3.19直播课，3.16请提前自主学习以下重点（看慕课和教材）
1、双闭环的参数计算，典型题教材P100习题4-1 4-2 4-3（下周习题课会讲解下）
会解释：
（1）双闭环中，ACR和ASR分别起什么作用？
（2）启动过程电流波形和转速波形有何特点？
2、双闭环直流调速系统的动态结构框图（教材上找一找）传递函数形式
了解双闭环和单闭环动态抗扰性能有何不同？
3、双闭环工程设计方法的基本思路（两步走：先选结构再定参数、先内环再外环）（1）选结构，保证动态稳定性和稳态精度，抓主要矛盾；
（2）再定参数（查表）进一步考虑其他动态性能指标
PS：其中涉及到大量的自控理论内容（如典型I型典型II型稳定性判定方法和各类动态特性指标），工程设计方法实际上是寻求一个折中的方案，依据与典型系统的关系(查公式、图表)来解决。
4、转速检测的数字化手段（运用光电码盘、霍尔传感器等）
实际应用中，单片机或者PLC根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：
（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；
（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；
（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T 法测速。其中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率。
重点掌握M法测速
要求会解释：为什么M法适合测量高速？（可看课件上的公式）
M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差（客观存在）。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。
掌握分辨率、测速最大误差率以及M法测速公式（自行整理），会做教材P111习题5-1
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。课上老师简单介绍了运动控制及其相关学科的关系，随着其他相关学科的不断发展，运动控制系统也在不断发展，不断提高系统的安全性，可靠性，在课上跟随老师的思路，使我对运动控制系统有了更深刻的理解。 运动控制系统也叫做电力拖动控制系统。运动控制系统的任务是通过对电动机电压，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。在前期课程控制理论、计算机技术、数据处理、电力电子等课程的基础上，学习以电动机为被控对象的控制系统，培养学生的系统观念、 运动控制系统的基本理论和方法、初步的工程设计能力和研发同类系统的能力。 课堂上老师全面、系统、深入地介绍了运动控制系统的基本控制原理、系统组成和结构特点、分析和设计方法。 运动控制内容主要包括直流调速、交流调速和伺服系统三部分。 直流调速部分主要介绍单闭环、双闭环直流调速系统和以全控型功率器件为主的直流脉宽调速系统等内容；交流调速部分主要包括基于异步电动机稳态模型的调速系统、基于异步电动机动态模型的高性能调速系统以及串级调速系统；随动系统部分介绍直、交流随动系统的性能分析与动态校正等内容。此外，书中还介绍了近几年发展起来的多电平逆变技术和数字控制技术等内容。《运动控制系统》既注重理论基础，又注重工程应用，体现了理论性与实用性相统一的特点。书中结合大量的工程实例，给出了其仿真分析、图形或实验数据，具有形象直观、简明易懂的特点。 第一部分中主要介绍直流调速系统，调节直流电动机的转速有三种方法：改变电枢回路电阻调速阀，减弱磁通调速法，调节电枢电压调速法。 变压调速是是直流调速系统的主要方法，系统的硬件结构至少包含了两部分：能够调节直流电动机电枢电压的直流电源和产生被调节转速的直流电动机。随着电力电子技术的发展，可控直流电源主要有两大类，一类是相控整流器，它把交流电源直接转换成可控直流电源；另一类是直流脉宽变换器，它先把交流电整流成不可控的直流电，然后用PWM 方式调节输出直流电压。本章说明了两类直流电源的特性和数学模型。当用可控直流电源和直流电动机组成一个直流调速系统时，它们所表现车来的性能指标和人们
3.19直播课，3.16请提前自主学习以下重点（看慕课和教材） 1、双闭环的参数计算，典型题教材P100习题4-1 4-2 4-3（下周习题课会讲解下） 会解释： （1）双闭环中，ACR和ASR分别起什么作用？ （2）启动过程电流波形和转速波形有何特点？ 2、双闭环直流调速系统的动态结构框图（教材上找一找）传递函数形式 了解双闭环和单闭环动态抗扰性能有何不同？ 3、双闭环工程设计方法的基本思路（两步走：先选结构再定参数、先内环再外环）（1）选结构，保证动态稳定性和稳态精度，抓主要矛盾； （2）再定参数（查表）进一步考虑其他动态性能指标
