运动控制系统 (1)
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。
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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
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
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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
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电力拖动自动控制系统
第1Biblioteka 篇直流拖动控制系统
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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 复习知识点总结
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、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。
（运动控制系统框图）2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，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。
因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1相控整流器-电动机调速系统原理2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。
（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。
晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。
在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。
需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。
3.V-M系统机械特4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题”。
（7）直流PWM调速系统的机械特性6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。
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
2013 运动控制(一)实验指导书
运动控制系统实验指导书实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．实验系统组成及工作原理采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。
转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。
实验图1一1所示是转速单闭环直流调速系统的实验线路图。
实验图1一1转速单闭环直流调速系统图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS分压后取出合适的转速反馈信号U n，此电压与转速给定信号U*经速度调节器ASR综合调节，ASR的输出作为移相触发器GT的控制电n压U ct，由此组成转速单闭环直流调速系统。
图中DZS为零速封锁器，当转速给定电压U*和转速反馈电压U n均为零时，DZS的输出信号使转速调节n器ASR锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。
三、实验设备及仪器1．教学实验台。
2．直流电动机。
3．双踪示波器。
四．实验内容1．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。
调节给定电压U g，使直流电机空载转速n o=1500转／分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取5-6点，读取整流装置输出调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转／分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器，使电机稳定运行。
调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载范围内测取5－6点，读3．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性a．接积分电容器，可预置7uF,使ASR成为PI（比例一积分）调节器。
b．调节给定电压U g，使电机空载转速n o=1500转／分。
在额定至空载五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。
大学_运动控制系统(阮毅著)课后答案下载_1
运动控制系统（阮毅著）课后答案下载运动控制系统（阮毅著）课后答案下载本书内容主要包括直流调速、交流调速和随动系统三部分。
直流调速部分主要介绍单闭环、双闭环直流调速系统和以全控型功率器件为主的直流脉宽调速系统等内容;交流调速部分主要包括基于异步电动机稳态模型的调速系统、基于异步电动机动态模型的高性能调速系统以及串级调速系统;随动系统部分介绍直、交流随动系统的性能分析与动态校正等内容。
此外，书中还介绍了近几年发展起来的多电平逆变技术和数字控制技术等内容。
本书全面系统、深入浅出地介绍了交直流调速系统的基础知识、系统结构、控制方式、系统性能及系统设计方法。
书中还提供了大量的实例及仿真，对广大读者有很好的指导作用。
本书语言通俗，具有较强的实用性，适于高等院校自动化、电气工程及其自动化等相关专业本科“运动控制系统”或“电力拖动自动控制系统”或“交直流调速系统”课程教学使用，还可供从事运动控制的工程技术人员参考。
