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时间:2020-03-08
《运动控制系统 教学课件 作者 雷丹 第0章.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、电力拖动自动控制系统(运动控制系统)运动控制系统—华中科技大学武昌分校第0章绪论运动控制系统:以电机为对象,以电力电子(功率)变换器为弱电控制强电的媒质,以自动控制理论为分析和设计基础,以电子线路或计算机为控制手段,实现物体位置、速度等物理量控制。一、什么是运动控制系统?二、运动控制系统的分类(1)按执行电机分类(A)旋转式:步进电动机、直流电动机、无刷直流电动机、交流异步电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机,等等。(B)直线式:永磁同步直线电机、异步直线电动机,等等。(2)按控制目的
2、分类调速系统、位置随动系统(位置伺服系统)(3)按控制电路实现方式分类模拟控制方式、数字模拟混合控制方式、全数字控制方式三、运动控制系统的发展概况运动控制系统的主要部分:控制电路-电力电子变换器-电动机控制电路方面的发展数字控制器与模拟控制器相比,具有下列优点:◆能明显地降低控制器硬件成本。◆可显著改善控制的可靠性。◆数字电路温度漂移小,不存在参数变化的影响,稳定性好。◆硬件电路易标准化。◆为复杂控制算法的实现提供了坚实基础。模拟电路方式--数字模拟电路方式--全数字方式运动控制系统的微机数字控
3、制,大体经历三个阶段∶第一个阶段:系统的控制器主要采用具有单一数据处理功能的微处理器(Microprocessor)。如Intel8086。第二个阶段:系统主要采用单片微型计算机(Micro-Controller)和数字信号处理器(DSP)。如MCS-51系列和MCS-96系列单片机;数字信号处理器(DSP),如TMS320系列、MOTOROLA公司的68000系列以及NEC公司的μPD7720系列等等。第三个阶段:九十年代后期的具有单片机特点的数字信号处理器。1997年TI公司推出了面向电机控
4、制领域的DSP芯片--TMS320C240(F240)芯片。2.功率变换器方面电力电子技术是信息流与物质/能量流之间的重要纽带。在大功率电力电子装置中,功率器件对整个装置的性能、体积、重量和价格的影响非常大。一般来说,功率电子学的发展是以功率器件的进步为标志的。第一代电力电子器件的主要特点是门极不可关断。其代表器件是晶闸管,它是一种相控类型器件。第二代电力电子器件的主要特点是双极型全控器件。其代表性器件是GTR、GTO和SIT.第三代器件的主要特点是采用MOS门极控制和集成化。其代表性器件是功率
5、MOSFET、IGBT和IPM现代的电力电子变换装置中,PWM技术是目前主要采用的变换器控制技术。IPM(智能功率模块)UVWBPN泵升电阻(需外接)VT7VT1VT3VT5VT4VT6VT23.电动机方面与直流电动机相比,交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有一系列突出的优点:制造成本低廉、重量轻、惯性小、可靠性和运行效率高、基本上不用维修、能在恶劣的甚至是含有易爆性气体的环境中安全运行。正是由于交流电动机有这些优势,使它在电力传动系统中的应用范围比直流电动机广泛得多。据统计,目前,在国民经济各
6、部门运行的电动机中,总量的90%以上是交流电动机。交流电机传动:不可调速交流传动、可调速交流传动上世纪90年代以前,高要求的调速场合主要采用直流电机调速系统。高性能交流电机控制(或交流调速系统实现)的难度所在:A.转矩控制特性差:电磁转矩不象直流电动机那样易于控制。B.交流电机基于新型控制技术的控制系统实现复杂,必须有高性能的处理器作支撑。长期以来,交流调速系统性能不能与直流调速系统的性能相媲美。但近十年来,交流调速系统性能逐步达到乃至超过了直流调速系统性能,交流传动全面取代直流传动已成为必然趋
7、势。四、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:J(dωm/dt)=Te-TL或(GD2/375)(dn/dt)=Te-TLdθm/dt=ωmJ:机械转动惯量(kg.m2)GD2:转动惯量(飞轮力矩)(N.m2)ωm:转子的机械角速度(rad/s)n:转子的机械转速(r/min)θm:转子的机械转角(rad)Te:电磁转矩(N.m)TL:负载转矩(N.m)结论:控制电机的转速和转角就是控制电机的电磁转矩。五、生产机械的负载转矩特性(1)恒转矩负载特性(2)恒功率负载负载转矩与转速
8、成反比,功率为常数。负载转矩与转速平方成正比。(3)风机、泵类负载六、运动控制系统的学习内容直流调速第1章:单闭环直流调速自动控制系统第2章:双闭环直流调速自动控制系统第3章:可逆直流调速自动控制系统交流调速第4章:基于稳态模型的交流异步电机调速自动控制系统第5章:基于动态模型的交流异步电机调速自动控制系统(自动化)第6章:数字控制的调速自动控制系统(部分)
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