运动控制管理系统课件

时间: 2025-01-24 02:25:50 |   作者: DC电源接口

  转速（r/min） 转速（r/min）； 电枢电压（ 电枢电压（V）； 电枢电流（ 电枢电流（A）； 电枢回路总电阻（ 电枢回路总电阻（Ω）； 励磁磁通（Wb） 励磁磁通（Wb）； 由电机结构决定的电动势常数。

  • 工作条件： 保持励磁 Φ = ΦN ； 保持电压 U =UN ； • 调节过程： 增加电阻 Ra → R↑ R ↑ →n ↓，n0不变； ； • 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。

  第三代 ：特点是由单一的器件发展为具有驱动、保护功 能的复合功率模块，提高了使用的安全性和可靠性。 3．控制器： (1)模拟控制器 :模拟控制器常用运算放大器及相应的电气 元件实现，具有物理概念清晰、控制信号流向直观等 优点，其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上， 因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、 温度等因素的影响。 (2)数字控制器 :硬件电路标准化程度高、制作成本低、而 且不受器件温度漂移的影响。控制规律体现在软件上， 修改起来灵活方便。此外，还拥有信息存储、数据通 信和故障诊断等模拟控制器没办法实现的功能。

  电力电子器件： 第一代：半控型器件，如SCR，方便地应用于相控整流器 (AC→DC)和有源逆变器(DC→AC) ，但用于无源逆变 (DC→AC)或直流PWM方式调压（DC→DC）时，必须 增加强迫换流回路，使电路结构较为复杂。 第二代：全控型器件，如GTO、BJT、IGBT、MOSFET GTO BJT IGBT MOSFET 等 。此类器件用于无源逆变(DC→AC) 和直流调压 （DC→DC）时，无须强迫换流回路，主回路结构简 单。另一个特点是可以大大提高开关频率，用脉宽调 制（PWM）技术控制功率器件的开通与关断，可大大 提高可控电源的质量。

  调压调速需要有专门向电动机供 电的可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电 源。

  综合型（综合应用多门课程）的专业课， 综合型（综合应用多门课程）的专业课，所学 知识的具体应用。包括理论教学及实验二部分。 知识的具体应用。包括理论教学及实验二部分。 理论教学：多思考、 理论教学：多思考、多分析 考核：期终考试80％ 考核：期终考试 ％ 平时20％： ％：a） 平时 ％： ）考勤 b）作业 ） c）学习态度 ）

  恒转矩调速方式 电机长期运行时，电枢电流应小于额定 值 IN，而电磁转矩 Te = KmΦ I 。 在调压调速范围内，励磁磁通不变，容 许的输出转矩也不变，称作“恒转矩调速 恒转矩调速 方式”。 方式

  运动控制系统（Motion Control System）也可称作电力 拖动控制系统（Control Systems of Electric Drive） 运动控制系统－－通过对电动机电压、电流、频率等 输入电量的控制，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。工业生产和科学 技术的发展对运动控制系统提出了日益复杂的要求， 同时也为研制和生产各类新型的控制装置提供了可能。

  现代运动控制已成为 电机学、电力电子技 术、微电子技术、计 算机控制技术、控制 理论、信号检测与处 理技术等多门学科相 互交叉的综合性学科

  电动机的结构和原理决定了运动控制系统的设计方法和 运行性能，新型电机的发明就会带出新的运动控制系统。 2．电力电子技术－－以电力电子器件为基础的功

  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。因此，转 矩控制是运动控制的根本问题。 在高性能的运动控制系统中，采用转速闭环控制， 用转速偏差来调节系统的动态转矩。

  1．电动机－－运动控制系统的控制对象 （1）直流电动机－－结构复杂，制造成本高，电刷和换 向器限制了它的转速与容量。 优点：易于控制。 （2）交流异步电动机 －－结构相对比较简单、制造容易 ，无需 机械换向器，其允许转速与容量均大于直流电动机 。 （3）同步电动机 －－转速等于同步转速，具有机械特性 硬 ，在恒频电源供电时调速较为困难，变频器的诞生 不仅解决了同步电动机的调速，还解决了其起动和失 步问题，有效地促进了同步电动机在运动控制中的应 用。 2．功率放大与变换装置－－执行手段 电力电子器件组成电力电子装置。

  • 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，获得可调的直流电压。。 • 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器获得可调的直流电压。 • 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生 可变的平均电压。

  三种调速方法的性能与比较 改变电阻只能有级调速； 减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速 范围不大，在基速以上作小范围的弱磁 升速。 调压调速能在较大的范围内无级平滑 调速。