运动控制系统（阮毅著）：内容简介点击此处下载运动控制系统（阮毅著）课后答案运动控制系统（阮毅著）：作品目录第1篇直流调速自动控制系统第1章单闭环直流调速自动控制系统21.1直流调速的预备知识21.1.1直流调速的可控电枢电源21.1.2直流调速自动控制系统的机械特性51.1.3直流调速自动控制系统的调速要求及性能指标61.2比例(P)调节的单闭环直流调速自动控制系统81.2.1开环控制系统及其存在的问题81.2.2P调节的单闭环直流调速自动控制系统结构及机械特性9 1.2.3P调节的单闭环直流调速自动控制系统稳态参数设计10 1.2.4P调节的单闭环直流调速自动控制系统动态性能分析14 1.3PI(比例积分)调节的单闭环直流调速自动控制系统201.3.1PI调节器的性能201.3.2PI调节器与P调节器的对比221.3.3PI调节的单闭环直流调速自动控制系统231.4单闭环直流调速自动控制系统的限流保护271.4.1问题的提出271.4.2限流保护电路的实现281.4.3带限流保护的单闭环直流调速自动控制系统28习题31第2章双闭环直流调速自动控制系统与调节器的工程设计33 2.1双闭环调速自动控制系统的组成332.2双闭环直流调速自动控制系统的静特性和稳态参数计算35 2.3双闭环直流调速自动控制系统的动态特性372.3.1双闭环直流调速自动控制系统的动态数学模型372.3.2双闭环直流调速自动控制系统的启动特性382.3.3双闭环直流调速自动控制系统的抗扰性能分析392.4直流调速自动控制系统的工程设计方法402.4.1工程设计方法与步骤402.4.2典型系统412.4.3非典型系统的典型化532.5双闭环直流调速自动控制系统的工程设计方法56习题66第3章可逆直流调速自动控制系统683.1V-M可逆直流调速自动控制系统683.1.1V-M系统的可逆线路683.1.2V-M可逆直流调速自动控制系统的主回路及环流703.1.3不同控制方式下的V-M直流可逆调速自动控制系统75 3.2直流PWM可逆调速自动控制系统803.2.1直流可逆PWM变换器803.2.2微机控制的PWM可逆直流调速自动控制系统813.2.3直流PWM功率变换器的能量回馈82习题83第2篇交流调速自动控制系统第4章基于稳态模型的交流异步电机调速自动控制系统874.1异步电机稳态数学模型及机械特性874.2异步电机的调压调速894.3异步电机的变频调速924.3.1变频调速的基本控制方式924.3.2变频调速时的.机械特性934.4电力电子变压变频器974.4.1变频器概述974.4.2变频器的主要类型984.4.3变频器的脉宽调制技术1034.5基于稳态模型的变压变频调速自动控制系统1134.5.1转速开环变压变频调速自动控制系统1134.5.2转速闭环转差频率控制的变压变频调速自动控制系统114习题117第5章基于动态模型的异步电机调速自动控制系统——矢量控制系统118 5.1异步电机动态数学模型的性质1185.2异步电机的三相数学模型1195.3坐标变换1225.3.1坐标变换的基本思路1225.3.2三相-两相变换(3/2变换)1245.3.3静止两相-旋转正交变换(2s/2r变换)1265.4异步电机在正交坐标系上的动态数学模型1265.4.1静止两相正交坐标系中的动态数学模型1265.4.2旋转两相正交坐标系中的动态数学模型1285.5异步电机在正交坐标系上的状态方程1295.5.1状态变量的选取1295.5.2以-is-r为状态变量的状态方程1305.5.3以-is-s为状态变量的状态方程1325.6矢量控制的变频调速自动控制系统1355.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程136 5.6.2间接矢量控制系统1395.6.3直接矢量控制系统141习题143第3篇数字控制的调速自动控制系统第6章数字(计算机)控制的调速自动控制系统1466.1数字控制的特点1466.1.1离散和采样1466.1.2连续变量的量化1476.1.3数字式速度检测及量化1486.1.4电压、电流等模拟量的量化1526.1.5数字调节器1556.1.6开环前馈补偿(预控)1566.2数字控制系统的组成及其数字控制器1576.2.1数字控制器(计算机系统)的硬件系统1586.2.2数字控制器的软件系统1616.3数字调速自动控制系统及其数字化设计1616.3.1变量的相对值1616.3.2直流双闭环调速自动控制系统全数字化设计163 6.3.3异步电机矢量控制系统全数字化设计173习题178第4篇交直流调速自动控制系统的应用第7章调速自动控制系统的应用1807.1无刷直流电机控制在电动车中的应用1807.1.1无刷直流电机的结构1807.1.2无刷直流电机的位置传感器1817.1.3无刷直流电机运转原理1827.1.4换向时序1827.1.5系统总体控制方案1827.1.6系统硬件电路1827.1.7系统的控制算法实现1877.1.8系统的软件设计1887.2交流运动控制在风机节能中的应用1907.2.1风机的风量-压力特性1917.2.2应用变频调速的要点1927.2.3风机变频调速举例1947.3交流运动控制在生产线传送带上的应用195 7.3.1概述1957.3.2传送带对变频器提出的要求1957.3.3变频器的选用原则1967.3.4变频调速应用实例198。
运动控制系统思考题答案
运动控制系统思考题答案【篇一：运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1)】直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低 b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速 c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。
1.2为什么直流pwm变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：a pwm变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。
从而影响了电机的输出特性。
答：直流pwm变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。
其中直流pwm变换器的时间常数ts 等于其igbt控制脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数ts通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。
因fc通常为khz级，而f通常为工频（50或60hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不会超过20直流pwm变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。
1.4简述直流pwm 变换器电路的基本结构。
答：直流pwm 变换器基本结构如图，包括igbt 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流pwm 变换器，通过改变直流pwm 变换器中igbt的控制脉冲占空比，来调节直流pwm 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
1.5答：不会1.7静差率s与调速范围d有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？答：关系见书上公式。
静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。
运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)汇总.
