电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
授课教师：郁佳佳
电子邮箱：yujiajia8@126.com
1. 教材、参考教材
? 教材： 《电力拖动自动控制系统》，
阮毅、陈伯时主编， 机械工业出版社
?参考教材 ：
《电机及拖动基础 》 ，顾绳谷主编; 其它有关直流调速系统、交流调速系统的书
2. 本课程的学习内容
? 绪论 第1章 ? 直流调速系统 第2、3、4章 ? 交流调速系统 第5、6章
◆基于稳态模型的异步电动机调速 ◆基于动态态模型的异步电动机调速
3. 教学安排
?讲课: 40学时——共6章 ?实验: 原定 8学时
?答疑办公室：成贤院202
?考试：闭卷
一、“电力拖动 ”的概念
1. 拖动： 用各种原动机带动生产或工作机械（负载） 产生运动，以完成一定的任务。 2. 电力拖动：用各种电动机作为原动机的拖动方式。 二、电力拖动系统的构成 （电气传动）电源控制装置电动机反馈（ 负载 ）机械传动机构工作机械电力拖动系统 四个组成部分： 1. 电动机 2. 电机控制装置3. 机械传动机构4. 工作机械 运动控制系统的典型应用 运动控制系统的典型应用 供给电压 调节 控制电路 电压 电动机 ～ U?IRn=KeΦ调速
?电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换， 而电力拖动自动控制系统——运动控制系统能够通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速率、位移等机械量，从而使各种机械能够按照人们期望的要求运行。
内容提要 1 运动控制系统及其组成 2 运动控制系统的历史与发展 3 运动控制系统转矩控制规律 4 生产机械的负载转矩特性
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
1.1 运动控制系统及其组成
运动控制系统的控制对象，主要用来实现从电能到机械能的转换。 ?从类型上分 直流电动机、交流电动机 ?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。 图1-2 运动控制系统及其组成 1.1 运动控制系统及其组成 结合给定输入信号和传感器的反馈信号，经控制器计算处理后，输出控制信号，从而最终使反馈信号跟随给定的输入信号。有模拟控制器和数字控制器之分。 图1-2 运动控制系统及其组成
1.1 运动控制系统及其组成
将控制器输出的信号转化成更高频率的电压或电流信号，以满足驱动电动机工作的需要。有电机型，电磁型和电力电子型等多种，现在多用电力电子型的。 图1-2 运动控制系统及其组成 1.1 运动控制系统及其组成
电压、电流、转速和位置等信号，并在检测的过程中完成如下两个工作： 1.将传感器输出的模拟或数字信号转换为可用于控制器 运算的信号。 1-2 运动控制系统及其组成 图2.去伪存真。从带有随机扰动的信号中，去掉随机扰动信号，筛选出反映被测量的真实信号。 内容提要 1 运动控制系统及其组成 2 运动控制系统的历史与发展 3 运动控制系统转矩控制规律 4 生产机械的负载转矩特性
2 运动控制系统的历史与发展
运动控制系统的发展历程用一句话概括就是从直流到交流，从开环到闭环，从模拟到数字。
发展动向
? 电力拖动控制系统的发展极为迅速：
20世纪60年代以前，调速系统是以直流机组为主， 20世纪60年代，开始有晶闸管构成的直流V-M系统。 20世纪70年代开始，研究交流调速系统。
20世纪80年代之后，交流调速系统已成为调速系统的主流。
? 交流调速系统仍在不断的发展和完善中，
目前主要的发展有如下一些动向：
(1)新型调速电机。
(2)新型变流装置和变流技术。
(3)新的控制策略。
(4)无速度（位置）检测器的速度（位置）检测技术。
(5)全数字化控制及集成化技术。
内容提要 1 运动控制系统及其组成 2 运动控制系统的历史与发展 3 运动控制系统转矩控制规律 4 生产机械的负载转矩特性
3 运动控制系统转矩控制规律
?运动控制系统的基本运动方程式
机械角速度（rad/s)
负载转矩（N·m)
dωmJ=T?T?Dω?KθLemmdt机械转动惯量
（kg·㎡)
电磁转矩（N·m)
阻力转矩（可忽略）
dωm（基本运动方程） J=Te?TLdt60ωm?转子的机械转速 n（r/min) =2π二、电力拖动自动控制系统（调速系统）控制的目标是速度 ? 要想使系统稳定运行在某一个转速n1时，必须在n1转速下使T=Tl 。 ? 若要使系统稳定在一个更高的转速时，则首先在原转速下使 T>Tl ，电机加速。 当到达新转速后，再使 T=Tl ，则电机就在新的转速下稳定运行。 三、重要结论：电动机速度控制的本质是对其输出转矩的控制。
dωmJ=Te?TL（基本运动方程） dt四、例：他励直流电动机调压调速的物理过程 Ua=Ea+IaRa负载转矩 Tl 恒定 原状态： 新状态： Ea=keΦnΤ=kTΦIaUa1,n1,Ea1,Ia,TUa2,n2,Ea2,Ia,T3 运动控制系统转矩控制规律
dωmJ=Te?TL（基本运动方程）
dt60ωm?转子的机械转速 n（r/min) =2π?转矩控制是运动控制的根本问题
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。
内容提要 1 运动控制系统及其组成 2 运动控制系统的历史与发展 3 运动控制系统转矩控制规律 4 生产机械的负载转矩特性
机械特性
1. 机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即 n=f(T)n=f(Tl)负载机械特性 机械特性 电动机机械特性 n=f(T)转速n 、转矩T都有正、负值 ,要选定参考正方向。 固有机械特性 人为机械特性 2. 运行状态： 电动：转矩与转速的方向一致 制动：转矩与转速的方向相反 3. 四象限运行： n正向制动正向电动T<0n>0反向电动T>0n>00反向制动TT<0n<0T>0n<04 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。
?归纳出几种典型的生产机械负载转矩特性，例如恒转矩负载特性、恒功率负载特性和风机、泵类负载特性等，实际负载可能是多个典型负载的组合，应根据实际负载的具体情况加以分析。
4 生产机械的负载转矩特性
负载转矩的大小恒定,称作恒转矩负载 ?恒转矩负载特性
位能性恒转矩负载 反抗性恒转矩负载
4 生产机械的负载转矩特性
?恒功率负载特性：负载转矩与转速成反比，而 功率为常数，称作恒功率负载。
=TLωmPL常数=ωm图1-4 恒功率转矩负载
4 生产机械的负载转矩特性
?风机、泵类负载特性：负载转矩与转速的平方成正
比，称作风机、泵类负载。
TL∝ω∝n2m2图1-5 风机、泵类负载特性
直流电机基本公式
电枢回路电势平衡式：
U=Ea+IaRaU?IaRn=CEφCM60=Ce2π电动机转速特性：
思考：如何调节直流电动机转速？ 电磁转矩： 感应电动势：
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Mem=?φ?Ia=CM?φ?Ia
2aπpNEa=?φ?n=Ce?φ?n60a
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