再到定理。这是因为理论的发展意味着概念的创新。

控制系统是一门技术理论课程，它是从技术角度来总结的。正因为是技术角度出发的，具有综合性和实践性的特点。所以对学习者来说，必须具备一定的实践基础和专业理论基础。对初学者来说，表现出有一定的难度是不奇怪的，而且，

每一部分内容都仅是打下基础，深入的细节方面的知识，需要更进一步地查阅其它书籍和资料，从另一方面来看，这也给大家留下了自学和实践的空间。

从电压平衡方程式，导出调速方法，从反馈控制原理和静态参数的要求导出闭环控制系统；从静态与动态性能的矛盾分析了P调节器和I调节器，发展到PI调节器；从单闭环的调速系统无法控制起、制动动态电流，导出了带饱和非线性的PI调节器构成双闭环的系统结构，而双闭环的结构可以说交直流电动机控制的基本结构；从单向开关的晶闸管不能实现反转和回馈制动导出了可逆系统结构，又从可逆系统引起的环流问题导出有环流和无环流控制策略；再从调压调速的限制和宽调速范围的要求引出带弱磁控制的非独立弱磁控制系统。

问题一步一步深化。但思考问题的出发点是电压平衡方程式，磁链平衡方程式，转矩平衡方程式，再加半导体开关的特性导致的电力电子电路中的特殊问题（也就是电力电子技术），同时分析时用到了电路和电机中的基本概念如输入功率、输出功率、转差功率、功率因数、效率、损耗等等。

1闭环控制静差率与调速范围重点掌握

可控直流电源VM系统的主要问题直流脉宽调速系统的主要问题

单闭环稳态分析PI调节器

2 双闭环

稳态数学模型及动态性能分析非典型系统的典型化弱磁控制

实验电路模拟式PI调节器，过电流保护电路

3 数字控制（了解）（因为专门开设了微机控制技术课程）

数字测速数字PI调节器及其设计方法

4 可逆系统（掌握）

5 变压调速及其软起动器（了解）

6.1 VVVF 控制方式（掌握）

机械特性比较三段式控制：基频以下小于5HZ时，抬高电压补偿定子压降；基频以下大于5HZ时，恒压频比；基频以上，则恒定电压，弱磁升速；（以额定频率为50HZ为例）

6.2 PWM 模式spwm chbpwm svpwm（了解）（实际上这是现代电机控制的核心技术）

6.3 变频器的主要类型（了解）

6.4 标量控制系统转速开环转速闭环转差频率控制（一般掌握）

6.5 矢量控制原理坐标变换转子磁链定向（一般掌握）

6.6 矢量控制系统直接矢量控制间接矢量控制转子磁链估计和观测（理解）

6.7 直接转矩控制定子磁链的估计和观测（理解）

7 串级调速系统（高效率低功率因数）（掌握）

双馈调速的5种工况串级调速的工作原理起动停车顺序转子整流电路的特点及对机械特性的影响串级调速系统的功率因数及其改进方案双馈调速系统（了解）

8 同步电动机变频调速（了解）

特点及其类型他控变频（转速开环，交交变频，气隙磁场定向）自控变频（无刷直流，永磁同步电动机）

四复习要点

1直流电动机调压可获得恒转矩调速。调励磁可获得恒功率调速。用不同调速方法的直流调速系统有不同的调速特性。生产机机械有不同的负载转矩特性，采用可调速传动装置时需考虑使装置的调速特性与负载的要求相匹配，以获得良好的技术经济效果。负载特性与电机电磁转矩特性的配合（负载特性：1 恒定阻转矩负载2 位能性负载 3 转矩随转速变化的负载（通风机型，恒功率，转矩与转速成比例）4转矩随位置变化的负载）调速特性与负载调速要求的不匹配问题采用保种调速方式要考虑负载调速要求。当两者不匹配时，电动机的容量就得放大。电磁转矩在弱磁时具有恒功率性质，但仍能带动恒转矩负载。

2 供变压调速使用的可控直流电源有：旋转变流机组、静止可控整流器与直流斩波器。直流斩波器不同于相位控制调压的可控整流器，它是通过改变主开关元件的通断时间比例即占空比来调压的，有一系列优点。

3 V-M系统的几个特殊问题可归结为：整流电压的相位控制、整流电流的平波与波形的连续、调速机械特性及其分区。V-M系统的完整调速机械特性包含整流状态下与逆变状态、连续区与断续区。

4 调速范围与静差率是调速系统的两个相互关联的稳态性能指标。闭环控制相对于开环控制来讲，可使系统稳态性能指标得到改善。正确理解调速范围的静差率

中的理想空载转速指的是稳定运转的最低转速对应的理想空载转速，这就将调速范围和静差率联系起来了。闭环后，由于反馈作用降低了静差率，提高了调速范围。这部分内容要求会计算，会分析，会证明。

加转速负反馈和比例调节器的系统，可使稳态速降减小，但总是有静差，不可能使速降为零。该系统中，被反馈环所包围的加于控制系统前向通道上的各种扰动对转速的影响，都受到反馈控制的抑制。但反馈控制无力克服给定电源和检测反馈元件的误差。按照反馈控制的原理，即要控制什么物理量，就必须检测或间接检测这个物理量并变成电信号，组成闭环控制系统。

5单闭环系统的静态结构图和动态结构图应会推导。在作闭环调速系统的稳态参数计算时，可根据稳态性能指标、电动机及其它控制部件的已知参数来计算反馈检测元件与放大器的参数，这首先需找出系统的输入输出关系。然后根据各环节输入输出关系的算式来推导。也可根据结构图通过运算求出。

6 在有静差单转速闭环系统中，可以用电流截止负反馈来抑制突加给定电压的电流冲击，以保证系统有较大的比例系数来满足稳态性能指标。

7 P调节器动态响应快但静态有误差，且为保证较小的静差需要较大的放大系数，这就可能使得系统出现动态不稳定。I调节器静态无差但动态响应慢也会使系统不稳定。PI调节器综合了P和I调节器的优点，可使得系统响应较快且无静差。

8 根据直流电动机的电压平衡方程式，转矩平衡方程式，可以得到电机的动态模型。根据整流器的输出与输入关系，可将其视为一个惯性环节。

8 在带电流正反馈的电压负反馈调速系统中，省去了测速装置。但必须采用电流正反馈补偿电枢电阻引起的稳态速降。全补偿可做到无静差，但系统已处于稳定边缘，故不能指望用这类系统实现无静差调速。

第2章双闭环直流调速系统（重点）

1 转速电流双闭环调速系统克服了单闭环调速动态电流无法控制的缺点。可以根据原理图画出稳态结构图，进而得出静特性方程式。对于PI调节器组成的双闭环系统，其稳态参数计算比较简单。转速反馈系数和电流反馈系数可按照最高电压和最大电流及调节器的线性工作电压（或在数字系统中按位长）来选择。带饱和非线性的PI调节器组成的双闭环调速系统是本次课程的重点内容。利用饱和来实现准最优时间控制。要调节起动、制动电流的大小，只能是在正确调节电流