《运动控制系统》复习指南.doc

第一章 绪论1、运动控制系统的组成：电动机（控制对象） 、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成2、直流电动机的稳态转速表达式：n=(U-IR)/(K eФ)由此可以得出三种直流电动机的调速方法：A. 调节电枢供电电压 U：PWM 斩控、移相相控B. 减弱励磁磁通 Ф：弱磁控制C. 改变电枢回路电阻 R第二章 转速反馈控制的直流调速系统1、抑制电流脉动的措施：A．增加整流电路相数，或采用多重化技术B．设置电感量足够大的平波电抗器平波电抗器的电感量按低速轻载时保证电流连续的条件选择：L=XU 2/Idmin(X 的取值有三相桥式整流 0.693、三相半波整流 1.46、单相桥式全控整流 2.87)，一般取Idmin=5%~10%IN2、晶闸管触发和整流装置的放大系数 Ks=ΔUd/ΔUc，当触发电路控制电压 Uc 的调节范围是 0~10V 时，对应的整流电压 Ud 的变化范围是 0~220V 时，取 Ks=223、最大失控时间 Tsmax=1/(mf)；平均失控时间 Ts=Tsmax/24、★晶闸管触发和整流装置的传递函数(近似成一个一阶惯性环节) ：W s(s)≈K s/(1+Tss)Ts 为平均失控时间； Ks 为整流装置的放大系数5、稳态：是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态6、机械特性：平均转速与平均转矩(电流) 的关系7、★PWM 控制器与变换器的传递函数(近似成一个一阶惯性环节) ：W s(s)≈K s/(1+Tss)Ts 为 PWM 装置的延迟时间； Ks 为 PWM 装置的放大系数8、 “泵升电压”：对滤波电容一直充电，造成直流侧电压升高9、调速系统转速控制的 3 大要求：调速、稳速、加减速10、调速系统的 2 大稳态性能指标：调速范围、静差率A． 调速范围 D=nmax/nmin：电动机提供的最高转速与最低转速之比（一般取 nmax=nN）B． 静差率 s=100%Δn N/n0：负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比（★调速系统的静差率应以最低速时所能达到的数值为准，因为额定速降相同，转速越低，静差率越大，如果最低速时的静差率都满足，则高速时必满足）11、 调速范围 D、静差率 s、额定速降 Δn N 的关系：D=n Ns/[Δn N(1-s)] s=DΔn N/(nN+DΔn N)12、 转速反馈控制的直流调速系统的数学模型：A．静特性：闭环系统电动机转速与负载电流 (转矩)之间的关系转速负反馈闭环直流调速系统静特性方程：n=K pKsUn*/[Ce(1+K)]-RId/[Ce(1+K)]Kp Ks 1/CeαB．动态特性：动态过程是线性微分方程的解，解由两部分组成——动态响应、稳态解闭环传递函数：W cl(s)=(KpKs/Ce)/[(Tss+1)(TmTls2+Tms+1)+KpKsα/Ce]Kp Ks/(Tss+1) 1/[Ce(TmTls2+Tms+1)]αR(Tls+1)13、闭环静特性与开环系统机械特性比较：1，闭环系统的机械特性要硬得多；2，闭环系统的静差率要小得多；3，如果静差率一定，闭环系统大大地提高了调速范围14、反馈控制的 3 大基本特征：1，比例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15、积分调节器 P 的传递函数（积分环节）：W I(s)=1/(τs) τ 是积分时间常数16、无静差调速：积分控制可以在无静差的情况下保持恒速运行17、P、I 调节器的根本区别：比例调节器 P 的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器 I 的输出则包含了输入偏差量的全部历史18、PI 调节器的传递函数（PI 环节）：W PI(s)=Kp+1/(τs)=(K pτs+1)/( τs)Kp=R1/R0 τ=R 0C1令 τ 1=Kpτ 则有 W PI(s)=Kp(τ 1s+1)/(τ 1s)19、稳态误差：输入量与反馈量的差值，ΔU n(t)= Un*(t)- Un(t)20、 有静差调速系统：0 型系统对于阶跃给定输入稳态有差；无静差调速系统：Ⅰ型系统对于阶跃给定输入稳态无差21、 微机数字控制系统的 2 大特点：信号的离散化、信号的数字化22、香农采样定理：如果模拟信号的最高频率为 fmax，只要按照采样频率 f≥2f max 进行采样，那么取出的样品序列就可以代表模拟信号23、数字测速方法的精度指标：分辨率——当引起记数值增量为 1 时，被测转速由 n1 变为n2，Q=n 2-n1，Q 越小，表明对转速变化检测越敏感，测速精度越高；测速误差率 ——转速实际值与测量值之差 Δn 与实际值 n 之比，δ=100%Δn/n，其值越小，表明准确度越高24、旋转编码器的 3 大数字测速方法：M 法（n=60M 1/(ZTc)，适合于测高速） 、T 法（也称周期法，n=60/(ZT t)=60f0/(ZM2)） ，适合于测低速） 、M/T 法（高低速都有较强的分辨能力）25 数字 PI 调节器的 2 大算法：位置式、增量式第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统26 转速调节器 ASR 的 2 种状态：(要使电流调节器 ACR 不能进入饱和状态) 不饱和（n=U n*/α，I d=Ui*/β） 、饱和（ Id=Idm=Uim*/β，退饱和条件是负载电流减小Idln0，ASR 反向积分）27 双闭环直流调速系统起动过程的 3 大阶段：电流上升、恒流升速、转速调节（ASR 对应 3 阶段——快速入饱和、饱和、退饱和）28 转速调节器 ASR 的作用：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Un*变化，稳态时可减小转速误差，采用 PI 调节器则无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定电动机允许的最大电流29、 电流调节器 ACR 的作用：使电流紧跟给定电压 Ui*变化；对电网电压的波动起及时抗扰的作用；在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程；在电动机过载或堵转时，限制电枢电流的最大值，起到快速的自动保护作用30 