PS：其中涉及到大量的自控理论内容（如典型I型典型II型稳定性判定方法和各类动态特性指标），工程设计方法实际上是寻求一个折中的方案，依据与典型系统的关系(查公式、图表)来解决。 4、转速检测的数字化手段（运用光电码盘、霍尔传感器等） 实际应用中，单片机或者PLC根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种： （1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速； （2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速； （3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T 法测速。其中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率。 重点掌握M法测速 要求会解释：为什么M法适合测量高速？（可看课件上的公式） M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差（客观存在）。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。 掌握分辨率、测速最大误差率以及M法测速公式（自行整理），会做教材P111习题5-1
1、计算机控制系统的基本框图，并说明各部分的工作。 2、计算机控制系统的典型形式有哪些？说明其优缺点。 ①操作指导控制系统 优缺点：结构简单，控制灵活安全，特别适用于未摸清控制规律的系统，常常被用于计算机控制系统研制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的程序等，由于最终需要人工操作，故不适用于快速过程的控制。 ②直接数字控制系统 优缺点：DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的PID调节，而且不需要改变硬件，只需要通过改变程序就能实现多种较复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。 ③监督计算机控制系统 优缺点：SCC能进行最优控制、自适应控制等，并能完成某些管理工作。SCC 出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。 ④分级计算机控制系统 优缺点：功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能进行控制又能实现管理。 3、计算机监督系统SCC中，SCC计算机的作用？ 在SCC系统中计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。 4、DDC系统的最大优点是什么？ DDC最大的优点是从参数的采集、传输到控制等各个环节采用数字控制功能来实现。 5、计算机与外部的通信方式分为哪两种，区别是什么？各自的特点？
并行通信和串行通信 并行通信，传送速度快、信息率高。并且，通常只要提供二条控制和状态先，称为握手信号线，就能完成CPU 和接口设备之间的协调、应答，实现异步传输。不适合长距离、多数位的传送。 串行通信，数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接受。 6、串行通信从数据传输方向来分，分为哪两种？说明各自的特点？ 全双工和半双工方式 全双工，有二根数据线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接受数据。传输效率高 半双工，串行接口和外围设备间除公共地线外，只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送。信息传输效率低些。 7、串行通信从数据格式来分，分为哪两种？说明各自的特点？ 同步通信和异步通信 同步通信，将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个地传输（在没有信息要传输时，要填上空字符） 异步通信，每个字符在传输时，由一个“1”跳变到“0”的起始位开始，其后是5到8个信息位(也称字符位)，信息位由低到高排列，即第一位为字符的最低位，最后一位为字符的最高位。其后是克选择的奇偶校验位，最后为“1”的停 止位，停止位为1位，2 11位或者2位。如果传输完一个字符位后立即传输下一个字符，那么后一个字符的起始位就紧挨着前一个字符的停止位了。字符传输前，输出线为“1”状态，称为标识态，传输一开始，输出线状态由“1”变为“0”状态，作为起始位。传输完一个字符之后的间隔时间输出线又进入标识态。 8、I/O 信号的种类。 数据信息、状态信息、和控制信息类 9、设置I/O 接口电路的必要性 ①解决主机CPU 和外围设备之间的时序配合和通信联络问题
11级电气工程与自动化专业《运动控制系统》基本要求（2014-05-23） 第一章 绪论 了解本课程的研究内容。 第二章 （转速单）闭环控制的直流调速系统 1、 了解V （SCR ）--M 、PWM--M 两种主电路方案及其特点（2.1节、P16、P97--98、笔记）； 2、 他励（或永磁）直流电动机三种数学模型及转换，解耦模型中I do ~U d 环节的处理（P27--28、笔记）； 3、 稳态性能指标中D 、S 间关系及适用范围（2.2.1节、P29--30、笔记）； 4、 转速单闭环直流调速系统组成原理、特点及适用范围（P2 5、笔记）； 5、 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统的组成原理、特点（笔记、2.5.2节）。 