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【课件】电力拖动自动控制系统 第1章 绪论

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运动控制系统(第4版)第1章 绪论

运动控制系统(第4版)第1章 绪论

第1章 绪论
• 信号转换和处理包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等，对 于计算机数字控制系统而言，必须将传感器输出的模拟或数 字信号变换为可用于计算机运算的数字量。数据处理的另一 个重要作用是去伪存真，即从带有随机扰动的信号中筛选出 反映被测量的真实信号，去掉随机的扰动信号，以满足控制 系统的需要。 • 常用的数据处理方法是信号滤波，模拟控制系统常采用模拟 器件构成的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟 滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。
GD2 4gJ ;
n——转子的机械转速（r/min），
60 m n . 2
第1章 绪论
• 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 线电动机来说就是控制速度和位移。由式（1-1）和式（1-2） 可知，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Te，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。 • 为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁心，在一定的电 流作用下进可能产生最大的电磁转矩，以加快系统的过渡过 程，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。因为当 磁通（或磁链）很小时，即使电枢电流（或交流电机定子电 流的转矩分量）很大，实际转矩仍然很小。何况由于物理条 件限制，电枢电流（或定子电流）总是有限的。因此，磁链 控制与转矩控制同样重要，不可偏废。通常在基速（额定转 速）以下采用恒磁通（或磁链）控制，而在基速以上采用弱 磁控制。
第1章 绪论
• 1.2 运动控制系统的历史与发展
• 直流电动机电力拖动与交流电动机电力拖动在19世纪中叶先后诞 生（1866年德国人西门子制成了自激式的直流发电机；1890年 美国西屋电气公司利用尼古拉· 特斯拉的专利研制出第一台交流 同步电机；1898年第一台异步电动机诞生），在20世纪前半叶， 约占整个电力拖动容量80%的不可调速拖动系统采用交流电动机， 只有20%的高性能可调速拖动系统采用直流电动机。20世纪后半 叶，电力电子技术和微电子技术带动了带动了新一代的交流调速 系统的兴起与发展，逐步打破了直流调速系统一统高性能拖动天 下的格局。进入21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已 成为不争的事实。 • 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。其换向器与电刷

电力拖动及自动控制原理基本知识及应用知识 ppt课件

电力拖动及自动控制原理基本知识及应用知识 ppt课件

图1.1 磁力线与电流之间的右螺旋关系
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18
直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机
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19
第三节：常用低压电器
低压电器简介
配
开关
电
熔断器
低
电
……
压
器
电 器
控 制
接触器 继电器
时间继电器 热继电器
电
起动器 ……
器
……
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20
低压电器的分类
生产机械中所用的控制电器多属于低压电器，它 是指在电压在500V以下、用来接通或断开电路，以及 来控制、调节和保护用电设备的电气器具。 电器按动作性质可分为以下两类：
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8
三三相相五四线线制
L1 L2 L3 N P E
M 三相
两相
单相
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9
三相四线制
在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，
三条线路分别代表A,B,C三相，另一条是中性线N，亦即 零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我 们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通
自动控制系统的基本组成图
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5
自动控制系统的基本组成部分定义
反馈环节 — 对系统的输出量的实际值进行测量，将它转换成反馈 信号，并使反馈信号成为与给定信号同类型、同数量级的物理量。
比较器 — 将给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。 控制器 — 根据输入的偏差信号，按一定的控制规律产生相应的 控制信号。
过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三
相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制 ；

电力拖动自动控制系统—运动控制系统第1章绪论

电力拖动自动控制系统—运动控制系统第1章绪论
绿色环保
随着环保意识的提高，电力拖动 自动控制系统将更加注重节能减 排和资源循环利用，实现绿色环 保的生产方式。
THANKS
感谢观看
提高产品质量
自动化控制能够减少人为误差，提高 产品加工精度和一致性，从而提高产 品质量。
提升工业安全
自动化控制能够减少人工操作，降低 操作风险，提升工业安全。
电力拖动自动控制系统在工业中的应用案例
数控机床
自动化生产线
电力拖动自动控制系统用于数控机床的进 给轴、主轴等部分，实现高精度、高效率 的加工。
重要性
在现代工业生产中，电力拖动自动控制系统已成为不可或缺的重要技术手段， 它能够提高生产效率、降低能耗、保证产品质量和生产安全，对于实现工业自 动化和智能化具有重要意义。
电力拖动自动控制系统的历史与发展
历史
电力拖动自动控制系统的发展可以追溯到20世纪初，随着电力技术和控制理论的 发展，电力拖动自动控制系统经历了从简单到复杂、从手动到自动的演变过程。
重要性
在现代工业自动化生产中，运动控制 系统扮演着至关重要的角色，它能够 提高生产效率、降低能耗、提升产品 质量，是实现自动化生产的关键技术 之一。
运动控制系统的基本组成
控制器
用于接收输入信号，根据控制 算法计算输出信号，并输出到
执行机构。
执行机构
根据控制器输出的信号，驱动 电动机转动，实现运动控制。
特性。
交流电力拖动系统
采用交流电动机作为动力源，具有 结构简单、价格低廉、维护方便等 优点。
伺服电力拖动系统
采用伺服电动机作为动力源，具有 高精度、高响应速度和高稳定性的 特点，常用于精密控制领域。
电力拖动系统的基本特性
调速性能

