電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)要點(diǎn)(河科大)WORD

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..第一章 緒論1 電力拖動(dòng)實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能之間的能量變換 。2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，來(lái)改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量。3 功率放大器與變換裝置有電機(jī)型、電磁型、電力電子型（晶閘管 SCR 為半控型）等4 轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問(wèn)題，與 磁鏈控制同樣重要。5 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性 。第一篇 直流調(diào)速系統(tǒng)1 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型。2 直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速公式：n=???????????桅3 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法:1) 調(diào)壓調(diào)速2) 弱磁調(diào)速3) 變電阻調(diào)速第二章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 晶閘管整流器— 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(V-M 系統(tǒng))通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出????直流電壓 ，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。??d2 在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成一個(gè)滯后環(huán)節(jié)（由晶閘管的失控時(shí)間引起） 。3 與 V-M 系統(tǒng)相比，直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：（1 ）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的電力電子器件少；..（2 ）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；（3 ）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；（4 ）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；（5 ）電力電子開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；（6 ）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。4 直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性（電流連續(xù)時(shí)，機(jī)械特性曲線相平行）1） 穩(wěn)態(tài)：電動(dòng)機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)；2） 機(jī)械特性：平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。5 調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求（1 ） 調(diào)速—在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2 ） 穩(wěn)速—以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3 ） 加、減速 —頻繁起動(dòng)、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起動(dòng)、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。6 調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D 表示，即??=????????????????靜差率： 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 ，與理想空載轉(zhuǎn)速 之比，稱作靜差率 s，即??0??=螖 ??????07 調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍，即滿足如下公式：8 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為：..n=????????C?? ?I????????螖 ????=I????????9 調(diào)速范圍和靜差率是一對(duì)相互制約的性能指標(biāo)，如果既要提高轉(zhuǎn)速范圍，又要降低靜差率，唯一的辦法是減少負(fù)載所引起的轉(zhuǎn)速降落 (直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)決定) 。所以采用反螖 ????饋控制技術(shù)，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制系統(tǒng)（轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)） 。10 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。 11 比例控制的直流（閉環(huán)）調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。12 比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。13 反饋控制系統(tǒng)的作用是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動(dòng)作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對(duì)給定信號(hào)的任何變化都是惟命是從的。（抵抗擾動(dòng)，服從給定） 抗擾性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。14 在滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求的情況下，減小穩(wěn)態(tài)誤差。15 現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是用數(shù)字給定與數(shù)字測(cè)速來(lái)提高調(diào)速系統(tǒng)的精度。16 比例控制規(guī)律與積分控制規(guī)律的根本區(qū)別：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的 現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。17 采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。18 PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成；比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。19 穩(wěn)態(tài)誤差是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的指標(biāo)，它根據(jù)對(duì)典型信號(hào)的控制誤差來(lái)表征系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度和抑制干擾的能力。20 0 型系統(tǒng)（比例控制）對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差，被稱作有靜差調(diào)速系統(tǒng)；1 型系統(tǒng)（積分控制，比例積分控制）對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)無(wú)差，被稱作無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。21 由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與擾動(dòng)加入點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。對(duì)于比例控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳遞函數(shù)無(wú)積分環(huán)節(jié)，故存在擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱作有靜差調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于積分控制或比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳遞函數(shù)具有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差為 0，稱作無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 。..第三章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 從閉環(huán)結(jié)構(gòu)看，電流環(huán)（電流負(fù)反饋）在里面，被稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)（轉(zhuǎn)速負(fù)反饋）在外邊，被稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（雙閉環(huán)系統(tǒng)） 。2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)：（1 ） 飽和非線性控制根據(jù) ASR 的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng) ASR 飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR 不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。