第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 1、 双闭环直流调速系统的组成原理（主要指：V —M 不可逆调速系统、PWM-M 调速系统）、特点，符合实际的系统数学模型，静（稳）态参数的整定及计算（P60、P59--6 2、笔记）； 2、 ASR 、ACR 的作用（P65）； 3、 典1、典2系统的特点、适用范围、参数整定依据（3.3.2节、笔记）； 4、 基于工程设计法的ASR 、ACR 调节器参数整定方法（P77--78、3.3.3节、例3-1、3-2、笔记）； 5、 理解ASR 退饱和时的（阶跃响应）转速超调量等时域指标算式（P86--88、笔记）； 6、 系统分别在正常恒流动态、稳态阶段，及机械堵转故障、转速反馈断开故障下的（新稳态）物理量计算； 7、 M 、T 、M/T 三种数字测速方法及特点（2.4.2节、笔记）； 8、 了解了解M/T 数字测速的技术实现方法、系统控制器的技术实现方法（P82-85、笔记）。 第四章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 1、 PWM--M 可逆直流调速系统组成原理及特点（4.1节，笔记） 2、 V （SCR ）--M 可逆主电路中的环流概念、类型、特点（P103--104、笔记）； 3、 常用的晶闸管－直流电动机可逆调速系统组成原理及特点（4.2.2节，图4-1 4、图4-1 5、4.2.3节）。 第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 1、 异步电动机定子调压调速的机械特性簇与特点，转速闭环调压调速系统组成原理及适用范围（5.1--5.2节）； 2、 软起动器的作用及适用条件（5.2.4节）； 3、 异步电动机变压变频调速的基本协调控制关系（一点两段）及其依据（5.3.1节）； 4、 异步电动机四种协调控制的特点，各自的机械特性簇、特点及比较（5.3.2节--5.3.3节、笔记）； 5、 SPWM 、CFPWM 、SVPWM 变频调速器组成原理与特点，及其中各环节的作用（5.4节）； 6、 了解基于转差频率控制的转速闭环变频变压调速系统的基本原理（5.6节）。 第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统 1、 交流电动机坐标变换的作用，矢量控制（VC ）的基本思想、特点（6.6、6.7、笔记）； 2、 异步电动机VC 系统的一般组成原理（图6-20）； 3、 了解各种具体的VC 系统组成方案，理解转子磁链直接与间接定向控制的区别（6.6. 4、6.6.6节、笔记）； 4、 异步电动机直接转矩控制（DTC ）系统的基本原理及特点（6.7.3节），DTC 与VC 的比较（6.8节）。 第七章 绕线转子异步电动机双馈调速系统 1、 绕线转子异步电动机次同步串级调速主电路及其工作原理，()S f β=公式及特点（7.2.1节、笔记）； 2、 绕线转子异步电动机双闭环次同步串级调速系统组成原理；起动、停车操作步骤；（7.5、7.6、7.4.3节、笔记）。 第八章 同步电动机变压变频调速系统 1、 正弦波永磁同步电动机（PMSM ）矢量控制系统组成原理，0sd i =时的转矩公式（8.4.3节）； 2、 具有位置、速度闭环的正弦波永磁同步电动机（伺服）矢量控制系统组成原理（图8-26、27扩展、笔记）。 第九章 伺服系统 1、 位置伺服系统的典型结构（开环、半闭环、闭环、混合闭环）及特点（笔记、9.1.2）； 2、 位置伺服系统的三种运行方式、位置伺服系统的三种方案；（笔记、9.3.2--9.3.4） 3、 数字伺服系统中电子齿轮的作用（笔记）； 4、 数字式位置、速度伺服系统的指令形式（笔记）。 *** 考试须知---要点提示： （1）无证件者不能考试；（2）未交卷者中途不得离场；（3）严禁带手机到座位，操作手机者按作弊论处。 附：答疑地点（2-216）、时间：（1）2014-6-6，13:00--15:00；（2）2014-6-7，8:00--11:00，13:00--15:00。
运动控制系统实验报告 专业班级 学号 姓名 学院名称 运动控制仿真实验报告 一、实验内容与要求 1.单闭环转速负反馈 2.转速电流双闭环负反馈
3.晶闸管相控整流双闭环直流调速系统仿真模型搭建 具体要求：针对1 2 （1）仿真各环节参数 （2）仿真模型的建立 （3）仿真结果，分为空载还是负载，有无扰动 （4）仿真结果分析 二、Simulink 环境下的仿真 1.单闭环转速负反馈 1.1转速负反馈闭环调速系统仿真各环节参数 直流电动机：额定电压N U =220V ，额定电流dN I =55A ，额定N n =1000r/min ，电动机电动 势系数e C =0.192V ·min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数s K =44，滞后时间常数 s T =0.00167s 。 电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常l T =0.00167s ，电力拖动统机电时间 常数m T =0.075s 。 转速反馈系数α=0.01V ·min/r 。 对应额定转速是的给定电压 n U =10V 。
1.2仿真模型的建立 图1-1单闭环转速负反馈直流调速系统的仿真模型 PI 调节器的值定为 =0.56， = 11.43。 图1-2单闭环转速负反馈直流调速系统加入扰动负载时的仿真模型 1.3仿真结果 p K 1
