交流伺服运动控制系统课件

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1、交流伺服运动控制系统主讲：曾理湛、陈学东数字制造装备与技术国家重点实验室电话:13297015665Email:zenglizhan@sina.com本课程的任务：了解交流伺服运动控制系统的检测技术及选型掌握永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的建模、控制系统设计及仿真方法了解多种现代交流伺服运动控制技术了解交流伺服运动控制系统的实际应用1绪论1.1什么是“交流伺服运动控制”1.2交流伺服运动控制系统的发展1.3交流伺服运动控制系统的组成及特点1.4现代交流伺服运动控制技术1.5课程特点、内容安排及学习方法(1)电机：机电能量变换

2、的主要装置1、电机及运动控制系统1.1什么是“交流伺服运动控制”直流、交流旋转、直线、多自由度…三相交流鼠笼式异步电机的定子和转子直流电动机自动控制系统（按应用分）：运动控制(Motioncontrol)过程控制(Processcontrol)例如：过程控制:啤酒发酵过程，化工提炼过程，锅炉控制运动控制:（续页）(2)运动控制系统主要区别是被控量及控制目标不同，“运动控制”以机械运动的驱动设备---电机为控制对象，解决“电能机械能”中的控制问题，实现运动机械的运动要求(2)运动控制系统芯片光刻机主轴电机带制动器伺服电机伺服电机

3、刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机数控机床各种制造装备及生产线:PCB生产线：贴焊、打孔、放置生产线运动控制半导体制造装备：光刻机、芯片封装机机械加工装备：各型数控机床(2)运动控制系统机器人各个关节的伺服控制ASIMO2003:行走速度3.2km/h2004:舞蹈机器人（近藤）2005:自行车自主运行2010：仿生龟空间机器车：旅居者（1997）军事装备：雷达跟踪，自动武器，飞行器控制民用及医疗：空调、洗衣机、CT机现代交通：电动汽车、电动自行车、磁悬浮按电机分：直流传动系统交流传动系统按被控量分：以速度为控制量：调速系统以位

4、置为控制量：位置随动系统（伺服系统）按控制器的类型分:模拟控制系统数字控制系统按控制原理分：PID控制、模糊控制…按闭环数分：单环、双环、多环系统(3)运动控制系统分类可交叉：如数字式双闭环直流调速系统交流伺服运动控制是以电力电子为基础、以交流电机为控制对象、以自动控制理论为指导、以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计为手段,并与检测技术和数据通信技术相结合,将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动,实现机械运动精确的位置控制（速度控制、转矩）的控制。2“交流伺服运动控制”定义简而言之：交流电机驱动的位置随动（伺服）运动

5、控制制造业是国民经济持续增长的发动机、国家安全的重要保障及国家综合实力的主要体现交流伺服运动控制是运动控制技术的发展趋势，是数字制造装备的核心功能部件，应用广泛3交流伺服运动控制技术的重要性高性能交流伺服运动控制系统的主要制造商：美国:GE,Rockwell,Emerson,Ansolder,…欧洲:Siemens,ABB,CT(Emerson),…日本:Toshiba,Mitsubishi,Hitachi,Fuji,…19世纪中先后诞生了直流传动和交流传动。在20世纪的大部分年代里，已形成公认的格局：交流不调速80%直流调速2

6、0%在20世纪80-90年代形成新的格局：交流调速80%直流调速10%交流不调速10%1.2交流伺服运动控制的发展1长期以来，电机调速以直流电机为主20世纪70年代以前，凡是要求调速范围广速度控制精度高和动态响应性能好的场合，几乎全都采用直流电动机调速系统，而交流电动机主要用于不需要变速的电力传动系统中，因为：（1）直流电动机易于控制，改变电机的输入电压或励磁电流，就可在范围内实现无级调速。（2）交流电机的电流和转矩特性不是固定的，不易控制。2直流电机存在严重缺陷：机械接触式换向器（1）换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限容

7、许值。（2）由于要照顾到换向器的可靠工作，电枢及换向器的直径一般都做的比较大，电机的转动惯量就大。（3）换向器必须定期停机检修，运行中也要经常注意观察换向器的火花情况。1.2交流伺服运动控制的发展3交流电机的优越性交流电动机，特别是笼式异步电动机，拥有结构简单、坚固耐用、价格便宜及不需要经常维修等特点，使其得到了十分广泛的应用。如果能控制好，它具有直流电机无法比拟的优越性。1.2交流伺服运动控制的发展（1）20世纪20年代人们就认识到了，但当时直至本世纪50年代中期，一直几乎无法实现。（2）20世纪50年代中期，晶闸管研制成功，

8、不仅开创了电力电子技术的新时代，同时也带来交流电机控制技术发展的一个大飞跃。（3）20世纪70年代发展起来的矢量控制理论带交流电机控制技术的革命，使交流电机的控制性能在理论上和直流电机相当。（4）20世纪80年代的直接转矩控制方法，也对交流电机控制技术发展发展起