导图社区 运动控制系统
此思维导图主要记录了运动控制相关的基础知识。内容包括:运动控制系统的基本概念与组成,直流闭环调速系统的分析与设计方法、交流调速系统的基本控制方式,交流调速系统的组成及工作原理。
编辑于2021-06-03 13:10:39此思维导图比较详细的介绍了遗传算法,包括它的特点、应用领域、基本流程、遗传算法的若干概念、遗传算法的应用步骤、遗传算法具体步骤等,欢迎小伙伴们观看使用。
此思维导图主要记录了运动控制相关的基础知识。内容包括:运动控制系统的基本概念与组成,直流闭环调速系统的分析与设计方法、交流调速系统的基本控制方式,交流调速系统的组成及工作原理。
此思维导图主要记录了计算机控制的相关基础知识。内容包括:计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、发展概况和趋势;计算机控制系统的硬件设计技术;数字控制技术;常规及复杂控制技术;现代控制技术;先进控制技术;计算机控制系统的软件设计技术;分布式测控网络技术;计算机控制系统设计与实现。全书内容丰富,体系新颖,理论联系实际,系统性和实践性强。
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电力拖动自动控制系统--运动控制系统(阮毅、杨影、陈伯时)
运动控制系统的基本概念与组成,直流闭环调速系统的分析与设计方法
运动控制系统的组成框图,分析组成环节的功能,系统的工作原理
组成
控制器
模拟控制器
数字控制器
功率放大与变换装置
电动机及负载
分类
工作原理
直流电动机
交流感应电动机
交流同步电动机
用途
拖动电动机
伺服电动机
传感器
信号处理
工作原理
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,以满足生产工艺及其他应用的需要
直流电机的动态数学模型,直流单闭环调速系统的稳态结构图及特性、动态性能的分析与设计方法
可控直流电源
晶闸管相控整流器
把交流电源直接转换成可控直流电源
直流脉宽调制(pwm)变换器
先用不可控整流器把交流电变换成直流电,然后改变直流脉冲电压的宽度来调节输出的直流电压
直流pwm存在电能回馈和泵升电压问题
1.他们与电动机的机械特性根本的式子都是n与电流的式子 2.晶闸管出发和整流装置的传递函数与pwm控制器和变换器的的传递函数都是放大系数与滞后乘积的形式
有静差的转速闭环直流调速系统
结构
静特性(闭环调速系统的静特性表示闭环系统稳定时电动机转速与负载电流或转矩间的稳态关系)
开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的对比分析:△n,S,D
比例控制的直流调速系统可以获得比开环系统硬的多的稳态特性,从而保证在一定静差率要求下,能够提高调速范围,为此,需要设置电压放大器以及转速检测装置
比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用,也就是它能随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化
闭环直流调速系统的反馈控制规律
只有比例控制的反馈控制系统,被调量有静差
反馈控制的作用是抵抗扰动,服从给定
系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度
比例控制动态稳定性
p37
无静差的转速闭环直流调速系统
积分调节器与积分控制规律
输入输出关系
传递函数
比例积分控制规律
比例调节的输出只取决于输入偏差的现状,积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史
传递函数
无静差转速闭环调速系统稳态参数计算Un,Uc,α
PI调节器输出稳态值与输入无关,而是由它后面环节为保证输入为零的需要决定的
转速闭环直流调速系统的限流保护
电流截止负反馈
电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻,稳态速降极大,特性急剧下垂
比较电压Ucom与给定电压Un作用一致,将理想空载转速提高
直流双闭环调速系统的结构、工作原理以及其静动态性能分析,尤其是启动过程的分析
结构
p55
静特性
转速调节器饱和
转速调节器不饱和
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差,这时转速反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm时对应于转速调节器为饱和输出Uim,这时电流调节器起主要调节作用,系统表现为电流无静差,起到过电流自动保护作用,电动机在一段时间内以最大的电枢电流加速或减速
动态过程分析
启动过程分析
电流上升阶段
恒流升速阶段
转速调节阶段
特点
饱和非线性控制
随着ASR的饱和与不饱和,整个系统处于完全不同的两种状态,只能采用分段线性化方法来分析
转速超调
准时间最优控制
制动过程分析
正向电枢电流衰减阶段
反向电枢电流建立阶段
恒流制动阶段
转速调节阶段
动态抗扰性能分析
抗负载扰动
负载扰动作用在电流换之后,因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。在设计ASR时,应要求有较好的抗扰性能指标,转速调节器一般使用Ⅱ型系统
抗电网电压扰动
电流调节器对电网电压有抗扰作用。电流调节器一般使用Ⅰ型系统
转速调节器作用
主导调节器,使转速n跟随给定的变化
对负载抗扰
输出限幅决定电动机最大允许电流
电流调节器作用
内环调节器,跟随给定电压Ui变化
对电网电压波动起及时抗扰作用
保证获得电动机允许的最大电流,加快动态过程
当电动机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速自动保护作用