图1-3空载启动不加扰动转速和电流波形 图1-4空载启动加负载扰动转速和电流波形 1.4仿真结果分析 （1）空载启动无扰动：由空载启动不加扰动转速和电流波形可知，当 =0.56， = 11.43。系统转速有较大的超调量，但快速性较好的。空载启动电流的最大值有230A 左右，而额定电流 dN I =55A ，远远超过了电动机承受的最大电流。 （1）空载启动加负载扰动：由空载启动加负载扰动转速和电流波形可知，在空载启动1S 后加负载扰动，在1S 到1.5S 时间段，转速和电流有明显的下降，但系统马上进行了调节。 p K 1
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、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。（运动控制系统框图） 2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。 第1章可控直流电源-电动机系统内容提要 相控整流器-电动机调速系统 直流PWM变换器-电动机系统 调速系统性能指标 1相控整流器-电动机调速系统原理 2.晶闸管可控整流器的特点 （1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。 晶闸管可控整流器的不足之处 晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。 在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 3.V-M系统机械特 4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类 （2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 （3）有制动电流通路的不可 逆PWM-直流电动机系统 （4）桥式可逆PWM变换器 （5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点 双极式控制方式的不足之处 （6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 ”。（7）直流PWM调速系统的机械特性 6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式） 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。 D与s的相互约束关系 对系统的调速精度要求越高，即要求s越小，则可达到的D必定越小。 当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。第二章闭环控制的直流调速系统 内容提要 ?转速单闭环直流调速系统 ?转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法 1.异步电动机从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是机械轴上输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差功率。.异步电动机按调速性能分类第一类基于稳态模型，动
精心整理 二、填空题 1.PWM控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。 2．反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。 3.静态环流可以分为直流平均环流和瞬时脉动环流。 4.PWM逆变器根据电源类型不同可以分为电压型和电流型。 5．直流电动机电枢的电流由负载决定。 20．V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器. 21．在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。22．在无静差的直流调速系统中，I部分的作用是__消除稳态误差____。 23．在α=β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是瞬时脉动环流，可用串接环流电抗器抑制。24．调速系统的稳态性能指标有调速范围、静差率。 25．某直流调速系统电动机的额定转速为n =1430r/min，额定速降为115r/min，要求静差率s≤30%， N 则系统允许的最大调速范围为。
26．转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串联联接，其中转速反馈极性为负、电流反馈极性为负。 27．转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、ASR的输出量取决于负载电流。 28．下图为单闭环转速控制系统。 (1)图中V是晶闸管整流器； 是平波电抗器，它的作用是抑制电流脉动和保证最小续流电流； (2)图中L d 37.在两组晶闸管反并联的可逆调速系统中，反转用正组晶闸管实现回馈制动的。 38、交流异步电动机调压调速工作时，其最大转矩随电机电压的降低而降低。 39、恒压频比控制方式是指给异步电动机供电的电压和之频率比为常数。 40、异步电动机变压变频调速控制特性曲线中，基频以下调速称为恒转矩调速，基频以上调速称为恒功率调速。 42、转速、电流双闭环直流调速系统中，对负载变化起抗扰作用的是转速调节器。 43、对于调速系统，最主要的抗扰性能是抗负载扰动和抗电网电压的性能。 44、在调速系统中常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。
