《電力拖動自動控制系統(tǒng)》學習心得

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》學習心得

進入到大四我們接觸到了一門新的課程叫《電力拖動自動控制系統(tǒng)》,幾次課上下來發(fā)現(xiàn)這門課包含的內(nèi)容實在是太多了，涉及到了自動控制原理、電機拖動、電力電子和高數(shù)等多門學科的知識，讓我覺得學起來有點吃力。但經(jīng)過老師的細細梳理，使我慢慢對這門課程有了新的認識，電力拖動是以電動機作為原動機拖動機械設備運動的一種拖動方式。電力拖動裝置由電動機及其自動控制裝置組成。自動控制裝置通過對電動機起動、制動的控制，對電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的控制，對電動機轉(zhuǎn)矩的控制以及對某些物理參量按一定規(guī)律變化的控制等，可實現(xiàn)對機械設備的自動化控制。

現(xiàn)代運動控制已成為電機學，電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，計算機控制技術(shù)，控制理論，信號檢測與處理技術(shù)等多門學科相互交叉的綜合性學科。課上老師簡單介紹了運動控制及其相關學科的關系，隨著其他相關學科的不斷發(fā)展，運動控制系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，不斷提高系統(tǒng)的安全性，可靠性，在課上跟隨老師的思路，使我對運動控制系統(tǒng)有了更深刻的理解。

運動控制系統(tǒng)的任務是通過對電動機電壓，電流，頻率等輸入電量的控制,來改變工作機械的轉(zhuǎn)矩，速度，位移等機械量，使各種機械按人們期望的要求運行,以滿足生產(chǎn)工藝及其他應用的需要。工業(yè)生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展對運動控制系統(tǒng)提出了日益復雜的要求，同時也為研制和生產(chǎn)各類新型的控制裝置提供了可能。在前期課程控制理論、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、電力電子等課程的基礎上，學習以電動機為被控對象的控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)觀念、運動控制系統(tǒng)的基本理論和方法、初步的工程設計能力和研發(fā)同類系統(tǒng)的能力。

課堂上老師全面、系統(tǒng)、深入地介紹了運動控制系統(tǒng)的基本控制原理、系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)特點、分析和設計方法。

運動控制內(nèi)容主要包括直流調(diào)速、交流調(diào)速和伺服系統(tǒng)三部分。直流調(diào)速部分主要介紹單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和以全控型功率器件為主的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容；交流調(diào)速部分主要包括基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速系統(tǒng)、基于異步電動機動態(tài)模型的高性能調(diào)速系統(tǒng)以及串級調(diào)速系統(tǒng)；隨動系統(tǒng)部分介紹直、交流隨動系統(tǒng)的性能分析與動態(tài)校正等內(nèi)容。此外，書中還介紹了近幾年發(fā)展起來的多電平逆變技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)等內(nèi)容�！哆\動控制系統(tǒng)》既注重理論基礎，又注重工程應用，體現(xiàn)了理論性與實用性相統(tǒng)一的特點。書中結(jié)合大量的工程實例，給出了其仿真分析、圖形或?qū)嶒灁?shù)據(jù)，具有形象直觀、簡明易懂的特點。

第一部分中主要介紹直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速有三種方法：改變電樞回路電阻調(diào)速閥，減弱磁通調(diào)速法，調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法。

變壓調(diào)速是是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)至少包含了兩部分：能夠調(diào)節(jié)直流電動機電樞電壓的直流電源和產(chǎn)生被調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的直流電動機。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可控直流電源主要有兩大類，一類是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控直流電源；另一類是直流脈寬變換器，它先把交流電整流成不可控的直流電，然后用PWM方式調(diào)節(jié)輸出直流電壓。本章說明了兩類直流電源的特性和數(shù)學模型。當用可控直流電源和直流電動機組成一個直流調(diào)速系統(tǒng)時，它們所表現(xiàn)車來的性能指標和人們的期望值必然存在一個不小的差距，并做出了分析。開環(huán)控制系統(tǒng)無法滿足人們期望的性能指標，本章就閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)展開分析和討論。論述哦了轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，分析了系統(tǒng)的靜差率，介紹了PI調(diào)節(jié)器和P調(diào)節(jié)器的控制作用。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能夠提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但動態(tài)性能仍不理想，轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是靜動態(tài)性能良好，應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)；還介紹了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成及其靜特性，數(shù)學模型，并對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性進行了詳細分析。

第二部分主要介紹交流調(diào)速系統(tǒng)。交流調(diào)速系統(tǒng)有異步電動機和同步電動機兩大類。異步電動機調(diào)速系統(tǒng)分為3類：轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。同步電動機的轉(zhuǎn)差率恒為零，同步電動機調(diào)速只能通過改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，由于同步電動機極對數(shù)是固定的，只能采用變壓變頻調(diào)速。