电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-5闭环控制的直流调速系统

电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-5闭环控制的直流调速系统

51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
23
1.5.3 动态校正—PI调节器的设计
1. 概 述
在设计闭环调速系统时，常常会遇 到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾 的情况（如例题1-5、例题1-7中要求更 高调速范围时），这时，必须设计合适 的动态校正装置，用来改造系统，使它 同时满足动态稳定性和稳态性能指标两 方面的要求。
设计 1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
2
本节要点：
1. 调速系统各环节动态数学模型的推导及其 简化的工程约束条件；
2. 闭环调速系统传递函数的建立及在系统 稳定性判别中应用。
➢重点、难点：
调速系统各环节动态数学模型的推导及其
简化的工程约束条件
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
（2）求出各环节的传递函数；
（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
4
反馈控制有静差直流调速系统原理图
+
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
5
1. 电力电子器件的传递函数
构成系统的主要环节是电力电子变换
器和直流电动机。不同电力电子变换器
的传递函数，它们的表达式是相同的，
伯德图是自动控制系统设计和应用中普 遍使用的方法。
51电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
29
低益频高段，典的 说型斜明伯率系德陡统、的图增稳
中在频定段性以地-分20析高d闭B频截/段环d止e衰系c频的减统率斜越性（快率能或，穿时称即越，剪高0通d切B常， 而将且伯这德一图斜分率成频覆低特频盖性、率负足中）分够、越贝的高高值频三，越带个则低宽频系，度段统，，

电力拖动自动控制系统PPT课件

电力拖动自动控制系统PPT课件

晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的
动态性能。
2021/3/8
42
• V-M系统的问题
– 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
– 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt 与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在 很短的时间内损坏器件。
– 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸 变，殃及附近的用电设备，造成“电力 公害”。
本章提要11直流调速系统用的可控直流电源12晶闸管电动机系统vm系统的主要问题13直流脉宽调速系统的主要问题14反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计16比例积分控制规律和无静差调速系统11直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析调压调速是直流调速系统的主要方法而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源
电力拖动自动控制系统
电气信息学院
2021/3/8
1
绪论
自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容 计算机控制系统的概念
2021/3/8
2
一.自动控制系统的几个概念
1.自动控制 Automatic control 在无人直接参与的情况下，利用控制装
例子：计算机控制系统。 数学模型用差分方程描述
2021/3/8
13
二.自动控制系统的分类
4.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统
5.按系统控制对象和方式分类，又可分为 拖动控制系统（电气控制系统、机械控 制系统）和过程控制系统（石油，化工， 制药等）
2021/3/8

电力拖动自动控制系统ppt1-6闭环控制的直流调速系统

电力拖动自动控制系统ppt1-6闭环控制的直流调速系统
这就是说，实际上仍有很小的静差，只是 在一般精度要求下可以忽略不计而已。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
15
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
33
根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为

电力拖动与控制系统第1章 绪论ppt课件


换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦，使转矩与 电枢电流成正比。
01.03.2021
精品课件
18
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电 动机）结构简单
交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
01.03.2021
电力电子技术和微电子技术带动了 新一代交流调速系统的兴起与发展， 打破了直流调速系统一统高性能拖 动天下的格局。
进入21世纪后，用交流调速系统取 代直流调速系统已成为不争的事实。
01.03.2021
精品课件
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1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转 矩易于控制。
dt
Te
TL
Dm
Km
dm
dt
m
01.03.2021
精品课件
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1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运 动控制系统的简化运动方程式
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
01.03.2021
精品课件
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1.3 运动控制系统的，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。
01.03e.2d02, 1Springer- Verlag, N精e品w课Y件ork, 2001
4
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1章
绪论
01.03.2021
精品课件
5
内容提要
运动控制系统及其组成
运动控制系统的历史与发展

