运动控制系统补充复习资料
运动控制系统补充复习资料（前言：这是根据教学大纲整理出来的考核重点，以下内容要求能够理解并掌握，对于例 2-1至例2-5应重点理解其解题的方法与步骤，相关公式要熟记，各知识点，要求理解，最 好每天能看一遍，不一定要死记硬背。此复习资料与之前发的模拟试题并不矛盾，模拟试题 重点要复习自编ON:01-ON:03，最先发的第一套题作为辅助复习资料。请同学们一定要认真 看清楚。要求配合模拟试题进行复习。）一、第一章绪论（复习要点）（一）运动控制系统及其组成（识记）1. 运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器组成。（1）电动机：是系统的控制对象（2）功率放大与变换装置：有电机型、电磁型、电力电子型（3）控制器：模拟控制器、数字控制器模拟控制器：所有运算能在同一时刻进行，滞后时间小微处理器：在任一时刻只能执行一条指令，其滞后时间比较大（4）传感器：电压、电流传感器的输出信号多为连续的模拟量转速和位置传感器的输出信号，可以是模拟量，也可以是数字量（二）运动控制系统的与发展（识记）1. 直流电动机数学模型简单，转矩易于控制2. 交流电动机具有结构简单，但其动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质。3. 早期交流调速系统的控制方法是基于交流电动机稳态数学模型的，其动态性能无法与直 流调速系统相比。4. 矢量控制系统：1980年德国W.Leonharcl教授等用微机实现矢量控制系统的数字化。经 过不断改进和完善，形成现代通用的高性能矢量控制系统。5. 直接转矩控制：1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授提出直接转矩控制系统。（三）运动控制系统的转矩控制规律（领会）1. 运动控制系统的基本运动方程式d &Jm = T - T - D ® - K 02. 忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，可简化为：d &J m = T - T3. 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是控制速度和 位移。4. 运动方程的实用形式GD 2 dn 槌 1； = I系统旋转运动的三种状态（1）静止或恒转速状态,、dnT = T 匚,或= 0(2) 加速状态,、dnT > T ,或> 0(3) 减速状态dnT < T l ,或言 < 0 竺己匝或T - T 称为动负载转矩，Tl称为静负载转矩。375 dt e l（四）生产机械的负载转矩特性（识记）1. 恒转矩负载特性（要求掌握什么是恒转矩负载，恒转矩负载特性如何画）2. 恒功率负载特性（要求掌握什么是恒功率负载，恒功率负载特性如何画）3. 风机、泵类负载特性（要求掌握什么是风机、泵类负载，风机、泵类负载特性如何画） 第2章 转速反馈控制的直流调速系统（复习要点）2.1V-M系统和PWM控制器的传递函数W （s）q（P15，公式 2-14）l2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性1. 对调速系统转速控制的要求：调速、稳速、加减速2. 稳态性能指标：调速范围和静差率A nA n静差率：s = n =（计算公式：P21-22） n n An 0 minmin n最低转速：nmin调速范围：D =Anmax- AnAnminmin3. 例2-1求调速范围和静差率。（要求掌握解题的方法与步骤）4. 开环调速系统的结构图P23图2-15稳态关系：UPE U d = K U直流电动机：n = d dCe5. 开环调速系统的机械特性n = ULdR = KX - IZCC Ceee特性曲线见P24图2-17，开环调速系统的稳态结构图，见P24图2-166. 例2-2求：（1）用机械特性公式求额定速降；（2）判断采用开环调速系统是否满足要求 （求出静差率，然后与标准的静差率比较）；（3）额定速降（例用静差率的公式求解） （要求掌握解题的方法与步骤）2.3转速反馈控制系统的直流调速系统2.3.1转速反馈控制系统的数学模型1. 提高调速范围，减小静差率的途径采用转速反馈控制技术，因为电动机的额定速降大的原因是电动机本身固有，无法改变。2. 转速反馈控制直流调速系统静特性（1）转速反馈控制直流调速系统：被调量是转速n，给定量是给定电压U*n（2）闭环调速系统与开环调速系统的区别：在于转速n经过测量元件反馈到输入端参与控 制。（3）各环节的稳态关系：UPE： U = K U直流电动机：n =七广yCe电压比较环节：A U = U * - U比例调节器：U = K A U测速反馈：U = a n（要求：根据上述稳态关系，画出思转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图，见图2-19, 或根据稳态结构图写出稳态关系式。见P25-26）（4）闭环系统静特性方程（P2-32）K K U * RlK K an = N x K = p$C V1 + K ） C V1 + K ）C3. 