本章介紹了基于等效電路的異步電動機穩(wěn)態(tài)模型，討論異步電動機變壓變頻調(diào)速的基本原理和基頻以下的電流補償控制。首先介紹了交流PWM變頻器的主電路，然后討論正選PWM（SPWM），電流跟蹤PWM（CFPWM）和電壓空間矢量PWM(SVPWM)三種控制方式，討論了電壓矢量與定子磁鏈的關系，最后介紹了PWM變頻器在異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中應用的特殊問題。并討論了轉(zhuǎn)速開環(huán)電壓頻率協(xié)調(diào)控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和通用變頻器。詳細討論了轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的工作原理和控制規(guī)律，并介紹了變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應用實例。

矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動態(tài)模型的高性能的交流電動機調(diào)速系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電機模型，然后按照直流電動機模型設計控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號，根據(jù)當前定子磁鏈矢量所在的位置，直接選取合適的定子電壓矢量，實施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。兩種交流電動機調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)優(yōu)良的靜，動態(tài)性能，各有所長，也各有不足之處。

作為一個即將踏入社會的畢業(yè)生，這學期的學習又讓我充實了不少，也給自己奠定了基礎，非常感謝呂庭老師對我們的幫助，以后進入到工作崗位一定會做到學以致用。

擴展閱讀：《電力拖動自動控制系統(tǒng)》教學要點總結(jié)(第二章)

第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器設計方法

1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

（1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成：內(nèi)環(huán)和外環(huán)結(jié)構(gòu)（2）穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性（3）各變量穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算（涉及的問題：穩(wěn)態(tài)運行時，ASR和ACR的輸入和輸出分別為多少？如作業(yè)2-2）

作業(yè)：P94，2-1、2-2、2-6

2、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能分析（1）動態(tài)數(shù)學模型（理解即可）

用傳遞函數(shù)表示的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（理解即可）

（2）起動過程分析（涉及的問題：三個階段中，ASR和ACR分別是飽和、不飽和、退飽和？）

電流上升的階段恒流升速階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段

（3）動態(tài)抗擾性能分析：主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能

（涉及的問題：負載擾動靠哪個環(huán)來抑制？抗電網(wǎng)電壓擾動靠哪個環(huán)來抑制？）（4）轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用（詳見教材59頁解釋）

（涉及的問題：兩個調(diào)節(jié)器都具有輸出限幅功能，其輸出限幅值都由什么來決定的）

（涉及的問題：ASR和ACR處于飽和與非飽和狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算問題，如作業(yè)中2-7、2-8）作業(yè)：P95，2-5、2-6、2-7、2-8（5）調(diào)節(jié)器的工程設計方法：

典型系統(tǒng)及其相應的性能指標

典型I、Ⅱ型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（掌握）、開環(huán)對數(shù)頻率特性（理解即可）

控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標：跟隨性能指標和抗擾性能指標的基本概念（掌握）典Ⅰ、Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)性能指標與參數(shù)的關系：

典I系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關系：（注意KT=0.5的參數(shù)關系與性能）

典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)的關系：只是分析了一種特定擾動下（該擾動所處位置為雙閉環(huán)

調(diào)速系統(tǒng)中電流環(huán)中電網(wǎng)電壓變化的擾動點）與參數(shù)的關系（理解即可）典Ⅱ系統(tǒng)跟隨性能指標與參數(shù)的關系：（注意h=0.5的參數(shù)關系與性能）

典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標和參數(shù)的關系：只是分析了一種特定擾動下（該擾動所處位置為雙閉環(huán)

調(diào)速系統(tǒng)中的負載擾動）與參數(shù)的關系（理解即可）

典型I、Ⅱ型系統(tǒng)在動態(tài)性能（如超調(diào)量、抗擾性能）上的主要差別（詳見教材71頁解釋）按工程設計方法設計ASR和ACR

雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（理解即可）雙閉環(huán)系統(tǒng)的設計步驟：先內(nèi)環(huán)、后外環(huán)先設計ACR：

電流環(huán)的簡化（理解即可）ACR的選擇（選PI調(diào)節(jié)器）

將電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)（注意校正過程：比例微分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的對消）再設計ASR：

電流環(huán)與轉(zhuǎn)速濾波環(huán)節(jié)的近似成一階慣性環(huán)節(jié)（理解即可）ASR的選擇（選PI調(diào)節(jié)器）轉(zhuǎn)速環(huán)組成典型Ⅱ型系統(tǒng)

作業(yè)：P95，2-133、轉(zhuǎn)速微分負反饋：（涉及的問題：采用轉(zhuǎn)速微分負反饋的目的？）4、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)：

（涉及的問題：變壓與弱磁如何配合控制？（基速以下及基速以上？））（涉及的問題：變壓與弱磁配合控制中電壓、磁通、轉(zhuǎn)矩和功率與轉(zhuǎn)速之間的關系？（理解教材92頁圖2-35的控制特性圖））

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