思考题答案1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。
1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：a PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。
从而影响了电机的输出特性。
答：直流PWM变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。
其中直流PWM变换器的时间常数Ts 等于其IGBT控制脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数Ts通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。
因fc通常为kHz级，而f通常为工频（50或60Hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不会超过20直流PWM变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。
1.4简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
1.5答：不会1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？答：关系见书上公式。
静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。
运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)
运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1)思考题答案1.1直流电动机存有哪几种变频方式？各存有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。
1.2为什么直流pwm变换器-电动机系统比相往下压整流器-电动机系统能赢得更好的动态性能？答：apwm变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值；b相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。
从而影响了电机的输出特性。
请问：直流pwm变换器和晶闸管整流装置均可看做就是一阶惯性环节。
其中直流pwm 变换器的时间常数ts等同于其igbt掌控脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数ts通常挑其最小失控时间的一半（1/（2mf）。
因fc通常为khz级，而f通常为工频（50或60hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不能少于20直流pwm变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更大，从而积极响应更慢，动态性能更好。
1.4简述直流pwm变换器电路的基本结构。
请问：直流pwm变换器基本结构例如图，包含igbt和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送至直流pwm变换器，通过发生改变直流pwm变换器中igbt的掌控脉冲充电电流，去调节直流pwm变换器输入电压大小，二极管起至续流促进作用。
1.5答：不会1.7静差率s与变频范围d存有什么关系？静差率与机械特性硬度就是一两件事吗？请问：关系见到书上公式。
静差率与机械特性硬度就是相同的概念，硬度就是指机械特性的斜率，通常说道硬度大静差率也小；但同样硬度的机械特性，随着起至理想短程输出功率的减少，其晴差率可以随之减小。
运动控制系统的概念
运动控制系统的概念
运动控制（Motion Control）是自动化技术中的部分内容，是指让系统中的可动部分以可控制的方式移动的系统或子系统。
运动控制系统包括运动控制器（Motion Controller）、驱动器（Driver）、电机（Motor），可以是没有反馈信号的开环控制，也可以带有反馈信号的闭环控制，闭环控制也分为全闭环和半闭环控制。
控制器是可以产生控制目标（理想的输出或运动曲线），或是闭环控制系统中需要根据反馈信号运算调整执行速度和位置的器件。
驱动器是可以将控制器的控制信号转换为提供给电机能量的器件。
电机是实际使物体移动的装置，是运动控制的执行端。
执行端还包含编码器、减速机、导轨丝杆等机械装置。
分类
1、开环控制系统
控制器传输信号给驱动器，驱动器驱动电机运动，驱动器和控制器都无法知道电机是否达到预期的动作，典型的步进电机和风扇控制系统，是属于开环控制。
2、半闭环控制系统
对控制要求更准确的系统，在电机侧增加测量器件（如旋转编码器)，反馈信号进入驱动器和控制器中，让驱动器或控制器根据反馈调整电机的动作，使实际与命令的误差降到最小，如普通伺服电机控制系统。
3、全闭环控制系统
需要比半闭环更精准的运动系统，在执行端增加直线编码器，直接测量运动的实际位置，使执行更加准确，如直线电机控制系统。
[专业技术继续教育]运动控制系统-基础与提高(1)运动控制系统组成与结构
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如果文档对你有帮助，请点赞~~ 1【单选】以下选项中，属于运动控制系统的物理结构的是（）∙ A. 运动学∙ B. 电机学∙ C. 量测系统∙ D. 轨迹生成∙正确答案：C2【单选】（）与（）之间包含事件管理、人机交互、指令生成、文件管理∙ A. 运动控制器与上位机∙ B. 驱动器与运动控制器∙ C. 驱动器与上位机∙ D. 运动控制器与电机∙正确答案：A3【单选】以下选项中，不属于运动控制系统的逻辑结构的是（）∙ A. 运动生成与规划∙ B. 控制系统∙ C. 执行及反馈∙ D. 测量系统∙正确答案：D4【多选】运动控制系统按照实现方式可以分为（）∙ A. 软件实现∙ B. 嵌入式实现∙ C. 手工∙ D. 自动∙正确答案：A B5【多选】运动控制系统按照指令传输方式可以分为（）∙ A. 模拟传输∙ B. 脉冲传输∙ C. 总线协议∙ D. 智能传输∙正确答案：A B C6【多选】以下选项中，属于运动控制系统的是（）∙ A. 轨迹生成∙ B. 轨迹规划∙ C. 控制系统∙ D. 驱动系统∙ E. 机械及传动∙正确答案：A B C D E7【判断】电机与驱动器之间包含电力传输和位置反馈（）∙ A. 正确∙ B. 错误∙正确答案：正确8【判断】运动控制系统仅有专用系统和通用系统两大类（）∙ A. 正确∙ B. 错误∙正确答案：错误9【判断】误差与精度，在运动控制系统中，没有区别（）∙ A. 正确∙ B. 错误∙正确答案：错误10【判断】驱动器与运动控制器之间包括指令、事件反馈、事件指令、通讯等（）∙ A. 正确∙ B. 错误∙正确答案：正确。