《电力拖动自动控制》课件


传感器
选择合适的传感器，如光电编码器、 压力传感器等，用于检测设备的状态 和参数。
电源和安全保护装置
为控制系统提供稳定的电源，并配备 必要的安全保护装置，如过载保护、 短路保护等。
控制系统的软件实现
编程语言
算法设计
选择适合的编程语言，如C、C、PLC编程 语言等，用于编写控制系统的软件程序。
根据控制需求设计合适的算法，如PID控制 算法、模糊控制算法等，用于实现设备的 精确控制。
控制系统的分类
根据控制方式的不同，控 制系统可以分为开环控制 系统和闭环控制系统。
控制系统的设计方法
解析法
通过数学模型对系统进行分析，设计控制算法，以达到预期的控 制效果。
实验法
通过实验测试和调整控制参数，以达到预期的控制效果。
现代控制理论设计法
基于状态空间模型，采用最优控制、鲁棒控制等方法进行控制系统 设计。
控制系统的性能指标
稳定性
控制系统在受到扰动后能够恢复到稳定状态 的性能指标。
准确性
控制系统输出与预期目标之间的误差大小。
快速性
控制系统能够快速响应输入变化的能力。
抗干扰性
控制系统对外部干扰的抑制能力。
控制系统的稳定性分析
稳定性判据
根据系统特征根的位置来判断系统的 稳定性，特征根位于左半平面表示稳 定，位于右半平面表示不稳定。
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
电力拖动自动控制的未 来展望
新技术发展对电力拖动自动控制的影响
人工智能技术
AI算法在电力拖动自动控 制中的应用，如预测性维 护、故障诊断和优化控制 策略。
物联网技术

绪论(电力拖动自动控制系统)

现状
目前，电力拖动自动控制系统已经广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。随着 人工智能、物联网等技术的不断发展，电力拖动自动控制系统正朝着智能化、网络化、集成化的方向 发展。
研究目的和意义
研究目的
研究电力拖动自动控制系统的目的是为了更好地满足生产工艺要求，提高生产效率和产品质量，降低能源消耗和 环境污染。
电力拖动自动控制系统在汽车制造流水线上实现精准定位和高效传 输，提高生产效率和产品质量。
食品加工行业
通过电力拖动自动控制系统对食品加工生产线进行自动化改造，实 现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和食品安全水平。
机械制造行业
电力拖动自动控制系统在机械制造行业广泛应用于数控机床、自动化 生产线等领域，提高加工精度和生产效率。
单设备调试
分别测试传感器、执行器等设备的性能，确保正 常工作。
系统联调
将所有设备连接起来进行系统测试，检查系统整 体性能是否满足要求。
故障排查与处理
针对调试过程中出现的问题进行排查和处理，确 保系统稳定运行。
PART 06
电力拖动自动控制系统应 用领域及前景展望
工业生产线自动化改造案例分享
汽车制造行业
https://
2023 WORK SUMMARY
绪论(电力拖动自动控 制系统)
REPORTING
https://
目录
• 绪论 • 电力拖动自动控制系统基本原理 • 电力拖动自动控制系统类型与特点 • 电力拖动自动控制系统性能指标评价方法 • 电力拖动自动控制系统设计与实现方法 • 电力拖动自动控制系统应用领域及前景展望
智能家居领域应用前景探讨
家庭自动化设备
电力拖动自动控制系统可用于智能家居设备，如智能窗帘、智能 照明等，实现家庭环境的自动化和智能化。

电力拖动自动控制系统第一章课件

工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。

n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
O
TL
调压调速特性曲线
Te
三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（额定转 速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。