（2 ） 轉(zhuǎn)速超調(diào)由于 ASR 采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 △U n 為負(fù)值，才能使 ASR 退出飽和。這樣，采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。（3 ） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制起動(dòng)過(guò)程中的主要階段是第 II 階段的恒流升速， 它的特征是電流保持恒定。 一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。3 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)： 常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間 ；超調(diào)量 ；調(diào)節(jié)時(shí)間???? ????抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有動(dòng)態(tài)降落 ；螖 ????????恢復(fù)時(shí)間 ??v一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。4 典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好 。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán) ”。第四章 可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有下列優(yōu)點(diǎn)：①電流一定連續(xù)；②可使電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行；③電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；..④低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大⑤低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖任較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。2 當(dāng)可逆系統(tǒng)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，直流 PWM 功率變換器把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到直流側(cè)，但由于二極管整流器的單向?qū)щ娦裕娔懿豢赡芡ㄟ^(guò)整流器送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電，使電容兩端電壓升高，稱作泵升電壓。第二篇 交流調(diào)速系統(tǒng)交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。應(yīng)用領(lǐng)域：一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速；高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)；特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。第五章 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的等效電路 和機(jī)械特性穩(wěn)態(tài)等效電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性；機(jī)械特性表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。2 所謂調(diào)速，就是 人為地改變機(jī)械特性的參數(shù)（電動(dòng)機(jī)參數(shù)、電源電壓 和電源頻率 ） ，Us ??1使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)偏離固有特性，工作在人機(jī)械特性上，以達(dá)到調(diào)速的目的。3 異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)之處為：靜特性左右兩邊都有極限，它們是額定電壓 下的機(jī)械特性和最小輸出電壓 下的機(jī)械特性。當(dāng)負(fù)載變UsN Umin化時(shí)，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開(kāi)環(huán)特性變化。4 經(jīng)典的 SPWM 控制主要著眼于變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而電流跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進(jìn)了一步。把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制” ；磁鏈軌跡的控制是通過(guò)交替使用不同的電壓空間矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量 PWM（ SVPWM） ”。5 所謂“通用” ，包含兩方面的含義：一是可以和通用的籠型異步電動(dòng)機(jī)配套使用；二是具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載，如風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)載。6 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)共有兩個(gè)轉(zhuǎn)速反饋控制，其中轉(zhuǎn)速外環(huán)為負(fù)反饋，內(nèi)環(huán)為正反饋。由于正反饋是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，必須設(shè)置轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。第六章 基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量 的性質(zhì)..異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型是由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成，其中磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程，電壓方程和運(yùn)動(dòng)方程為微分方程。2 三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對(duì)稱繞組等效替代，等效的原則是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。三相繞組 A、B 、C 和兩相繞組 之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱 3/2 變換。從靜止兩相正交坐標(biāo)系 到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系 的變換，稱作靜止兩相—旋轉(zhuǎn)正交變換，dq簡(jiǎn)稱 2s/2r 變換，其中 s 表示靜止，r 表示旋轉(zhuǎn)，變換的原則同樣是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。3 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想：通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型。仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（Vector Control 簡(jiǎn)稱 VC）系統(tǒng)或按轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制（Flux Orientation Control 簡(jiǎn)稱 FOC）系統(tǒng)。4 常用的轉(zhuǎn)矩控制方式有兩種：轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出增加除法環(huán)節(jié)。5 .矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： （1 ）按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制。（2 ）轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對(duì)象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用磁鏈閉環(huán)控制，也可以采用開(kāi)環(huán)控制。 （3 ） 采用連續(xù)的 PI 控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可以有效的限制起，制動(dòng)電流。矢量控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題： （1 ） 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算精度受易于變化的轉(zhuǎn)子電阻的影響，轉(zhuǎn)子磁鏈的角度精度影響定向的準(zhǔn)確性。 （2 ） 需要進(jìn)行矢量變換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)算量大。6 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1　轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器結(jié)構(gòu)。2　選擇定子磁鏈作為被控量，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了系統(tǒng)的性能。3　由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)也是有限的。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的問(wèn)題：1　由于采用雙位式控制，實(shí)際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動(dòng)。..2　由于磁鏈計(jì)算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會(huì)影響磁鏈計(jì)算的準(zhǔn)確度。