《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，對電動機轉速調節(jié)的控制，對電動機轉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，微電子技術，計算機控制技術，控制理論，信號檢測與處理技術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,以滿足生產工藝及其他應用的需要。工業(yè)生產和科學技術的發(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、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)組成和結構特點、分析和設計方法。

運動控制內容主要包括直流調速、交流調速和伺服系統(tǒng)三部分。直流調速部分主要介紹單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和以全控型功率器件為主的直流脈寬調速系統(tǒng)等內容；交流調速部分主要包括基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的調速系統(tǒng)、基于異步電動機動態(tài)模型的高性能調速系統(tǒng)以及串級調速系統(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和數(shù)字控制技術等內容。《運動控制系統(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。書中結合大量的工程實例，給出了其仿真分析、圖形或實驗數(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速系統(tǒng)，調節(jié)直流電動機的轉速有三種方法：改變電樞回路電阻調速閥，減弱磁通調速法，調節(jié)電樞電壓調速法。

變壓調速是是直流調速系統(tǒng)的主要方法，系統(tǒng)的硬件結構至少包含了兩部分：能夠調節(jié)直流電動機電樞電壓的直流電源和產生被調節(jié)轉速的直流電動機。隨著電力電子技術的發(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)控制的直流調速系統(tǒng)展開分析和討論。論述哦了轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的控制規(guī)律，分析了系統(tǒng)的靜差率，介紹了PI調節(jié)器和P調節(jié)器的控制作用。轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)能夠提高調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但動態(tài)性能仍不理想，轉速，電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是靜動態(tài)性能良好，應用最廣的直流調速系統(tǒng)；還介紹了轉速，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速系統(tǒng)。交流調速系統(tǒng)有異步電動機和同步電動機兩大類。異步電動機調速系統(tǒng)分為3類：轉差功率消耗型調速系統(tǒng)，轉差功率饋送型調速系統(tǒng)，轉差功率不變型調速系統(tǒng)。同步電動機的轉差率恒為零，同步電動機調速只能通過改變同步轉速來實現(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速系統(tǒng)中應用的特殊問題。并討論了轉速開環(huán)電壓頻率協(xié)調控制的變壓變頻調速系統(tǒng)和通用變頻器。詳細討論了轉速閉環(huán)轉差頻率控制系統(tǒng)的工作原理和控制規(guī)律，并介紹了變頻調速在恒壓供水系統(tǒng)中的應用實例。

矢量控制和直接轉矩控制是兩種基于動態(tài)模型的高性能的交流電動機調速系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)通過矢量變換和按轉子磁鏈定向，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)；直接轉矩控制系統(tǒng)利用轉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，實施電磁轉矩和定子磁鏈的控制。兩種交流電動機調速系統(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(第二章)

第二章轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和調節(jié)器設計方法

1、轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)及其靜特性

（1）轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成：內環(huán)和外環(huán)結構（2）穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性（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)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖（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速調節(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？抗電網電壓擾動靠哪個環(huán)來抑制？）（4）轉速和電流兩個調節(jié)器的作用（詳見教材59頁解釋）

（涉及的問題：兩個調節(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)

調速系統(tǒng)中電流環(huán)中電網電壓變化的擾動點）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)結構圖（理解即可）雙閉環(huán)系統(tǒng)的設計步驟：先內環(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調節(jié)器）轉速環(huán)組成典型Ⅱ型系統(tǒng)

作業(yè)：P95，2-133、轉速微分負反饋：（涉及的問題：采用轉速微分負反饋的目的？）4、弱磁控制的直流調速系統(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、轉矩和功率與轉速之間的關系？（理解教材92頁圖2-35的控制特性圖））

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