运动控制(部分)

第二章

  1. 直流PWM调速系统:不可控整流器,大电容滤波,H桥式PWM变换器
  2. 泵升电压:在可逆系统进入制动状态时,PWM功率变换器把机器能变成电能回馈到直流侧,但由于二极管整流器到单向导电作用,不能回馈到交流电网,只能向滤波电容充电,使电容两端电压升高,称为泵升电压。
  3. Rb的作用:能量释放回路。不能仅靠滤波电容来限制泵升电压。当泵升电压超过一定值时,VTb导通,多余的电能以铜损的形式消耗在电阻Rb上。
  4. R0的作用:限流电阻。启动时突然加入交流电源,此时滤波电容相当于短路,回路电流很大,容易损坏电力电子元件。加入R0起到限流的作用,在直流电压到达一定值或者经过一定延时后,闭合接触器触点k,减少损耗。

第三章

  1. 开环和闭环的区别:开环系统不能抑制负载扰动,转速降只由电机参数决定;闭环系统可以通过反馈抑制甚至消除负载扰动,大大减小转速降,从而降低静差率,扩大调速范围。闭环比开环获得更硬的稳态特性,在静差率一定的条件下有更大的调速范围。
    闭环调速的结构:多了转速检测装置和电压放大器
  2. 闭环控制系统的反馈控制规律:
    (1)只有比例的反馈控制系统,被控量有静差(有静差的根本原因:只要电机在运行,就必须有控制电压,就必须存在偏差电压);
    (2)作用是抵抗扰动,服从给定;
    (3)系统精度取决于给定和反馈检测的精度。
  3. 限流保护:电机启动或者堵转时电流很大,因此需要引入电流负反馈,只在电流达到一定程度时才出现。

第四章

  1. 转速单闭环系统不能按照要求充分地控制电流
  2. 启动过程分析:电流上升,恒流升速,转速调节。
    (1)电流上升阶段,突加给定U*之后,Uc,Ud0和Id迅速上升,但在Id到达负载电流前电机不会转动;此时ASR的输入偏差电压还是很大,输出限幅为Uim,Id也迅速上升,此时电机由于惯性,转速提高的不快,直到达到Idm,标志着这个阶段的结束。在电流上升阶段,ASR很快达到饱和,ACR不饱和。
    (2)第二阶段,恒流升速阶段,在这个阶段ASR保持饱和状态,ACR通过负反馈调节保持恒定电流值,此时转速线性增长。 (为什么电流不能到达Idm?因为ACR一般设计成PI调节器,对节约信号可以实现无静差,但是对斜坡信号有静差。而当转速线性增长时,扰动电流也是线性增长的斜坡信号,因此电流不能保持为Idm,而是略小于Idm。为了保证电流调节作用,应该保持ACR为不饱和状态,且设计电力电子装置时最大电压要保持余地。)
    (3)第三阶段,转速调节阶段。当转速到达n时,ASR输入为0,但由于积分作用,ASR输出仍为限幅值Uim,因此电流保持不变,转速继续上升,出现转速超调。转速高于n时,ASR输入偏差为负,退出饱和状态,但此时Id仍然大于负载电流,转速继续上升。直到Id=Idl后,转速到达最高值,随后下降,直到稳态。ASR起主导作用,ASR是电流跟随子系统。
  3. 启动过程的三个特点:(1)饱和非线性控制(2)转速超调(3)准时间最优控制
  4. 动态抗扰动性能分析:(1)抗负载扰动(2)抗电网电压扰动(比单闭环好)
  5. 转速调节的作用:(1)抗负载扰动(2)使得转速很快地跟随给定电压,PI调节器消除静差(3)输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
  6. 电流调节的作用:(1)快速跟随Ui变化(2)抗电网电压扰动(3)启动时保持最大电流,最大速度启动(4)堵转等异常情况下,限制电流最大值,保护电路。电路恢复正常时系统自动回复正常。
  7. 电流环的设计:以跟随性能为主,要求超调量小,选用I型系统
    转速环设计:抗干扰能力要强,选择二型系统。

