运动控制系统复习

Char1 绪论

1. 运动控制系统的控制目标：通过控制电压、电流、频率等输入量，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，以满足生产工艺以及其他应用的需要。
2. 组成部分：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成。
3. 直流电动机的优缺点：直流电动机结构复杂，制造成本高，电刷和换向器限制了他的转速和容量。 直流电机调速性能优越，易平滑调速。
   交流电动机的优缺点：结构简单、制造容易、无须机械换向器，因此其允许转速与容量均大于直流电动机。
4. 运动控制的根本问题：转矩控制
5. 常见负载的种类： 1、恒转矩负载 T_L = 常数
   2、恒功率负载 T_L = 常数/w_n
   3、风机、泵类负载

Char2 转速开环控制的直流调速系统

1. 直流调速系统的三种方法及特点： n = (U-I·R)/K_e·Φ

• 电压调速
  

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  改变电压 U_N → U↓→ n↓ n₀↓
  特性：转速下降 机械特性曲线平行下移
• 调阻调速
  
  

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  增加电阻 R_a →R↑→n↓ n₀不变
  特性：转速上升 机械特性变软
• 弱磁调速
  
  

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  Φ_N→ Φ↓→n↑, n₀↑
  特性：转速上升 机械特性变软

2. V-M调速系统的优点：功率较大 容易实现四象限运行
3. PWM调速系统的优越性：

• 主电路线路简单，需用的功率器件少
• 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热 都较小
• 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽
• 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强

4. 泵升电压产生的原因: 由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电 机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高， 称作“泵升电压”。
   治理措施：a.电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压。一般几千瓦的 调速系统就需要的几千微法的电容。
   b.在大容量或负载有较大惯量的系统中，可以采用制动电阻 R_b 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VT_b 在泵升电 压达到允许数值时接通
5. 静态调速指标：

• 调速范围 ：定义为额定负载下最高和最低的转速比 D = n _max / n_min

• 静差率：：为转差比，反映转速在负载变化时的 相对稳定度 S = Δn_nom/n₀
  n₀ :理想空载转速

• 额定速降 Δn_nom = 理想空载转速 额定负载转速

6. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
   
   

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   可见：同一个调压调速系统的特性硬度相同， 从而额定速降相同。 如果对静差率s 值要求越 小，则系统允许的调速范围D也越小。
   例题见 P26

Char 5

1. 交流调速的应用场合：

• 一般性能调速和节能调速 
• 高性能的交流调速系统和伺服系统 
• 特大容量、转速极高的交流调速

2. 转差功率的概念：转差功率即转子铜耗。就是电动机的电阻功率不变，输出转速变小时，转子电流增加，转子铜耗增加。即转速越低，转差功率越大。

3.交流调速系统的分类及不同类别的特点：
按照电机分：

• 异步电动机
• 同步电动机
  • 永磁同步电机
  • 无刷直流电机
• 特种电机
  • 步进电机
  • 磁阻电机
    按照转差功率是否增大，能量是被消耗还是被利用：
• 转差功率消耗型
• 转差功率反馈型
• 转差功率不变型

4. 调压调速系统的机械特性及适用负载情况：

   
   
   

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5. 恒转矩负载时如何扩大调压调 速系统的调速范围及缺点改进方法：
   增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围.
   缺点是机械特性较软
6. 变频调速的基本要求：
   基频以下:保持每极磁通量Φ_m为额定值Φ_mN不变。当频率f₁ 从额定值f_1N向下调节时，必须同时降低E_g。即在基频以下应采用电动势频率为恒值得控制方式。
   基频以上:

7. 异步电机的等效电路

   
   
   

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8. 恒压频比控制的机械特性及特点：

   
   
   

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9. 恒气隙磁通控制（恒 Eg/w1）的机械特性及特点：
   

   相同负载变化， 恒气隙磁通控制 时转速降落更小！ 机械特性更硬！！
   

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   10.恒定子磁通控制（恒 Es/w1）的机械特性及特点：
   
   相同负载变化， 恒定子磁通控制 时转速降落更小！ 机械特性更硬！！
   

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10. 恒转子磁通控制（恒 Er/w1）的 机械特性及特点
    机械特性完全是一条直线，恒 控制的 稳态性能最好，可以获得和直流电动机一样 的线性机械特性，这正是高性能交流变频调 速所要求的性能
    
    

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    12.基频以上变频调速时的机械特性
    13.变频器的任务、分类、控制 方法种类
    异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器，一般称为变频器。
    1.交-直-交变频器 2。交-交变频器
    交流常用PWM技术：
    1正弦脉冲宽度调制（SPWM)控制技术（追求电机定子电压为正弦波）
    2电流跟踪PWM(CFPWM)控制技术（追求电机定子电流为正弦波）
    3电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术（追求电机磁链轨迹为圆形）
    14.基本电压空间矢量空 间分布图
    
    

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    15.SVPWM 相对于 SPWM 的优点: 利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压可提高15%，直流电压利用率高。
    16.通用变频器-异步电机调速系统硬件结构图的理解；给定积分算法的作用； 转差频率控制的概念和两个前提条件。
    通过给定积分算法产生平缓的升速或降速信号，阶跃给定变成斜坡给定。
    保持气隙磁通不变，在s值较小的稳态运行范围内，异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。
    在保持气隙磁通不变的前提下，可以通过控制转差角频率来控制转矩，这就是转差频率控制的基本思想。

Char7

1. 矢量控制（VC）的基本原理、坐标变换的内容和概念及所遵循的准则