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运动控制系统的概念：电力拖动控制系统也可以称为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冒为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统电力拖动控制系统的组成：主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置【电力电子变流技术】和电动机控制器按照给定值和实际运行的反馈值之差、调节控制量；功率驱动装置【电力电子变流技术】一方面按控制量的大小将电网中的电能作用于电动机上，调节电动机的转矩大小；另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换成电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动生产机械运转第1章 闭环控制的直流调速系统1.1 直流调速系统用的可控直流电源旋转变流机组 G-M系统：调节G的励磁电流if即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n1.1.2 静止式可控整流器 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统）：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1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器 直流斩波器-电动机系统：平均电压为可逆直流脉宽调速系统：1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题1.2.1 触发脉冲相位控制整流电压的平均值：当0<< 时晶闸管装置处于整流状态 当 /2< <时，装置处于有源逆变1.2.2 电流脉动及其波形的连续与断续当V-M系统主电路有足够大的电感量，而且电动机的负载也足够大时，整流电流便具有连续的脉动波形。

当电感量较小或负载较轻时，电流波形断续1.2.3 抑制电流脉动的措施抑制电流脉动的措施：1）增加整流电路相数，或采用多重化技术2）设置平波电抗器平波电抗器的电感量计算：单相桥式全控整流电路三相半波整流电路 三相桥式整流电路1.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性1.2.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数纯滞后环节： 近似一阶惯性环节：1.3 直流脉宽调速系统的主要问题PWM系统的优点：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高1.3.1 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形1. 简单的不可逆PWM变换器 平均电压为： 有制动的不可逆PWM变换器电路 一般电动状态:id为正值 ，VT1和VD2交替导通。

在制动状态中:id为负值，VT2和VD1轮流导通轻载电动状态：VD1 VT1 VD2 VT22. 桥式可逆PWM变换器 其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种 输出平均电压 >时为正，电机正转；当时为负，电机反转；当时=0，电机停止双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通 不足之处：开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故 1.3.2直流脉宽调速系统的机械特性1.3.3 PWM控制与变换器的数学模型：近似看成是一个一阶惯性环节1.3.4 电能回馈与泵升电压的限制 限流电阻 滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用 则 1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.4.1 转速控制的要求和调速指标控制要求：（1）调速：在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速：以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速：频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

调速范围和静差率称调速系统的稳态性能指标1. 调速范围：2. 静差率： 式中= 和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定性就越高3. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系： 1.4.2 开环调速系统及其存在的问题：静差率，调速范围不能满足要求1.4.3 闭环调速系统的组成及其静特性组成：与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压Un ，经过放大器 A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速n转速降落正是由负载引起的转速偏差，闭环调速系统能够大大减小转速偏差静特性方程：闭环系统的开环放大系数K为闭环系统的稳态结构框图1.4.4 开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系开环机械特性为：（1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器1.4.5 反馈控制规律（1） 只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。

2） 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动, 服从给定 扰动有：负载变化的扰动（使Id变化）；交流电源电压波动的扰动（使Ks变化）； 电动机励磁的变化的扰动（造成Ce 变化 ）；放大器输出电压漂移的扰动（使Kp变化）； 温升引起主电路电阻增大的扰动（使R变化）；检测误差的扰动（使变化） 能够有效地抑制一切被负反馈环包围的前向通道上的扰动作用，但完全服从给定作用3） 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度1.4.6 限流保护—电流截止负反馈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这种方法叫做电流截止负反馈作用是解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值 1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.5.1 反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型 带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统 1.5.2 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件 其中：1.5.3 动态校正—PI调节器的设计比例微分PD： PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响。

比例积分PI： PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的比例积分微分PID： PID调节器构成的滞后-超前校正则具有两种的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些 第2章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性起动时，只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套（或称串级）联接把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，这就形成了转速、电流双闭环调速系统2.1.2 稳态结构图和静特性两种状态：饱和—输出达到限幅值，当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当于使该调节环开环 不饱和——输出未达到限幅值1、 转速调节器不饱和：静特性的CA段，是一条水平的特性2、 转速调节器饱和：AB段，是一条垂直的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。

当负载电流达到Idm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算ASR的输出电压：ACR的输出电压： 2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析2.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型2.2.2 起动过程分析第I阶段电流上升的阶段（0-t1）：Id

2、抗电网电压扰动：单闭环系统抑制电网电压扰动的性能要差一点2.2.4 转速和电流两个调节器的作用 1. 转速调节器的作用:（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差2）对负载变化起抗扰作用3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流2. 电流调节器的作用:（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用一旦故障消失，系统立即自动恢复正常这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的 2.3 调节器的工程设计方法设计方法的原则：（1）概念清楚、易懂；（2）计算公式简明、好记；（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统2.3.1 工程设计方法的基本思路1.选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。

2.设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求2.3.2 典型系统1. 典型I型系统 参数满足2. 典型Ⅱ型系统 参数满足2.3.3 控制系统的动态性能指标。