运动控制系统-绪论.优秀PPT.ppt

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1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统运动限制系统电话：电话：QQ:下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程的性质课程的性质u本课程属于专业必修课；本课程属于专业必修课；本课程属于专业必修课；本课程属于专业必修课；u主要以系统设计为主；主要以系统设计为主；主要以系统设计为主；主要以系统设计为主；u本课程主要涉及到自动限制理论、电力电子技本课程主要涉及到自动限制理论、电力电子技本课程主要涉及到自动限制理论、电力电子技本课程主要涉及到自动限制理论、电力电子技术和电机与拖动基础三门专业课。术和电机与拖动基础三门专业课。术和电机与拖动基础三门专业课

2、。术和电机与拖动基础三门专业课。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程的概述课程的概述运动限制系统是以电动机为对象，以电力电子技运动限制系统是以电动机为对象，以电力电子技运动限制系统是以电动机为对象，以电力电子技运动限制系统是以电动机为对象，以电力电子技术功率变换器为弱电限制强电的媒质，以自动限术功率变换器为弱电限制强电的媒质，以自动限术功率变换器为弱电限制强电的媒质，以自动限术功率变换器为弱电限制强电的媒质，以自动限制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机制理论为分析和设计基础，以电子线路或计算机制理论为分析和设计基础，以电

3、子线路或计算机为限制手段，驾驭运动限制系统的限制规律及设为限制手段，驾驭运动限制系统的限制规律及设为限制手段，驾驭运动限制系统的限制规律及设为限制手段，驾驭运动限制系统的限制规律及设计方法。计方法。计方法。计方法。电能电能机械能机械能下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用本课程是自动化专业的核心课程；本课程是自动化专业的核心课程；本课程是自动化专业的核心课程；本课程是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，是一既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一既

4、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门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范课程；课程；课程；课程；本课程不但能培育系统的概念，还能培育应用基本课程不但能培育系统的概念，还能培育应用基本课程不但能培育系统的概念，还能培育应用基本课程不但能培育系统的概念，还能培育应用基本理论与方法进行工程设计的实力。本理论与方法进行工程设计的实力。本理论与方法进行工程设计的实力。本理论与方法进行工程设计的实力。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培

5、育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用学习本课程有利于建立以下几个观点，形成正确学习本课程有利于建立以下几个观点，形成正确学习本课程有利于建立以下几个观点，形成正确学习本课程有利于建立以下几个观点，形成正确的相识：的相识：的相识：的相识：系统的观念系统的观念系统的观念系统的观念工程的观念工程的观念工程的观念工程的观念科技进步的观念科技进步的观念科技进步的观念科技进步的观念创新的观念创新的观念创新的观念创新的观念下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用系统的观念：一个电路从信号输入、中间的处理系统的观念：一个电

6、路从信号输入、中间的处理系统的观念：一个电路从信号输入、中间的处理系统的观念：一个电路从信号输入、中间的处理到最终的输出，各级之间的增益安排、参数设置、到最终的输出，各级之间的增益安排、参数设置、到最终的输出，各级之间的增益安排、参数设置、到最终的输出，各级之间的增益安排、参数设置、逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘考虑、全面调试才能获得志向效果。运动限制考虑、全面调试才能获得志向效果。运动限制考虑、全面调试才能获得志向效果。运动限制考虑、全面调试才能获得志向效

7、果。运动限制系统课程特殊有利于学生系统集成系统课程特殊有利于学生系统集成系统课程特殊有利于学生系统集成系统课程特殊有利于学生系统集成 的实力、综的实力、综的实力、综的实力、综合应用实力、仿真实力的培育合应用实力、仿真实力的培育合应用实力、仿真实力的培育合应用实力、仿真实力的培育下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用工程的观念：数学、物理的严格论证及精确计算工程的观念：数学、物理的严格论证及精确计算工程的观念：数学、物理的严格论证及精确计算工程的观念：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，运动限

8、制系到工程实际之间往往有很大差距，运动限制系到工程实际之间往往有很大差距，运动限制系到工程实际之间往往有很大差距，运动限制系统中的统中的统中的统中的“工程设计工程设计工程设计工程设计”方法能引导学生的思维更方法能引导学生的思维更方法能引导学生的思维更方法能引导学生的思维更切合工程实际。因而特殊有利于学生工程观念的切合工程实际。因而特殊有利于学生工程观念的切合工程实际。因而特殊有利于学生工程观念的切合工程实际。因而特殊有利于学生工程观念的培育。培育。培育。培育。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用科技进步的观念：运