目录 一、课程设计系统概述 (1) 1.1课程设计项目参数 (1) 1.2课程设计要求： (1) 1.3课程设计设计任务 (2) 1.4.稳态分析及参数设计计算 (2) 1.4.1静态参数计算 (2) 1.4.2.动态参数计算 (3) 1.4.3稳定性分析 (4) 1.4.4系统校正 (4) 1.4.5.控制结构图 (5) 二、MATLAB仿真设计 (6) 三、总结 (10) 四、参考文献 (10)
一、课程设计系统概述 1.1课程设计项目参数 1)电动机：额定数据为PN=10kW，UN=220v，IN=52A，nN=1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。 2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压U2l=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。 3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。 4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。 5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5% 6)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）I N。（选座） 7)给定电压Un*=15V。 1.2课程设计要求： （1）根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图； （2）对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算； （3）绘制系统的动态结构图； （4）动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计； （5）绘制校正后系统的动态结构图； （6）应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求； （7）加入电流截止负反馈环节；（选做） （8）应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统；
《控制系统设计》 重点 一 1. 频谱概念 傅里叶级数的系数表示了各次谐波的幅值和相位，这些系数的集合成为频谱。 2. 线状谱，连续谱 周期信号对其求傅里叶级数，可得到其频谱，周期信号的频谱是离散的； 非周期信号一般可视为T →∞的周期信号，对其取傅氏变换得到频谱，一般来说，其频谱是连续的。非周期信号可以进行周期延拓，这时它的频谱就是对应周期信号的频谱的包络线，但幅值有可能不同。 3. 典型频谱特性（阶跃谱，常值谱，脉冲谱，余弦谱） 脉冲信号的频谱是一常值A 且包含所有的频率，频谱丰富。 余弦谱若输入为t A 1cos ω，则其线谱为 -1δ处的两个f f ±=函数（脉冲函数） 构成，脉冲函数的面积为2A ，即幅值是2A 。 常值谱在所有的频段上均为零，仅在零频率（直流）上有一个-δ函数。 阶跃谱有一个连续变化的部分和一个-δ函数，-δ函数代表直流分量，其他各次谐波构成以连续谱，连续谱随频率增加很快衰减。（P18） 4. 离散，快速傅里叶变换的区别 ①DFT 为离散傅里叶变换，是用数值计算的方法求信号的频谱。其一般公式为： ()()1 -1,0,/2-1 -0 * N k e n f k F N jnk p N n ?==∑=π 对一段给定的信号，在一个周期内取N 个采样点，求其离散傅里叶变换，再除以N 就可得对应的线谱。 求频谱 ：将其乘上?t就可以得到所求频谱的值 求线谱 ：在一个周期内取N 个采样值，求其离散傅立叶变换，再除以N ②FFT 为快速傅里叶变换，它是为了提高DFT 的计算效率而提出的。对FFT 而言，一般要求时间点数为2的整数次方，即r N 2=。
《运动控制系统》课程设计报告 时间 2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博 __ 学号 41151093 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘 要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
HEFEI UNIVERSITY 自动控制原理课程总结 系别电子信息与电气工程系 专业自动化 班级 09自动化（1）班 姓名 完成时间 2011.12.29
自动控制原理课程总结 前言 自动控制技术已广泛应用于制造、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富了人民的生活水平。在今天的社会中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。本学期我们开了自动控制原理这门专业课，下面主要介绍下我对这门课前五章的认识和总结。 一、控制系统的数学模型 1.传递函数的定义： 在线性定常系统中，当初是条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。 （1）零极点表达式： （2）时间常数表达式： 2.信号流图
