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1、电力拖动自动控制系统,自动控制技术、电力电子技术与电气传动系统的相互关系。 电气传动自动控制系统的应用现状和前景,要点:, 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。 电力传动系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械的起动、停止、速度调节以及各种生产工艺过程的要求。,1什么是电力传动,2.构成, 电力拖动控制技术是以电动机为对象，以电力电子技术功率变换器为弱电控制强电的媒质，以自动控制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机为控制手段，掌握运动控制系统的控制规律及设计方法。 以控制规律为主线，根据实际学时，按照循序渐进的原则组织教学内容。,2.构成, 电机拖动
2、开环控制的调速方法已在电机与拖动基础课中讲授，本课以讲授闭环控制系统为主。主要包括： 直流调速控制技术 交流调速控制技术 计算机控制技术,3.特点,电力传动系统由电动机，控制装置以及被拖动的生产机械所组成。其主要特点是： 功率范围极大，单个设备的功率可以几毫瓦到几百兆瓦； 调速范围极宽，转速从每分钟几转到每分钟几十万转，在无变速机构的情况下调速范围可达1：10000； 适用范围极广，可适用于任何工作环境与各种各样的负载。如轧钢机、起重机、泵、风机、精密机床等,还有空调、冰箱、洗衣机等。,4.交直流调速系统的分类, 速度控制系统：即调速控制系统。例如电动机的转速调节，磁带的速度调节等等。 调速控
3、制系统又可分为: 直流调速 交流调速 两种，又常称为直流传动系统和交流传动系统。 各种控制系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统式最基本的电力拖动控制系统, 位置控制系统：即位置随动(伺服)系统。例如：液面位置的控制，雷达方位角的控制，火炮角位置的控制，机械加工小的轨迹控制等等。 张力控制系统：例如在加工各种带材和线材的过程中，必须保持一定的卷进卷出张力，才能使带材卷得紧而齐，线材拉得粗细均匀而不断。一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，驱动器（电机），张力检测器，制动器和离合器构成。,1电机5放卷辊2磁粉离合器6磁粉制动器3收卷辊7霍尔传感器4物料 8ZK-2型自动张力控制仪,转速
4、传感器检出收卷辊和放卷辊直径的连续变化，将卷料直径变化信号反馈给控制器，使其输出一个与之相适应的控制电流，自动控制磁粉制动器或磁粉离合器的激磁电流，随之递增或者递减，从而改变卷料筒的制动力矩，达到卷料恒张力的控制。, 多电机同步控制系统：即整个系统中有多个传动点，每个传动点由一个电动机拖动单元拖动，组成了多单元同步控制系统。,系统中各单元应能同时按规定的速度比稳定运行，并有良好的一致、单调性。系统对启、制动要求一般不高，启动时，一般缓慢均匀协调升速，制动时要求停车迅速协调。,5.电气传动的发展,直流电气传动功率部分的发展 最早出现的直流电气传动是交流电动机拖动直流发电机机组作为功率部分。 20
5、世纪50年代,推出了水银整流器给直流电动机供电, 是静止变流装置。玻壳易碎,运输不方便, 造价高, 维护麻烦。 第一代电力电子器件晶闸管，第二代电流控制型自关断器件(如GTO和BJT，低频(数千赫兹) 直流脉宽调制变换器)；第三代电场控制型自关断器件(如功率P-MOSFET和IGBT ，高频(数十甚至数百千赫兹) 直流脉宽调制变换器)。,开环控制单环控制多环控制; 分立元件电路控制小规模集成电路控制大规模集成电路控制 模拟电路控制数模电路混合控制数字电路控制; 硬件控制软件控制。,直流电气传动控制部分的发展,硬件设备标准化、模块化。采用微处理机扩大存储器容量的基础上,将硬件设备(包括微处理器、
6、存储器、I/O、各种接口、电源等)标准化、模块化,以增强通用性和提高柔性。 软件标准化、模块化,并采用可编程方式大力开发软件 现代控制理论及新型控制技术的开发应用。现代控制理论与微处理机技术相结合, 实现了自适应调节、观测器等。 开发新型数字式调节器。,直流电气传动控制部分的发展,交流电气传动的发展,静止式变压变频装置的发展 最早的VVVF 装置是旋转变频机组, 现在已全部让位于电力电子器件组成的静止式VVVF 装置。 采用第一代电力电子器件晶闸管构成可控整流器调压六拍逆变器调频 和 不可控整流斩波器调压六拍逆变器调频 两类间接式VVVF 装置及直接式VVVF 装置。电路复杂、功率因数低和谐波