1.1.1 旋转变流机组
图1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M系统）原理图
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步 电动机）拖动直流发电机 G 实现变流， 由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电， 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 n 。 这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
PWM系统的优点（续）
（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。
小
结
三种可控直流电源，V-M系统在20 世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要 用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术， 发展迅速，应用日益广泛，特别在中、 小容量的系统中，已取代V-M系统成为 主要的直流调速方式。
•V-M系统主电路的输出
ud
ua ub uc ud Ud E
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1.3 运动控制系统的转矩控制规律
转矩控制是运动控制的根本问 题
要控制转速和转角, 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 是控制电动机的电磁转矩, 变化率按人们期望的规律变化. 变化率按人们期望的规律变化.
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
磁链控制同样重要
为了有效地控制电磁转矩,充分利 为了有效地控制电磁转矩, 用电机铁芯,在一定的电流作用下 用电机铁芯, 尽可能产生最大的电磁转矩, 尽可能产生最大的电磁转矩,必须 在控制转矩的同时也控制磁通( 在控制转矩的同时也控制磁通(或 磁链). 磁链).
运动控制系统的信号检测与处理
信号检测 电压,电流, 电压,电流,转速和位置等信号 信号转换 电压匹配,极性转换, 电压匹配,极性转换,脉冲整形等 数据处理 信号滤波
1.2 运动控制系统的历史与发展
电力电子技术和微电子技术带动了 新一代交流调速系统的兴起与发展, 新一代交流调速系统的兴起与发展, 打破了直流调速系统一统高性能拖 动天下的格局. 动天下的格局. 进入21世纪后 世纪后, 进入 世纪后,用交流调速系统取 代直流调速系统已成为不争的事实. 代直流调速系统已成为不争的事实.
TL = 常数
图1-3 பைடு நூலகம்转矩负载
恒功率负载
负载转矩与转 速成反比, 速成反比,而 功率为常数, 功率为常数, 称作恒功率负 载
TL =
ωm
PL
=
常数
ωm
图1-4 恒功率转矩负载
风机, 风机,泵类负载
负载转矩与转速 的平方成正比, 的平方成正比, 称作风机, 称作风机,泵类 负载
TL ∝ ω ∝ n
2 m
2
图1-5 风机,泵类负载
�
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统 转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统 动态性能无法与直流调速系统相比
交流调速系统
基于动态模型的交流调速系统 矢量控制系统 直接转矩控制系统 动态性能良好, 动态性能良好,取代直流调速系统
1.2 运动控制系统的历史与发展
同步电动机交流调速系统 同步电动机的转速与电源频率严 格保持同步,机械特性硬. 格保持同步,机械特性硬. 电力电子变频技术的发展, 电力电子变频技术的发展 , 成功地 解决了阻碍同步电动机调速的失步 和启动两大问题. 和启动两大问题.
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存 在的不可控扰动输入. 在的不可控扰动输入. 归纳出几种典型的生产机械负载转 矩特性, 矩特性,实际负载可能是多个典型 负载的组合, 负载的组合,应根据实际负载的具 体情况加以分析. 体情况加以分析.
恒转矩负载
负载转矩的大小 恒定, 恒定,称作恒转 矩负载 a)位能性恒 ) 转矩负载 b) 反抗性恒转 矩负载
图1-1运动控制及其相关学科 运动控制及其相关学科
1.1 运动控制系统及其组成
图1-2 运动控制系统及其组成
运动控制系统的控制对象—— 运动控制系统的控制对象 电动机
从类型上分 直流电动机,交流感应电动机(交流异 直流电动机,交流感应电动机( 步电动机)和交流同步电动机. 步电动机)和交流同步电动机. 从用途上分 用于调速系统的拖动电动机和用于伺服 系统的伺服电动机. 系统的伺服电动机.
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 运动控制系统
第1章 章
绪论
内 容 提 要
运动控制系统及其组成 运动控制系统的历史与发展 运动控制系统转矩控制规律 生产机械的负载转矩特性
现代运动控制技术
电机学, 电机学,电力电子 技术, 技术,微电子技 术,计算机控制 技术,控制理论, 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 .
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
dω m = Te TL Dω m Kθ m J dt dθ m = ωm dt
1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩, 忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩,运 动控制系统的简化运动方程式
dω m J = Te TL dt dθ m =ωm dt
运动控制系统的控制器
以微处理器为核心的数字控制器 硬件电路标准化程度高 控制规律体现在软件上, 控制规律体现在软件上,修改灵活 方便 拥有信息存储, 拥有信息存储,数据通信和故障诊 断等功能
运动控制系统的控制器
模拟控制器 并行运行,控制器的滞后时间小. 并行运行,控制器的滞后时间小. 微处理器数字控制器 串行运行方式, 串行运行方式,其滞后时间比模拟 控制器大得多, 控制器大得多,在设计系统时应予以 考虑. 考虑.
1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统 直流电动机的数学模型简单, 直流电动机的数学模型简单,转 矩易于控制. 矩易于控制. 换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦, 电流与励磁电流的解耦,使转矩与 电枢电流成正比. 电枢电流成正比.
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统 交流电动机( 交流电动机(尤其是笼型感应电 动机) 动机)结构简单 交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质, 线性多变量强耦合的性质,比直流电 动机复杂得多. 动机复杂得多.
运动控制系统的功率放大与变 换装置
电力电子型功率放大与变换装置 半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功率 模块发展
运动控制系统的控制器
模拟控制器 物理概念清晰, 物理概念清晰,控制信号流向直观 控制规律体现在硬件电路 线路复杂, 线路复杂,通用性差 控制效果受到器件性能, 控制效果受到器件性能,温度等因 素的影响