运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1)
运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1)思考题答案1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。
1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：aPWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值；b相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。
从而影响了电机的输出特性。
答：直流PWM变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。
其中直流PWM变换器的时间常数T等于其IGBT控制脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数T通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。
因fc通常为kHz级，而f通常为工频（50或60Hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不会超过20直流PWM变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。
1.4简述直流PWM变换器电路的基本结构。
答：直流PWM变换器基本结构如图，包括IGBT和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM变换器，通过改变直流PWM变换器中IGBT的控制脉冲占空比，来调节直流PWM变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
1.5答：不会1.7静差率与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？答：关系见书上公式。
静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。
运动控制系统期中考试(1)
《运动控制系统》期中考试试题一、填空题（每题1分，共15分）1、运动控制系统由（）、（）、（）等构成。
2、常用的可控直流电源有（）、（）。
3、晶闸管整流装置的传递函数近似为（）。
4、双闭环直流调速系统的起动过程分为（）、（）和（）三个阶段。
5、典型I型系统的传递函数为（），典型II型系统的传递函数为（）。
6、在直流调速系统中，当负载扰动比较频繁时，应采用典型（）型系统。
7、α=β配合控制的可逆调速系统的制动过程分为（）和（）两个阶段。
8、测量转速的元件是（）。
二、简答题（每题10分，共20分）1、在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR均为PI调节器，系统起动过程中，为什么速度必然产生超调？2、直流电机的转速公式是什么？通常改变直流电机转速有哪几种方法，各有什么优缺点？可以用强磁的方式来调速吗，为什么？对于调节电枢电压调速，为什么必须在额定电压以下进行调速？三、画图题（15分）1、画出直流双闭环调速系统的动态结构图。
三、分析计算题（第1题20分，第2题30分）1、某直流调速系统电动机额定转速为1430r/min，额定速降∆nN=115r/min，当要求静差率为30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果要求调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？2、在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：PN=60kW，UN=220V，IN=308A，nN=1000r/min，电动势系数Ce=0.196V·min/r，主回路总电阻R=0.18Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=35。
电磁时间常数TL=0.012s，机电时间常数Tm=0.12s，电流反馈滤波时间常数T oi=0.0025s，转速反馈滤波时间常数T o n=0.015s。
额定转速时的给定电压（Un*）N=10V，调节器ASR，ACR 饱和输出电压Uim*=8V，Ucm=6.5V。
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
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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
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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
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
运动控制系统试题及答案
运动控制系统试题及答案运动控制系统这本书内容主要包括直流调速、交流调速和随动系统三局部。
以下是由关于运动控制系统试题的内容，希望大家喜欢!一、选择填空：(每空2分、共20分)1、一个调速系统的调速范围，是指在时还能满足所需静差率的转速可调范围。