9、动限制系统的发展，电科技进步的观念：运动限制系统的发展，电科技进步的观念：运动限制系统的发展，电科技进步的观念：运动限制系统的发展，电子器件的换代，比其它任何技术都快，学习运子器件的换代，比其它任何技术都快，学习运子器件的换代，比其它任何技术都快，学习运子器件的换代，比其它任何技术都快，学习运动限制系统可以让人深刻地体会到，在科学技动限制系统可以让人深刻地体会到，在科学技动限制系统可以让人深刻地体会到，在科学技动限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，只有不断更新学问，才能不术飞速发展的时代，只有不断更新学问，才能不术飞速发展的时代，只有不断更新学问，才能不术飞速发展的时代，只

10、有不断更新学问，才能不断进步。断进步。断进步。断进步。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页课程在本专业培育中的地位与作用课程在本专业培育中的地位与作用创新的观念：在阐述电子器件的产生背景、电路创新的观念：在阐述电子器件的产生背景、电路创新的观念：在阐述电子器件的产生背景、电路创新的观念：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殊具有启发性，课程构思、应用场合等问题时特殊具有启发性，课程构思、应用场合等问题时特殊具有启发性，课程构思、应用场合等问题时特殊具有启发性，课程将限制理论与实际工程系统的分析、设计紧密结将限制理论与实际工程系统的分析、设计紧密结将限制理

11、论与实际工程系统的分析、设计紧密结将限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合、相互促进，能够充分发挥学生的想象力和创合、相互促进，能够充分发挥学生的想象力和创合、相互促进，能够充分发挥学生的想象力和创建力，因而特殊有利于创新意识和创新实力的培建力，因而特殊有利于创新意识和创新实力的培建力，因而特殊有利于创新意识和创新实力的培建力，因而特殊有利于创新意识和创新实力的培育。育。育。育。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页考试方法考试方法平常成果平常成果平常成果平常成果20%20%（包括出勤、作业）；（包括出勤、作业）；（包括出勤、作

12、业）；（包括出勤、作业）；试验试验试验试验20%20%（包括试验操作、试验报告）；（包括试验操作、试验报告）；（包括试验操作、试验报告）；（包括试验操作、试验报告）；期末笔试开卷期末笔试开卷期末笔试开卷期末笔试开卷60%60%。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电力拖动自动限制系统电力拖动自动限制系统 运动限制系统运动限制系统第1章 绪论下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页内内 容容 提提 要要运动限制系统及其组成运动限制系统及其组成运动限制系统的历史与发展运动限制系统的历史与发展运动限制系统转矩限制规律运动限制系统转矩限制规律生产机械的负载转矩特

13、性生产机械的负载转矩特性下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0-1 运动限制及其相关学科运动限制及其相关学科电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机限制技术、限制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。图0-1运动限制及其相关学科下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1电机学电动机是运动限制系统的限制对象电动机的结构和原理确定了运动限制系统的设计方法和运行性能，新型电机的独创就会带出新的运动限制系统。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页2电力电子技术以电力电子器件为基础的功率放大与变换装置是弱电限制强电的媒介，是运

14、动限制系统的执行手段。在运动限制系统中作为电动机的可控电源，其输出电源质量干脆影响运动限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，起到主动的推动作用。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页3微电子技术限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，便利和简化了运动限制系统的硬件电路设计及调试工作，提高了运动限制系统的牢靠性。高速、大内存容量、多功能的微处理器或单片微机的问世，使各种困难的限制算法在运动限制系统中的应用成为可能，并大大提高了限制精度。4计算机限制技术

15、系统限制核心(1)计算机限制(2)计算机仿真 (3)计算机协助设计下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页在工程实际中，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，结构敏捷，结果直观，便于贮存和进行数据分析等优点。计算机协助设计(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协助设计，已成为运动限制系统常用的分析和设计工具。计算机具有强大的逻辑推断、数据计算和处理、信息传输等实力，能进行各种困难的运算，可以实现不同于一般线性调整的限制规律，达到模拟限制系统难以实

16、现的限制功能和效果。计算机限制技术的应用使对象参数辨识、限制系统的参数自整定和自学习、智能限制、故障诊断等成为可能，大大提高了运动限制系统的智能化和系统的牢靠性。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页5信号检测与处理技术限制系统的“眼睛”运动限制系统的本质是反馈限制，即依据给定和输出的偏差实施限制，最终缩小或消退偏差，运动限制系统需通过传感器实时检测系统的运行状态，构成反馈限制，并进行故障分析和故障爱护。由于实际检测信号往往带有随机的扰动，这些扰动信号对限制系统的正常运行产生不利的影响，严峻时甚至会破坏系统的稳定性。为了保证系统平安牢靠的运行，必需对实际检测的信号进行滤波等