了解调节器的工程设计方法思路
控制系统的动态性能指标
动态跟随性能指标
上升时间tr
超调量与峰值时间tp
调节时间ts
动态抗扰性能指标
动态降落△Cmax
恢复时间tv
频域性能指标
中频段--稳定性
截止频率Wc--快速性
低频段--精度
高频段--抗高频噪声干扰
调节器工程设计方法
先选择调节器的结构,确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度
选择调节器的参数,以满足动态性能指标的要求
典型系统
典型Ⅰ型系统
开环传递函数选择
典型Ⅱ型系统
开环传递函数
典型Ⅰ型系统的跟随性能超调小,但抗扰性能稍差,典型Ⅱ型系统抗扰性能比较好
控制对象的工程近似处理方法
高频小惯性环节近似处理。高频段由多个小时间常数的小惯性环节时,等效地用一个小时间常数T的惯性环节代替,T为多个小时间常数之和
高阶系统的将阶近似处理
低频大惯性环节的近似处理。当有一个时间常数特别大的惯性环节,可以近似地将它看成积分环节1/TS
按工程设计的方法设计转速、电流双闭环控制直流调速系统的调节器
原则:先内环后外环
电流调节器
转速调节器
电流环的等效闭环传递函数
转速调节器结构的选择
转速调节器参数的选择
转速调节器的实现
交流调速系统的基本控制方式,交流调速系统的组成及工作原理
(基于稳态模型)异步电动机调速方法
调速就是人为的改变机械特性参数,使电动机的稳定工作点偏离固有特性,工作在人为机械特性上,达到调速目的
改变电动机参数
调压调速
保持电源频率为额定频率,只改变定子电压的调速
变压变频调速
异步电动机的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
变频器的结构及分类
结构
交-直-交变频器
恒压恒频-直流-变压变频
不可控整流桥-滤波环节-逆变器
交-交变频器
恒压恒频-变压变频
交流变频器中常用4种PWM脉宽调制技术的原理
交流变频调速系统的基本控制方式
基频以下采用恒转矩调速
低频时,Us和Eg都较小,定子电阻和漏感压降所占分量比较显著可把定子电压抬高一些,称为低频补偿
恒定子磁通控制
恒气隙磁通控制
恒转子磁通控制
恒压频比的控制方式
磁通恒定,允许输出转矩也恒定
基频以上采用恒功率调速
转速升高磁通减小(转速公式),允许输出的转矩也随之降低,输出功率基本不变
频率升高时,受电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制,定子电压不能随之升高
调速系统
转速开环变压变频调速系统
转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统
保持气隙磁通不变的前提下,可以通过转差角频率控制转矩(在气隙磁通不变,s值较小的前提下,两者近似成正比)
两条控制规律
优点
转差频率Ws与实测转速W相加后得到定子频率W1
性能达不到直流双闭环水平
基于稳态建模,磁通恒定只要稳态才成立,动态性能不成立
函数关系只抓住电流幅值,没有控制电流相位,相位也是影响转矩变化的因素
优点也是缺点,如果检测信号不准确或存在干扰,会直接给频率造成误差,这些偏差都传递到控制信号上
(基于动态模型的)异步电动机调速系统
励磁绕组和补偿绕组在定子上且相互垂直,电枢绕组在转子上且与补偿绕组在同一条轴上。电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消,或者由于其作用方向与励磁绕组垂直而对主磁通影响甚微,所以直流电动机的主磁通基本上由励磁绕组的励磁电流决定,这也是直流电动机数学模型比其他控制系统简单的根本原因
交流异步电动机的动态数学模型性质及坐标变换
动态模型
动态模型的性质
高阶、非线性、强耦合的多变量系统
动态模型构成
磁链方程 ψ=LI
电压方程 U=IR+dψ/dt
转矩方程
运动方程 (J/np)*(dw/dt)=Te-Tl
坐标变换
静止两相正交坐标系αβ,旋转正交坐标系dq
不同坐标系电动机模型等效的原则是:在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等
三相-两相变换(3/2变换)
p163
静止两相-旋转正交变换(2s/2r变换)
p165
异步电动机定子绕组是静止的,只要进行3/2变换就行,而转子绕组是选择的,必须通过3/2变换和旋转到静止的变换,才能变换到静止两相正交坐标系
异步电机按转子磁链定向的矢量控制系统的原理、结构及性能分析方法
原理
通过坐标变换,在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中,得到等效的直流电动机模型,仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩和磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制。由于变换的是矢量,所以这样的坐标变换可称作矢量变换,响应的控制系统称为矢量控制(vector control,VC),系统或按转子磁链定向控制(flux orientation control,FOC)系统
结构图
p177
异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统(direct torque control,DTC)
原理
根据定子磁链幅值偏差△ψs的正负号和电磁转矩偏差△Te的正负号,再根据当前定子磁链矢量ψs所在的位置,直接选取合适的电压空间矢量,减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差实现电磁转矩与定子磁链的控制
结构图
p188
比较:p191
电流与磁通的乘积产生转矩,转速与磁通的乘积得到感应电动势