（1）信号流图的组成 节点：用来表示变量或信号的点，用符号“○”表示。 支路：连接两节点的定向线段，用符号“→”表示。（2）信号流图与结构图的关系 3.梅逊公式
其中：Δ=1-La+LbLc-LdLeLf+...成为特征试。 Pi：从输入端到输出端第k条前向通路的总传递函数 Δi：在Δ中，将与第i条前向通路相接触的回路所在项除去后所余下的部分，称为余子式。 La：所有单回路的“回路传递函数”之和 LbLc：两两不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和 LdLeL：所有三个互不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和“回路传递函数”指反馈回路的前向通路和反馈通路的传递函数只积并且包含表示反馈极性的正负号。 二、线性系统的时域分 1.ζ、ωn坐标轴上表示如下： （1）闭环主导 极点：
当一个极点距离虚轴较近，且周围没有其他闭环极点和零点，并且该极点的实部的绝对值应比其他极点的实部绝对值小5倍以上。（2）对于任何线性定常连续控制系统由如下的关系： ①系统的输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数； ②系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分，积分常数由初始条件确定。 2.劳斯判据： 设系统特征方程为 : 劳斯判据指出：系统稳定的充要条件是劳斯表中第一列系数都大于零，否则系统不稳定，而且第一列系数符号改变的次数就是系统特征方程中正实部根的个数。 劳斯判据特殊情况的处理 ⑴某行第一列元素为零而该行元素不全为零时——用一个很小的正数ε代替第一列的零元素参与计算，表格计算完成后再令ε→0。 ⑵某行元素全部为零时—利用上一行元素构成辅助方程，对辅助方程求导得到新的方程，用新方程的系数代替该行的零元素继续计算。 3.稳态误差 (1)定义： (2)各种误差系数的定义公式
《运动控制系统》课程教学大纲 大纲执笔人：大纲审核人： 课程编号：0808000555 英文名称：Motion control system 学分：4 总学时：64。其中，讲授54 学时，实验 10 学时，上机 0 学时，实训 0 学时。 适用专业: 自动化 先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、电力电子技术 一、课程性质与教学目的 《运动控制系统》是一门讲授交、直流电动机控制理论和控制规律，以提高电能利用效率及运动控制品质的一门专业主干课程，是自动化专业的一门必修课。其目的是使学生了解并掌握各类交、直流电动机控制系统的基本结构、工作原理和性能指标，着重培养学生对运动控制系统的综合分析能力和工程设计能力，从而掌握现代交、直流电动机的控制理论和系统设计方法，为今后从事专业工作打下扎实的基础。 二、基本要求 本课程秉承理论与实际相结合的理念，应用自动控制理论解决运动控制系统的分析和设计问题，以转矩和磁链（或磁通）控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，论述系统的静、动态性能。通过本课程的学习，要求学生能够了解运动控制系统的定义、结构及其分类，理解运动控制的必要性，掌握单、双闭环直流电动机调速系统、VVVF变频器、交流异步电动机矢量控制系统、正弦波永磁同步电动机调速系统、位置控制系统等的结构与原理、分析与设计方法。 三、重点与难点 1. 课程重点 （1）直流调速系统：以直流电动机为对象组成的运动控制系统，转速单闭环调速系统，转速、电流双闭环控制调速系统的基本组成和控制规律，静态、动态性能分析，直流调速系统的工程设计方法，直流调速系统的数字控制方法。 （2）交流调速系统：异步电动机的稳态模型及基于稳态模型的交流调速系统，异步电动机的动态模型及基于动态模型的高性能交流调速系统，同步电动机变频调速系统。 2、课程难点 （1）双闭环直流调速系统：通过双闭环直流调速系统静、动态模型研究及性能分析，对转速与电流环的典型系统校正，推导PI 控制规律与工程计算方法。 （2）空间电压矢量PWM：从稳态和动态、时域和空间等方面论述矢量、标量、相量的区别与联系，各自的表现形式，基本特征与物理意义。 （3）异步电动机动态数学模型：依据旋转磁场产生原理，论述时间和空间变量的相对关系，讨论静止与旋转（或交变）的关系与转化，理解在各种坐标系下的数学模型。通过计算机数字仿真，分析比较各种物理量在不同坐标系的表现形式和相互间的联系。 （4）矢量控制系统：着重论述按转子磁链定向，定子电流转矩分量和励磁分量的解耦，等效