动态数学模型（1）他励直流电动机在额定励磁下的等效电路见P27图2-20根据上述等效电路列出以下方程：第一，假定主电路电流连续，动态电压方程为 Ud = RId + L% + E （P27公式2-34）第二，电动机轴上的动力学方程为T T =竺己dn（P27公式2-35）e L 375 dt（2）电压与电流间传递函数及动态结构1/RT s + 1见P28公式2-40i （$）传递函数亳）e 6）=do动态结构图见P28图2-21a（3）电流与电动势的传递函数及动态结构见P28公式2-41传递函数&）、=土动态结构图，见P28图2-21b直流电动机动态结构图，见见P28图2-21c（4）转速反馈控制系统直流调速系统的动态结构图见P29图2-23 2.3.2比例控制的直流调速系统1. 开环调速系统的机械特性见 P29 式 2-46U - I R K K U * RIn = 如 d = s n d = n nCCC0 opop2. 闭环时系统的静特性£ An，见 P29 式 2-47K K U * RI n = ps n /_d = nC V1 + K ) C V1 + K )脸3. 开环机械特性与闭环静特性的比较（1）闭环比开环的机械特性硬得多（2）如果s 一定，则闭环调速范围大大提高4. 判断系统的稳态性能指标例2-3 （要求掌握解题的方法与步骤）当满足一定的调速范围和静差率的条件下，采用比例闭环调速系统，求KP，根据计算 结果作出判断，判断所用的公式：KK > p K a / C5. 反馈控制规律有三个基本特征：（1）比较控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定（3）系统精度依赖于给定和反馈检测的精度6. 判断系统的动态稳定性（1）系统稳定的必要条件T（T + T ）+ T 2TT等式的右边称做系统的临界放大系数Kp，当K大于或等于临界放大系统时，系统将不稳定。（2）例 2-4求：判断系统的稳定性。（要求掌握解题的方法与步骤）（3）例 2-5求：第一，给定D和S，判断系统是否稳定第二，如果静差率不变，在保证稳定时，系统能够达到的最大调速范围（要求掌握解题的方法与步骤）2.3.3比例积分控制的无静差直流调速系统1. 积分调节器的传递函数W （s）= ，（P34 式 2-54）1T S2. 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速3. 比例调节器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的量的 全部历史。4. 比例积分控制传递函数：W （s）= K X iS + 1，其中t = K t （P36 式 2-57）PIP T S1 p比例积分调节器的线路图（P36图2-28）5. 比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。2-42-4-1微机数字控制的特殊问题1. 微机控制的调速系统是一个数字采样系统2. 模拟信号变为数字信号要经过两个过程：离散化和数字化3. 香农采样定理：f > 2 fmax2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护1. 转速反馈控制直流调速系统突加给定电压是地，由于惯性作用，转速不可能立即建立起 来，反馈电压为零，会造成电动机过电流。、2. 解决转速反馈闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢 电流的环节，因此，要引电流负反馈。3. 这种负反馈只能在起动或堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，所以称为电流截 止负反馈。第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统（复习要点）3.1.1转速、电流反馈控制系统直流调速系统的组成1. 什么是时间最优的理想过渡过程起动（或制动）时，希望保持电流为允许的最大值达到稳态转速时，电流立即降下来，使电磁转矩和负载转矩相平衡。2. 采用电流负反馈能够获得近似的恒流过程3. 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器，一般都采用PI调节器3.1.2稳态结构图与参数计算1. 双闭环直流调速系统的稳态结构图与参数计算（要求掌握稳态结构与参数计算的对应关系，见P61-62）2. 双闭环直流调速系统的静特性如图3-4所示。双闭环直流调速系统的静特性，在负载电流小于Idm时表现为转速无静差， 这时转速负反馈起主要调节作用，如3-4图的AB段水平特性。当负载电流达到Idm时，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差。如3-4图的BC 段垂直特性。3.2.2转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析1. 转速调节器作用（见P65）2. 电流调节器作用（见P65）3.3.1控制系统的动态性能指标1. 跟随性能指标（1）上升时间（2）超调量与峰值时间（3）调节时间（要求：理解其基本定义）2. 抗扰性能指标（1）动态降落（2）恢复时间（要求：理解其基本定义）3.3.2调节器的工程设计方法这是本章重点内容，要求理解并掌握例题3-1和例题3-2的解是方法与步骤，并且掌握模拟 试题自编NO： 01至NO： 02套题中：电流调节器的设计、转速调节器的设计方法与步骤。
