运动控制简介PPT课件

知识领wk.baidu.com： 控制理论
知识领域： 电力电子与驱动技术
知识领域： 电机原理与模型
+ -
控制器
功率放大与 变换装置
电动机及负载
信号处理
传感器
知识领域： 信号检测与数据处理技术
.
9
1．电动机－－运动控制系统的控制对象
（1）直流电动机－－结构复杂，制造成本高，电刷和换 向器限制了它的转速与容量。 优点：易于控制。
.
2
二。运动控制及其相关学科
现代运动控制已成为电机
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
电机学
电力电 子技术
微电子 技术
运动 控制
计算机 控制 技术
信号检测与 控制理论 处理技术
.
3
1．电机学－－电动机是运动控制系统的控制对象
动控制系统常用的分析和设计工具。
.
6
5．信号检测与处理技术－－控制系统的“眼睛”
运动控制系统的本质是反馈控制，即根据给定和 输出的偏差实施控制，最终缩小或消除偏差，运 动控制系统需通过传感器实时检测系统的运行状 态，构成反馈控制，并进行故障分析和故障保护。
由于实际检测信号往往带有随机的扰动，这些扰 动信号对控制系统的正常运行产生不利的影响， 严重时甚至会破坏系统的稳定性。为了保证系统 安全可靠的运行，必须对实际检测的信号进行滤 波等处理，提高系统的抗干扰能力。此外，传感 器输出信号的电压、极性和信号类型往往与控制 器的需求不相吻合。所以，传感器输出信号一般 不能直接用于控制，需要进行信号转换和数据处 理。
2．功率放大与变换装置－－执行手段
电力电子器件组成电力电子装置。
.
10
电力电子器件：
第一代：半控型器件，如SCR，方便地应用于相 控整流器(AC→DC)和有源逆变器(DC→AC) ， 但用于无源逆变(DC→AC)或直流PWM方式调 压（DC→DC）时，必须增加强迫换流回路， 使电路结构复杂。
第二代：全控型器件，如GTO、BJT、IGBT、 MOSFET等 。此类器件用于无源逆变 (DC→AC) 和直流调压（DC→DC）时，无须 强迫换流回路，主回路结构简单。另一个特点 是可以大大提高开关频率，用脉宽调制 （PWM）技术控制功率器件的开通与关断， 可大大提高可控电源的质量。
.
7
6．控制理论－－系统分析和设计的依据
控制理论是运动控制系统的理论基础，是指导系 统分析和设计的依据。控制系统实际问题的解决 常常能推动理论的发展，而新的控制理论的诞生， 诸如非线性控制、自适应控制、智能控制等，又 为研究和设计各种新型的运动控制系统提供了理 论依据。
.
8
三。运动控制系统及其组成
电动机的结构和原理决定了运动控制系统的设计 方法和运行性能，新型电机的发明就会带出新的 运动控制系统。
2．电力电子技术－－以电力电子器件为基础的功 率放大与变换装置是弱电控制强电的媒介，是运 动控制系统的执行手段。在运动控制系统中作为 电动机的可控电源，其输出电源质量直接影响运 动控制系统的运行状态和性能。新型电力电子器 件的诞生必将产生新型的功率放大与变换装置， 对改善电动机供电电源质量，提高系统运行性能， 起到积极的推进作用。
.
11
第三代 ：特点是由单一的器件发展为具有驱动、保护功 能的复合功率模块，提高了使用的安全性和可靠性。
3．控制器：
(1)模拟控制器 :模拟控制器常用运算放大器及相应的电气 元件实现，具有物理概念清晰、控制信号流向直观等 优点，其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上， 因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、 温度等因素的影响。
（2）交流异步电动机 －－结构简单、制造容易 ，无需 机械换向器，其允许转速与容量均大于直流电动机 。
（3）同步电动机 －－转速等于同步转速，具有机械特性 硬 ，在恒频电源供电时调速较为困难，变频器的诞生 不仅解决了同步电动机的调速，还解决了其起动和失 步问题，有效地促进了同步电动机在运动控制中的应 用。
(2)数字控制器 :硬件电路标准化程度高、制作成本低、而 且不受器件温度漂移的影响。控制规律体现在软件上， 修改起来灵活方便。此外，还拥有信息存储、数据通 信和故障诊断等模拟控制器无法实现的功能。
.
12
4．信号检测与处理－传感器
运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流、 转速和位置，为了真实可靠地得到这些信号， 并实现功率电路（强电）和控制器（弱电）之 间的电气隔离，需要相应的传感器。
.
4
3．微电子技术－－控制基础
微电子技术的快速发展，各种高性能的大规模 或超大规模的集成电路层出不穷，方便和简化 了运动控制系统的硬件电路设计及调试工作， 提高了运动控制系统的可靠性。高速、大内存 容量、多功能的微处理器或单片微机的问世， 使各种复杂的控制算法在运动控制系统中的应 用成为可能，并大大提高了控制精度。
4．计算机控制技术－－系统控制核心
(1) 计算机控制
(2) 计算机仿真
(3) 计算机辅助设计
.
5
计算机具有强大的逻辑判断、数据计算和处理、信息传输 等能力，能进行各种复杂的运算，可以实现不同于一般线 性调节的控制规律，达到模拟控制系统难以实现的控制功 能和效果。计算机控制技术的应用使对象参数辨识、控制 系统的参数自整定和自学习、智能控制、故障诊断等成为 可能，大大提高了运动控制系统的智能化和系统的可靠性。
在工程实际中，对于一些难以求得其精确解析解的问题， 可以通过计算机求得其数值解，这就是计算机数字仿真。 计算机数字仿真具有成本低，结构灵活，结果直观，便于 贮存和进行数据分析等优点。计算机辅助设计(CAD)是在 数字仿真的基础上发展起来的，在系统数学模型基础上进 行仿真，按给定指标寻优进行计算机辅助设计，已成为运
运动控制系统简介及简单应用
天津职业技术师范大学
.
1
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。