第一部分 运动控制复习要点（IRON ） 1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。P 2 1)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 3)直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2.电流连续和断续时，V-M 系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。P 9 1）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。 2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。 3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析）。P 23~24 a 、闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多； b 、闭环系统的静差率比开环系统小得多； c 、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调 速范围。 d 、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 4、电流截止负反馈及其作用。P 28 当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。 作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。 5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。 比例调节器：a 、Uc=Kp ΔUn 输出信号与偏差信号成比例；有差调节。b 、能迅速响应控制作用。 积分调节器：a 、输出信号的速度与偏差信号成正比。b 、无静差调速。 比例积分调节器：a 、稳态精度高，动态响应快；b 、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。（控制规律即公式） 7、电压反馈电流补偿的调速系统进行稳态特性和与转速闭环调速系统的主要差别。 a 、结构框图的不同地方在于负反馈信号的取出处不同；P44 b 、电压负反馈的稳态性能比同样放大器的转速负反馈系统要差一些，在电压负反馈的基础上加入电流补偿，可以补偿一部分静差，以提高调速系统的稳态性能，但是不能指望其实现无静差，因为这时系统已经达到稳态的边缘了。 11、调节器工程设计法的思路。P 60 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。 n 0O I d I d1I d3I d2I d4 A B C A ’ D 闭环静特性 开环机械特性 图1-26 闭环系统静特性和开环机械特性的关系 U d4U d3U d2U d1
《运动控制系统》课程设计报告 时间2014.10 _ 学院自动化 _ 专业班级自1103 _ 姓名曹俊博__ 学号 指导教师潘月斗 ___ 成绩 _______
摘要 本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation
1、基本概念及分析 （1）直流调速方法 （2）可控电源的类型 （3）调速系统的稳态性能指标及关系 （4）V-M系统和PWM系统分别适用什么场合？ （5）什么是有静差系统？什么是无静差系统？无静差的系统在稳态时，其调节器的输出是什么情况？ （6）PI调节器中，P的作用是什么？I的作用是什么？ （7）单闭环直流调速系统对哪些扰动能克服？哪些扰动不能克服？ 2、计算 请仔细复习P31：1-9, 1-10，1-12（切记：不要死记硬背，理解计算思路，掌握计算方法，牢记计算公式） 第二章 1、基本概念及分析 （1）双闭环系统较之单闭环系统的优势？ （2）双闭环系统起动能够快速的真正原因？ （3）双闭环系统起动过程中经历哪几个阶段，每个阶段两个调节器的工作状态是什么样的？起动的特点是什么？ （4）双闭环系统在突发状况下会如何调节？（请仔细分析P66:2-5；P67:2-9） 2、设计、计算 （1）请仔细复习P53：例题2-3, PPT中72面的例题。 （2）复习P67:2-7。 （切记：不要死记硬背，理解设计或计算思路，掌握设计或计算方法，牢记计算公式，牢记折中参数）
1、基本概念及分析 （1）可逆的含义？四象限运行时，电机分别是什么运行状态？ （2）V-M可逆系统中的环流是什么电流？如何消除直流平均环流？如何抑制瞬时脉动环流？如何彻底消除环流？ （3）逻辑无环流系统中的DLC起到什么作用？其控制信号是什么信号？DLC 发出切换指令的充分必要条件是什么？DLC由哪几部分组成？ （4）PWM可逆系统，采用H桥双极性PWM 变换器，其驱动信号的特点是什么？电机正转、反转、停转的条件及输出电压波形如何？H桥双极性PWM 变换器控制下的电机停转和普通的电机停转有什么不一样？ 第四章 1、基本概念及分析 （1）异步电机进行变频调速时，为什么要保持磁通不变？ （2）简述恒压频比的控制方式。 （3）保持磁通不变有哪几种实现方式？采用不同方式，当频率降低时，各个关键量如何变化？ （4）交流PWM变换器和直流PWM有什么区别？交流PWM一般有哪些控制方式，这些控制方式的目的有什么不同？SPWM怎么实现？ （5）基于稳态模型的变频调速系统一般有哪两类？ 第六章 1、基本概念 （1）数字调速的特点？ （2）数字测速的方法及应用场合。 （3）数字PI调节器主要有哪两种类型？
