运动控制系统总结
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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。
编辑版
39
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。
id
四个管子轮流导通。
1
2
0
t4
4
ton
t2 T
t
3
(d) 轻载电动状态编辑的版电流波形
24
U s R d IE R d IC e n
直流PWM调速系统（编辑电版流连续）的机械特性
25
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
编辑版
编辑版
9
恒功率负载
TL
PL
m
常数
m
编辑版
10
直流调速系统
• 电枢回路
ud0 EidRLdddit
编辑版
11
调节直流电动机转速的方法
（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
编辑版
12
n
n0
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
O
IL
I
调压调速特性曲线
C e(1K pK s /C e)编辑版C e(1K ) C e(1K ) 29
编辑版
30
转速负反馈闭环直流调速系统稳态 结构框图
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ编辑版
31
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
编辑版
32
反馈控制规律
• 电动机转速为
n 60 60 f0 Z编T辑t 版 ZM2
（2-80）
38
• T法测速的分辨率定义为时钟脉冲个数由M2变成 (M2-1)时转速的变化量，
Q 6f0 0 6f0 0 6f0 0 Z(M 21 ) Z2 MZ2 M (M 21 )
（2-81）
• 综合式（2-80）和式（2-81），可得
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)
编辑版
36
• M法测速分辨率为
Q6(0M 11)6M 0160 ZcT ZcT ZcT
（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
运动控制系统总结
第1章 绪论
编辑版
1
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。
编辑版
2
运动控制系统及其组成
编辑版
3
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转矩易 于控制。
编辑版
21
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
编辑版
Ud E
22
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编逆辑版PWM变换器-直流电动机系统23
VT1、VD2、VT2和VD1
编辑版
33
2.4 直流调速系统的数字控制
编辑版
34
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
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
编辑版
35
M法测速
• 记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个
ZT c
ZT c 60 M1
Zc T
10% 0 1 10% 0
M1
（2-79）
• δmax与M1成反比。转速愈低，M1愈小，误差率愈
大。
编辑版
37
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。
• 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，
2.5.2带电流截止负反馈环节的 直流调速系统
(Ud0
IdR)
编辑版
18
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
编辑版
19
直流PWM变换器-电动机系统
编辑版
20
不可逆PWM变换器-直流电动机系统
Ud tTonUs Us
电压和电流波形
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。
编辑版
4
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。
编辑版
5
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
• 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。
编辑版
40
• 在高速段，与M法测速的分辨率完全相同。
• 在低速段，M1＝1，M2随转速变化，分辨率与T法 测速完全相同。
• 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。
编辑版
41
编辑版
13
n
n0
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
IL
I
调阻调速特性曲线
编辑版
14
n
n3
n0
nn12 nN
O
TL
N 1 2 3
Te
调磁调速特性曲线
编辑版
15
第2章
转速反馈控制的直流调速系统
编辑版
16
晶闸管整流器-电动机系统
•
Ud KsUc
编辑版
17
电流连续时V-M系统的机械特性
•
n 1 Ce
26
静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准
• 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 不同转速下的静编差辑版率
27
调速范围、静差率和额定速降之间的关系
D nNs nN (1 s)
编辑版
28
转速反馈控制直流调速系统
•
n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
编辑版
6
• 转矩控制是运动控制的根本问题
J
dm
dt
Te
TL
• 磁链控制同样重要
Te KTIa
编辑版
7
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
编辑版
8
恒转矩负载
a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载
(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。
编辑版
39
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。
id
四个管子轮流导通。
1
2
0
t4
4
ton
t2 T
t
3
(d) 轻载电动状态编辑的版电流波形
24
U s R d IE R d IC e n
直流PWM调速系统（编辑电版流连续）的机械特性
25
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
编辑版
编辑版
9
恒功率负载
TL
PL
m
常数
m
编辑版
10
直流调速系统
• 电枢回路
ud0 EidRLdddit
编辑版
11
调节直流电动机转速的方法
（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
编辑版
12
n
n0
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
O
IL
I
调压调速特性曲线
C e(1K pK s /C e)编辑版C e(1K ) C e(1K ) 29
编辑版
30
转速负反馈闭环直流调速系统稳态 结构框图
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ编辑版
31
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
编辑版
32
反馈控制规律
• 电动机转速为
n 60 60 f0 Z编T辑t 版 ZM2
（2-80）
38
• T法测速的分辨率定义为时钟脉冲个数由M2变成 (M2-1)时转速的变化量，
Q 6f0 0 6f0 0 6f0 0 Z(M 21 ) Z2 MZ2 M (M 21 )
（2-81）
• 综合式（2-80）和式（2-81），可得
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)
编辑版
36
• M法测速分辨率为
Q6(0M 11)6M 0160 ZcT ZcT ZcT
（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
运动控制系统总结
第1章 绪论
编辑版
1
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。
编辑版
2
运动控制系统及其组成
编辑版
3
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转矩易 于控制。
编辑版
21
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
编辑版
Ud E
22
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编逆辑版PWM变换器-直流电动机系统23
VT1、VD2、VT2和VD1
编辑版
33
2.4 直流调速系统的数字控制
编辑版
34
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
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
编辑版
35
M法测速
• 记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个
ZT c
ZT c 60 M1
Zc T
10% 0 1 10% 0
M1
（2-79）
• δmax与M1成反比。转速愈低，M1愈小，误差率愈
大。
编辑版
37
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。
• 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，
2.5.2带电流截止负反馈环节的 直流调速系统
(Ud0
IdR)
编辑版
18
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
编辑版
19
直流PWM变换器-电动机系统
编辑版
20
不可逆PWM变换器-直流电动机系统
Ud tTonUs Us
电压和电流波形
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。
编辑版
4
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。
编辑版
5
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
• 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。
编辑版
40
• 在高速段，与M法测速的分辨率完全相同。
• 在低速段，M1＝1，M2随转速变化，分辨率与T法 测速完全相同。
• 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。
编辑版
41
编辑版
13
n
n0
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
IL
I
调阻调速特性曲线
编辑版
14
n
n3
n0
nn12 nN
O
TL
N 1 2 3
Te
调磁调速特性曲线
编辑版
15
第2章
转速反馈控制的直流调速系统
编辑版
16
晶闸管整流器-电动机系统
•
Ud KsUc
编辑版
17
电流连续时V-M系统的机械特性
•
n 1 Ce
26
静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准
• 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 不同转速下的静编差辑版率
27
调速范围、静差率和额定速降之间的关系
D nNs nN (1 s)
编辑版
28
转速反馈控制直流调速系统
•
n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
编辑版
6
• 转矩控制是运动控制的根本问题
J
dm
dt
Te
TL
• 磁链控制同样重要
Te KTIa
编辑版
7
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
编辑版
8
恒转矩负载
a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载