17、处理，提高系统的抗干扰实力。此外，传感器输出信号的电压、极性和信号类型往往与限制器的需求不相吻合。所以，传感器输出信号一般不能干脆用于限制，须要进行信号转换和数据处理。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页6限制理论系统分析和设计的依据 限制理论是运动限制系统的理论基础，是指导系统分析和设计的依据。限制系统实际问题的解决常常能推动理论的发展，而新的限制理论的诞生，诸如非线性限制、自适应限制、智能限制等，又为探讨和设计各种新型的运动限制系统供应了理论依据。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0-20-2运动限制系统及其组成运动限制系统及其组成图图0-2

18、运动限制系统及其组成运动限制系统及其组成下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的限制对象运动限制系统的限制对象电动机电动机l从类型上分从类型上分l直流电动机、沟通感应电动机（沟通异步电动机）直流电动机、沟通感应电动机（沟通异步电动机）和沟通同步电动机。和沟通同步电动机。l从用途上分从用途上分l用于调速系统的拖动电动机和用于伺服系统的伺服用于调速系统的拖动电动机和用于伺服系统的伺服电动机。电动机。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电动机运动限制系统的限制对象（1）直流电动机结构困难，制造成本高，电刷和换向器限制了它的转速与容量。优点：易于限

19、制。（2）沟通异步电动机 结构简洁、制造简洁，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限制中的应用下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的功率放大与变换装置运动限制系统的功率放大与变换装置l电力电子型功率放大与变换装置电力电子型功率放大与变换装置 半控型向全控型发展半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功率模块发展分立的器件向

20、具有复合功能的功率模块发展下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页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。电力电子器件：第一代：半控型器件，如SCR，便利地应用于相控整流器(ACDC)和有源逆变器(DCAC)，但用于无源逆变(DCAC)或直流PWM方式调压（DCDC）时，必需增加强迫换流回路，使电路结构困难。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页其次代：全控型器件，如GTO、BJT、IGBT等。此类器件用于无源逆变(DCAC)和直流调压（DCDC）时，无须强迫换流回路，主回路结构简洁。另一个特点是可以大大提高开关频率，用脉宽调制（PWM）技

21、术限制功率器件的开通与关断，可大大提高可控电源的质量。第三代：特点是由单一的器件发展为具有驱动、爱护功能的复合功率模块，提高了运用的平安性和牢靠性。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的限制器运动限制系统的限制器l模拟限制器模拟限制器l物理概念清晰、限制信号流向直观物理概念清晰、限制信号流向直观l限制规律体现在硬件电路限制规律体现在硬件电路l线路困难、通用性差线路困难、通用性差l限制效果受到器件性能、温度等因素的限制效果受到器件性能、温度等因素的影响影响下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的限制器运动限制系统的限制器l以微处理

22、器为核心的数字限制器以微处理器为核心的数字限制器l硬件电路标准化程度高硬件电路标准化程度高l限制规律体现在软件上，修改敏捷便利限制规律体现在软件上，修改敏捷便利l拥有信息存储、数据通信和故障诊断等拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能功能下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的限制器运动限制系统的限制器l模拟限制器模拟限制器l 并行运行，限制器的滞后时间小。并行运行，限制器的滞后时间小。l微处理器数字限制器微处理器数字限制器l 串行运行方式，其滞后时间比模拟限制器大得串行运行方式，其滞后时间比模拟限制器大得多，在设计系统时应予以考虑。多，在设计系统时应予以考虑。

23、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运动限制系统的信号检测与处理运动限制系统的信号检测与处理l信号检测信号检测 电压、电流、转速和位置等信号电压、电流、转速和位置等信号l信号转换信号转换 电压匹配、极性转换、脉冲整形等电压匹配、极性转换、脉冲整形等l数据处理数据处理 信号滤波信号滤波下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页信号检测与处理传感器运动限制系统中常用的反馈信号是电压、电流、转速和位置，为了真实牢靠地得到这些信号，并实现功率电路（强电）和限制器（弱电）之间的电气隔离，须要相应的传感器。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页信号

24、检测与处理传感器精度信号传感器必需有足够高的精度，才能保证限制系统的精确性。滤波信号滤波，模拟限制系统常接受模拟器件构成的滤波电路，而计算机数字限制系统往往接受模拟滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.3 运动限制系统的历史与发展运动限制系统的历史与发展l电力电子技术和微电子技术带动了新一代沟通电力电子技术和微电子技术带动了新一代沟通调速系统的兴起与发展，打破了直流调速系统调速系统的兴起与发展，打破了直流调速系统一统高性能拖动天下的格局。一统高性能拖动天下的格局。l进入进入21世纪后，用沟通调速系统取代直流调速世纪后，用沟通调速