运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述 运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。 运动控制的定义 运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。 运动控制系统的基本架构组成 一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。 一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。 一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。
问答题部分 1、试述交流调速系统要获得工业应用的条件，为什么 条件：（1）使用高转子电阻电动机 （2）系统工作点只是沿着极限开环特性变化 原因：能够在恒转矩负载下扩大调整范围，并使电动机能够在较低转速下运行而不致过热。 2、简述交流软启动器的作用。 定义：软启动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电极之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。 作用：防止电动机启动电流过大损坏电机，或造成电网电压下降过大，使电机无法正常启动。 3、简述恒压频比控制方式。 绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压s g U E ≈，则得：1 s U f =常值 这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时s U 和g E 都比 较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压s U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 4、交流电机矢量控制的基本思想是什么 基本思路：将异步电动机经过坐标变换等效在直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，控制异步电机。（关键词：坐标变换） 5、试分析矢量控制系统与直接转矩控制系统的优缺点。 VC 系统强调c T 与r ψ的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器，实现连续调节，可以获得较宽的调速范围，但是按 定向受电动机转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性。DTC 系统则实行e T 与r ψ的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免的产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 6、试分析什么是转差频率控制转差频率控制的规律是什么（P188、189） 定义：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。 控制规律：（1）在s sm w w ≤的范围内，转矩e T 基本上与s w 成正比，条件是气隙磁通不变。 （2）在不同的定子电流值时，按下图的1s s U f w I =（）函数关系控制定子电压和频率，就能 保持气隙磁通m Φ恒定。
运动控制系统复习知 识点总结
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、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。（运动控制系统框图） 2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。 第1章可控直流电源-电动机系统 内容提要 相控整流器-电动机调速系统 直流PWM变换器-电动机系统 调速系统性能指标 1相控整流器-电动机调速系统原理 2.晶闸管可控整流器的特点 （1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。 （2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。 晶闸管可控整流器的不足之处 晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。 在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 3.V-M系统机械特 4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类 （2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 （3）有制动电流通路的不可 逆PWM-直流电动机系统 （4）桥式可逆PWM变换器 （5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点 双极式控制方式的不足之处 （6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 ”。（7）直流PWM调速系统的机械特性 6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式） 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。 D与s的相互约束关系