7、成份高的缺点, 调速性能较差。 采用第二代和第三代电力电子器件全控型器件( GTO、BJT、PMOSFET和IGBT) 主要构成 不控整流SPWM 逆变器调压调频 的间接式VVVF 装置。开关元件的开关时间短, 允许开关频率就高, 其输出中的谐波成份就越低, 因此构成的调速系统调速性能就越优。,交流电气传动控制模式的发展 转速开环的恒压频比控制转速闭环转差频率控制矢量控制解耦控制模糊控制; 分立元件电路控制小规模集成电路控制大规模集成电路控制; 模拟电路控制数字电路控制; 硬件控制软件控制。 第一代电力电子器件构成的VVVF装置主要的控制模式是模拟电路实现的转速开环或转差频率控制。 第二代电力
8、电子器件构成的VVVF装置主要的控制模式是模拟和数字电路实现的矢量控制。 第三代电力电子器件构成的VVVF 装置主要的控制模式是数字电路及软件实现的矢量控制、解耦控制、模糊控制等。,本课程性质及其特点：,主要以系统设计为主,该课程涉及到自动控制理论、电力电子技术和电机与拖动基础三门课,要求：,作笔记,本课程属于专业必修课,准备两个作业本，按要求交作业,6. 课程的性质、任务和内容,7课程内容及学时分配,直流调速系统 （一）闭环控制的直流调速系统 (11学时) （二）转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 （8学时） （三）直流调速系统的数字控制 (4学时) （四）可逆调速系统和位置
9、随动系统 (5学时) 交流调速系统 （五）闭环控制的异步电动机变压调速系统一种转差功率消耗型调速系统 (4学时) （六）笼型异步电动机变压变频调速系统一转差功率不变型调速系统 （9学时） （七）绕线转子异步电机双馈调速系统一转差功率馈送型调速系统 （4学时） （八）同步电动机变压变频调速系统 （2学时）,8.课程教学目的及要求：,直流电动机为对象组成的运动控制，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法。 掌握以交流电动机为对象组成的运动控制,包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点。
10、 实验环节安排在专门的实验课程“电气控制实验” 。,9.教材：,陈伯时主编，电力拖动自动控制系统-运动控制系统 ，第3版，机械工业出版社，2003年 参考书目： 电力拖动控制系统李华德主编 电子工业出版社 2006年12月 运动控制系统李宁等 高等教育出版社 2004年7月 电力拖动自动控制系统习题例题集 童福尧 机械工业出版社 2001年5月,网站,1.学校教务处精品课程 2.中国运动控制网 3.中国工控网 4.自动化网 5.中国自动化网,常用符号表,1.元件和装置用的文字符号 2.常用缩写符号 3.参数和物理量文字符号,10.课程在本专业培养中的地位与作用, 运动控制系统是电气工程及其自动
11、化专业和自动化专业的核心课程； 既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范课程； 不但能培养系统的概念，还能培养应用基本理论与方法进行工程设计的能力，而且有利于学生建立以下几个观点，形成正确的认识论。,10.课程在本专业培养中的地位与作用(续),1）系统的观念 2）工程的观念 3）科技进步的观念 4）创新的观念,10.课程在本专业培养中的地位与作用(续),1）系统的观念：一个电路从信号输入、中间的处理到最后的输出，各级之间的增益分配、参数设置、逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘考虑、全面调试才能获得理想效果。运动控制系统课程特别有利于学生系统集
12、成的能力、综合应用能力、仿真能力的培养。,10.课程在本专业培养中的地位与作用(续),2）工程的观念：数学、物理的严格论证及精确计算到工程实际之间往往有很大差距，运动控制系统中的“工程设计”方法能引导学生的思维更切合工程实际。因而特别有利于学生工程观念的培养。,3）科技进步的观念：运动控制系统的发展，电子器件的换代，比其它任何技术都快，学习运动控制系统可以让人深刻地体会到，在科学技术飞速发展的时代，只有不断更新知识，才能不断前进。,10.课程在本专业培养中的地位与作用(续),4）创新的观念：在阐述电子器件的产生背景、电路构思、应用场合等问题时特别具有启发性，课程将控制理论与实际工程系统的分析、设计紧密结合、相互促进，能够充分发挥学生的想象力和创造力，因而特别有利于创新意识和创新能力的培养。学习这些内容的过程也有效地培养和训练了学生理论联系工程实际的学风。,10.课程在本专业培养中的地位与作用(续),