25、系统取代直流调速系统已成为不争的事实。系统已成为不争的事实。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.3运动限制系统的历史与发展运动限制系统的历史与发展l直流调速系统直流调速系统l直流电动机的数学模型简洁，转矩易直流电动机的数学模型简洁，转矩易于限制。于限制。l换向器与电刷的位置保证了电枢电流换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.3 运动限制系统的历史与发展运动限制系统的历史与发展l沟通调速系统沟通调速系统l沟通电动机（尤其是笼型感应电

26、动机）沟通电动机（尤其是笼型感应电动机）结构简洁结构简洁l沟通电动机动态数学模型具有非线性沟通电动机动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质，比直流电动机困难得多。多变量强耦合的性质，比直流电动机困难得多。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页沟通调速系统沟通调速系统l基于稳态模型的沟通调速系统基于稳态模型的沟通调速系统l 转速开环的变压变频调速转速开环的变压变频调速l 转速闭环的转差频率限制系统转速闭环的转差频率限制系统l 动态性能无法与直流调速系统相比动态性能无法与直流调速系统相比l基于动态模型的沟通调速系统基于动态模型的沟通调速系统l 矢量限制系统矢量限制系统l 干脆

27、转矩限制系统干脆转矩限制系统l 动态性能良好，取代直流调速系统动态性能良好，取代直流调速系统下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.3运动限制系统的历史与发展运动限制系统的历史与发展l同步电动机沟通调速系统同步电动机沟通调速系统l同步电动机的转速与电源频率严格保同步电动机的转速与电源频率严格保持同步，机械特性硬。持同步，机械特性硬。l 电力电子变频技术的发展，成功地解决了阻电力电子变频技术的发展，成功地解决了阻碍同步电动机调速的失步和启动两大问题。碍同步电动机调速的失步和启动两大问题。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页l忽视阻尼转矩和扭转弹性转矩，

28、运动限制系统的简化忽视阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动限制系统的简化运动方程式运动方程式0.4 运动限制系统的转矩限制规律 机械转动惯量，转子的机械角速度，转子的机械转角，运动限制的目的：限制电动机的转速和转角，对于直线电动机来说是限制速度和位移 运动限制系统的基本运动方程式运动限制系统的基本运动方程式下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页l转矩限制是运动限制的根本问题转矩限制是运动限制的根本问题l 要限制转速和转角，唯一的途径就是限制电要限制转速和转角，唯一的途径就是限制电动机的电磁转矩，使转速变更率按人们期望的规律动机的电磁转矩，使转速变更率按人们期望的规律变更。变更。0.

29、4 运动限制系统的转矩限制规律运动限制系统的转矩限制规律 电磁转矩下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页l磁链限制同样重要磁链限制同样重要l 为了有效地限制电磁转矩，充分利用电机铁为了有效地限制电磁转矩，充分利用电机铁芯，在确定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转芯，在确定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，必需在限制转矩的同时也限制磁通（或磁链）。矩，必需在限制转矩的同时也限制磁通（或磁链）。0.4 运动限制系统的转矩限制规律运动限制系统的转矩限制规律 磁通下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页0.4 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性l生生

30、产产机机械械的的负负载载转转矩矩是是一一个个必必定定存存在在的的不不行行控控扰扰动动输入。输入。l归归纳纳出出几几种种典典型型的的生生产产机机械械负负载载转转矩矩特特性性，实实际际负负载载可可能能是是多多个个典典型型负负载载的的组组合合，应应依依据据实实际际负负载载的的具体状况加以分析。具体状况加以分析。负载转矩下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页恒转矩负载恒转矩负载 负载转矩的大小恒定，负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载称作恒转矩负载a）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载 b)抗拒性恒转矩负载抗拒性恒转矩负载图1-3 恒转矩负载例如：起重机提升下放重物。例如：皮带运输机、机床刀架平移和行走机构等由摩擦力产生的转矩等，是阻碍运动的制动转矩。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页恒功率负载恒功率负载l负载转矩与转速成反比，负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒而功率为常数，称作恒功率负载功率负载图1-4 恒功率转矩负载 例如：由于汽车的发动机的输出功率确定，当爬坡时须要低速运行，而在平路则可行驶。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页风机、泵类负载风机、泵类负载 l负载转矩与转速的平负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、方成正比，称作风机、泵类负载泵类负载图1-5 风机、泵类负载