  4．信号检测与处理－传感器 运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流、转速 和位置，为了真实可靠地得到这些信号，并实现功率 电路（强电）和控制器（弱电）之间的电气隔离，需 要相应的传感器。 精度－信号传感器必须有足够高的精度，才能保证控 制系统的准确性。 滤波－信号滤波，模拟控制系统常采用模拟器件构成 的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟滤 波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。

  3．微电子技术－－控制基础 微电子技术的快速发展，各种高性能的大规模或超大 规模的集成电路层出不穷，方便和简化了运动控制系 统的硬件电路设计及调试工作，提高了运动控制系统 的可靠性。高速、大内存容量、多功能的微处理器或 单片微机的问世，使各种复杂的控制算法在运动控制 系统中的应用成为可能，并大幅度的提升了控制精度。 4．计算机控制技术－－系统控制核心 (1) 计算机控制 (2) 计算机仿线) 计算机辅助设计

  在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越 弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩 与转速的乘积则不变，即容许功率不变， 为“恒功率调速方式 。 恒功率调速方式” 恒功率调速方式

  率放大与变换装置是弱电控制强电的媒介，是运 动控制系统的执行手段。在运动控制系统中作为电

  动机的可控电源，其输出电源质量直接影响运动控制系 统的运行状态和性能。新型电力电子器件的诞生必将产 生新型的功率放大与变换装置，对改善电动机供电电源 质量，提高系统运行性能，起到积极的推进作用。

  1.调节电枢供电电压 1.调节电枢供电电压 U 2.改变电枢回路电阻 R 2.改变电枢回路电阻 3.减弱励磁磁通 3.减弱励磁磁通 Φ

  • 工作条件： 保持励磁 Φ = ΦN ； 保持电阻 R = Ra • 调节过程： 改变电压 UN → U↓ U↓ →n ↓， n0 ↓ • 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线平行下移。

  运动控制的目的：控制电动机的转速和转角， 对于直线电动机来说是控制速度和位移

  直流电机 速度控制 位置控制 直流调速系统* 直流调速系统 直流伺服系统 交流电机

  直流调速系统－－第一篇，运动控制（ 直流调速系统－－第一篇，运动控制（一） －－第一篇 交流调速系统－－第二篇，运动控制（ 交流调速系统－－第二篇，运动控制（二） －－第二篇

  控制理论是运动控制系统的理论基础，是指导系统分 析和设计的依据。控制系统实际问题的解决常常能推 动理论的发展，而新的控制理论的诞生，诸如非线性 控制、自适应控制、智能控制等，又为研究和设计各 种新型的运动控制系统提供了理论依据。

  • 计算机具有强大的逻辑判断、数据计算和处理、信息传输等能力， 能进行各种复杂的运算，可以实现不同于一般线性调节的控制规 律，达到模拟控制系统难以实现的控制功能和效果。计算机控制 技术的应用使对象参数辨识、控制系统的参数自整定和自学习、 智能控制、故障诊断等成为可能，大幅度的提升了运动控制系统的智 能化和系统的可靠性。 • 在工程实际中，对于一些难以求得其精确解析解的问题，可以通 过计算机求得其数值解，这就是计算机数字仿真。计算机数字仿 真具有成本低，结构灵活，结果直观，便于贮存和进行数据分析 等优点。计算机辅助设计(CAD)是在数字仿真的基础上发展起来 的，在系统数学模型基础上进行仿真，按给定指标寻优进行计算 机辅助设计，已成为运动控制管理系统常用的分析和设计工具。

  • 工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； • 调节过程： 减小励磁 ΦN → Φ↓ Φ ↓ → n ↑， n0 ↑ • 调速特性： 转速上升，机械特 性曲线变软。

  • 运动控制管理系统的本质是反馈控制，即根据给定和输出的 偏差实施控制，最终缩小或消除偏差，运动控制管理系统需 通过传感器实时检测系统的运行状态，构成反馈控制， 并进行故障分析和故障保护。 • 由于实际检测信号往往带有随机的扰动，这些扰动信号 对控制管理系统的正常运行产生不利的影响，严重时甚至会 破坏系统的稳定性。为了保证系统安全可靠的运行，必 须对实际检测的信号进行滤波等处理，提高系统的抗干 扰能力。此外，传感器输出信号的电压、极性和信号类 型往往与控制器的需求不相吻合。所以，传感器输出信 号一般不能直接用于控制，需要进行信号转换和数据处 理。