控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标（上升时间 tr、超调量 σ、峰值时间tp、调节时间 ts） 、抗扰性能指标（动态降落 ΔC max、恢复时间 tv）31 ★★★调节器工程设计： Ⅰ型电流环工程近似设计（例题 3-1） 、Ⅱ型转速环工程近似设计（例题 3-2）第四章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统33 可逆调速系统：为了实现生产机械快速的减速、停车与正、反向运行等功能，在转速 n和电磁转矩 Te 的坐标系上，四象限运行的功能，可实现正反转的调速系统34 动力润滑：在电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正反向时的静磨擦死区35 直流 PWM 可逆调速系统转速反向的过度过程：36 泵升电压：由于二极管整流器的单相导电性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使得电容两端电压不断地升高37 环流：两组装置同时工作时，会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流的短路电流38 转矩极性鉴别信号 Ui*——采用 Ui*作为逻辑控制环节的一个输入信号；零电流检测信号 Ui0——在 Ui*改变极性后，还需要等到电流真正到零，再发出 Ui0第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统39 基于稳态模型的异步电动机的 2 大调速方法：调压调速（保持电源频率 f1 为额定频率f1N，只改变定子电压 Us 的调速方法，当 Ф m 随 Us 的降低而减小，属于弱磁调速） 、变压变频调速（改变的是异步电动机的同步转速，在极对数 np 一定时，同步转速 n1 随频率 f1 的变化）40 变压变频调速：n 1=60f1/np=60ω 1/(2πn p)A．基频以下调速：f1 下降，Фm 不变，Id 不变，采用恒压频比控制方式，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式B．基频以上调速：f1 上升，保持 USN 不变，Id 不变，转速升高时，磁通减小，允许输出转矩也降低，但输出功率基本不变，属于“近似恒功率调速”方式41 变频器的分类：（按变流方式分）交-直- 交变频器、交 -交变频器42 脉冲宽度调制 PWM 的基本思想：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等，宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替输出电压43 正弦脉冲宽度调制技术的分类：电流跟踪 PWM 控制技术(CFPWM)、电压空间矢量PWM 控制技术(SVPWM)44 正弦波脉宽调制 SPWM：以频率与期望输出电压波相同的正弦波作调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作载波，当调制波与载波相交时，由他们的交点来确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列45 电流跟踪控制技术 CFPWM：他的精度与滞环宽度有关（当环宽 2h 选较大，开关频率低，电流失真较多，谐波分量高；当环宽选得小，电流跟踪性能就好，但开关频率就要增大） ，同时还受开关器件允许开关频率的制约（电流滞环跟踪控制方法精度高，响应快）46 磁链跟踪控制：把逆变器与交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，故又称“电压空间矢量 PWM 控制”47 空间矢量：交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，考虑其所在绕组的空间位置48 磁链幅值 ψ s 等于压频比 us/ω 1，u s 方向与磁链矢量 ψ s 正交，三相合成电压空间矢量与参考点无关49 基本电压空间矢量：一共 8 个，两个无效的空间矢量，六个有效工作矢量50 插入零矢量：π/(3ω 1)=Δt=Δt 1+Δt 0，当零矢量作用时，定子磁链矢量增量为 0，表明定子磁链矢量停留原来的状态不动，零矢量的插入有效的解决了定子磁链矢量幅值与旋转转速的矛盾51 SVPWM 的基本思想：平行四边形合成法则——相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量52 SVPWM 的实现方法：零矢量集中的实现方法、零矢量分散的实现方法A．零矢量集中：按照对称原则，将两个基本电压矢量 u1、u2 的作用时间 t1、t2 平分为二后，安放在开关周期的首端和末端，把零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并以开关次数最少的原则选择零矢量B．零矢量分散：将零矢量平均分为四份，在开关周期的首尾各放一份，在中间放两份，将两个基本电压矢量 u1、u2 的作用时间 t1、t2 平分为二后，插在零矢量间，按开关损耗最小的原则，首位选 u0，中间选 u7第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统53 异步电动机的动态模型的 4 大组成：磁链方程、转矩方程（代数方程） ；电压方程、运动方程（微分方程）54 ★★★坐标变换的计算：(习题 6-1)A．3/2 变换：三相绕组 ABC 变换到两相绕组 αβ 的变换[1 -1/2 -1/2]C3/2=√ (2/3) [0 √3/2 -√3/2]B．2/3 变换：两相绕组 αβ 变换到三相绕组 ABC 的变换[1 0]C3/2=√ (2/3) [-1/2 √3/2][-1/2 -√3/2]C．2s/2r 变换：从静止两相正交坐标系 α-β，变换到旋转正交坐标系 d-q[cosφ sinφ]C2s/2r=[-sinφ cosφ]D．2r/2s 变换：从旋转正交坐标系 d-q，变换到静止两相正交坐标系 α-β[cosφ -sinφ] C2r/2s=[sinφ cosφ]PS：大题方向——第一道，电流环或转速环设计，83 页例题 3-1，85 页例题 3-2第二道，坐标变换，202 页习题 6-1，6-2。