答案：( 1 )1)最低速; 2)最高速;3)平均速; 4)不能确定;2、闭环调速系统可以获得比开环调速系统的稳态特性。
答案：( 2 )1)硬得不多; 2)硬得多;3)软得多; 4)软得不多;3、无静差调速系统的最高转速nmax，最高给定电压U*nmax其速度反应系数为。
答案：( 2 )1)nmax/U*nmax 2)U*nmax/nmax3)nmax×U*nmax 4)不确定4、反并联无环流配合控制的条件是答案：( 4 )1)α+β=240o 2)α+β=300o3)α+β=360o 4)α+β=180o5、无环流逻辑环节切换到正组晶闸管工作时，。
答案：( 4 ) 1)正、反组同时封锁; 2)封锁正组开放反组;3)正、反组同时开放; 4)封锁反组开放正组;6、在理想情况下电压型逆变器直流环节采用大电容滤波，它是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压波形是。
答案：( 3 ) 1)锯齿波;2)正弦波3)矩形波; 4)不能确定;7、在理想情况下电流型逆变器直流环节采用电感滤波，它是一个相当于一个恒流源，输出交流电流波形是。
答案：( 1 ) 1)矩形波; 2)正弦波3)锯齿波; 4)不能确定;8、SPWM变频器中，如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做方式。
答：( 3)1)多极性控制; 2)双极性控制;3)单极性控制; 4)没用定义9、调速系统的动态性能就是控制的能力。
答案：( 2 ) 1)磁场;2)转矩;3)转速; 4)转差率;10、矢量控制系统是控制系统。
答案：( 2 )1)静止坐标; 2)旋转坐标;3)极坐标; 4)不能确定;二、什么是有静差闭环调速系统?怎样减少静差?什么是无静差闭环调速系统?怎样实现?(12分)答：系统在稳态时，需要一定的速度偏差来维持的速度控制系统为有静差调速系统。
电力拖动自动控制系统—运动控制系统期末试卷A卷答案
电力拖动自动控制系统—运动控制系统(一)期末试卷A卷答案(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第 1 页 ( 共 5 页 )注：教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第 2 页 ( 共 5 页 )二．分析及问答（51%）1． （共11分）桥式可逆PWM 变换器-电动机系统具有电流容易连续、谐波少等优点。
（1） 在如图坐标系中画出桥式可逆PWM 变换器供电的开环直流调速系统工作在一般电动状态下的瞬时电压、平均电压、瞬态电流、反电动势波形，其中变换器采用双极式控制，占空比ρ=；（6分）（2） 导出电机电枢电压平均值Ud 与Us 之间的关系，如何实现电机的正反转？说明如何实现电机的正反转；（2分） （3） 写出直流桥式可逆PWM 变换器的近似传递函数，说明它与相控整流器数学模型的本质区别。
（3分） 2． （共15分）在V-M 开环直流调速系统、转速单闭环有静差直流调速系统和转速单闭环无静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行时，三种系统的转速、电枢电流、整流装置输出的电压将如何变化，并简单说明原因。
答：在V-M 开环系统中，突减负载后又进入稳定运行时，电机转速上升，电枢电流降低，整流装置输出电压不变（3分）。
因为是开环系统，整流装置输出电压受控制电压决定，控制电压不变，输出电压也不变，但 减载后转速上升，电枢电流减小，以便与负载平衡。
（2分）电机电枢电压平均值Ud=（2ρ-1）U S （1分）当ρ大于1/2时，Ud 〉0，电机两端平均电压为正，电机正转，当ρ小于1/2时，Ud 〈0，电机两端平均电压为负，电机反转。
（1分）()1ss s K W s T s ≈+（2分），与相控整流器的本质区别是时间常数更小。
（1分）第 3 页 ( 共 5 页 )（3分）ⅡⅢntI d I dL 0IV0t 3t 2t 1t 4t t4．（共10分）转速反馈采用增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z ＝1024，采样周期TC = 秒，计算机高频时钟脉冲频率f0 = 1[MHz]，转速单位采用[转/分]，如采用M/T 法测速：1.请画出M/T 法测速原理示意图(应包含编码器输出脉冲、时钟脉冲与采样脉冲波形关系) ，并说明其测速原理。
《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 =??(1-??)，额定速降??，D =????，s =????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：t 0n cd 1tU U 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。
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直流电动机物理模型
2.1.2. 直流电动机的调速方法
串电阻调速:简单,易实现;
但损耗大,有级调速,特性软.
降压调速: 基速以下调速,恒转矩. 但需大功率调压电源
弱磁调速:基速以上调速,恒功率. 调压电源功率小,但调节时间长
2.1.3. 直流调速系统用的可控直流电源
功率放大倍数 快速性
旋转变流机组(G-M):
第二章 直流调速系统
2.1 直流电动机的调速性能和直流调速 系统的主要方案
2.1.1. 直流电动机的调速性能 2.1.2. 直流电动机的调速方法 2.1.3. 动机的调速
直流电动机物理模型 动态转矩公式
Te=KmIa 转速方程
n U IaR Ke
直流斩波器原理电路及输出电压波形
优点:开关频率高,快速性及低速性能好,功 率因数高,适用于中小功率系统.
可控电源方案选择:
中小功率--首选直流斩波器 大功率--晶闸管整流器
小差
静止的可控整流器(V-M): 大
较好
直流斩波器(PWM):
大好
旋转变流机组供电的直流调速系统
优点:机械特性平行,可四象限运行 缺点:设备多,效率低,噪声大,安装维护困难
晶闸管—电动机调速系统
优点:功率放大倍数大,快速性好, 缺点:可逆运行需增加设备,功率因数低,电压脉动 大,电流可能断续,晶闸管要可靠保护.