第五章

• 转速测量 绝对式,增量式
• 测量精度指标:分辨率,误差率
• M法测速:系统定时器按采样周期定时发出采样脉冲信号,计数器记录下两个采样脉冲信号之间的旋转编码器脉冲个数M。
• T法测速:测出两个旋转编码器脉冲信号之间的时间,系统输出高频时钟信号,计数器记下两个旋转编码器脉冲之间的时钟脉冲个数。
• M/T法测速:M1M2计数同时开始和结束,检测周期由采样脉冲后第一个旋转编码器脉冲边沿决定。

第六章 异步电动机调速

  1. 调压调速:由于受到电动机绝缘和磁路饱和的限制,电压只能降低,因此又称为降压调速;气隙磁通随之电压降低而降低,因此属于弱磁调速。同步转速不变,Tm与U*2成正比。
  2. 变压变频调速
    • 基频以下为什么要保持磁通量为恒定值:基频以下运行时,如果磁通太弱,没有充分利用电动机的铁芯,是一种浪费;如果磁通太强,电动机铁芯饱和,导致过大的励磁电流,严重时会因绕组过热损坏电动机。此时可以看作“恒转矩调速”。
    • 恒压频比保持磁通量为定值。低频补偿:恒压频比中电压指的是励磁电压,但是一般很难测量到励磁电压,近似使用电源电压代替励磁电压,由于定子电阻和电感上有压降,在低频时励磁电压比较小,不好忽略定子电阻和电感上的压降,因此需要进行电压补偿。
    • 基频以上调速:由于电动机绝缘耐压和磁路饱和限制,基频以上电压不能再升高,只能保持不变,因此磁通量和频率成反比,可以看作“恒功率调速”。
    • 基频以下电压补偿:P127页图,a恒压频比,最容易实现;b恒定子磁通;c恒气隙磁通;d恒转子磁通,为一条直线,性能最佳。
  3. 电力电子变压变频器 SVPWM
    • 定义:把逆变器和交流电动机视为一体,以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作,称为“磁链跟踪控制”,磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的,又称为电压空间矢量PWM控制。
    • 基本思想:根据空间矢量的平行四边形合成法则,利用相邻两个有效的工作矢量合成期望的输出矢量
    • 实现:以开关损耗小和谐波分量小为原则,安排基本矢量和零矢量的作用顺序。有零矢量集中的实现集中的实现方法和零矢量分散的实现方法。零矢量集中的实现方法开关损耗最小,设计成对 称减小谐波分量。
  4. 泵升电压的抑制方法:(1)能量消耗回路(2)有源逆变器,能量回馈到电网
  5. 闭环转差频率控制
    • 直接使用转速闭环控制需要转速传感器,检测电路,和相应软件。转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统是基于异步电动机稳态模型的闭环转速控制系统。转速频率ws=sw1,恒压频比情况下,控制转差频率可以直接控制转矩。
    • 基本思想:保持气隙磁通不变的情况下,可以通过转差角频率来控制转矩。

第七章

  1. 动态模型的数学方程:磁链方程(包括自感和互感),电压方程,转矩方程,运动方程,特点:高阶,非线性,强耦合
  2. 3/2变换基本思想:三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效代替,等效的原则是产生的磁动势相等。
  3. 静止两相-旋转正交变换,转换成d励磁绕组和q伪静止电枢绕组,等效原则是旋转的磁动势相等,等效成直流电动机模型。
  4. 按转子磁链定向的矢量控制系统基本思想:通过坐标变换,在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中,得到等效的直流电机模型,仿照直流电机的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中的对应量,实现控制。
  5. 电流模型:根据磁链和电流关系的磁链方程计算转子磁链得到的模型;电压模型:电压方程中感应电动势就是磁链的变化率,取电动势的积分可以得到磁链。

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