重庆大学运动控制复习主要知识点文档格式.docx
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(2)Ton≤t≤T,VT1关断,电流VD2续流,电流流向2
正向制动:
(条件Ton<
T/2使Ud<
(3)0≤t≤Ton,VT2关断,VD1续流,电流流向4[电源回馈制动]
(4)Ton≤t≤T,VT2导通,电流流向3[能耗制动]
特:
轻载电动状态(电流小,关断后未到周期T已衰减到0,提前导通,电流方向发生变化)
(1)VD1续流,电流–id沿回路4流通;
(2)VT1导通,电流id沿回路1流通;
(3)VD2续流,电流id沿回路2流通;
(4)VT2导通,电流–id沿回路3流通。
2.性能指标及机械特性
(1)调速范围D:
电动机提供最高转速和最低转速之比,D=nmaxnmin
调速系统的调速范围指在最低速时还能满足所需静差率的调速范围
(2)静差率s:
某转速下运行,负载由理想空载增加到额定值所对应转差降落与理论空载转速之比s=∆nNn0
系统静差率指标应以最低速度时所能达到数值为准
(3)调速范围与静差率关系:
对静差率要求越严格,即s越小,系统能允许的调速范围也越小D=nNs∆nN(1-s)
(4)开环调速电力电子变换器:
Ud0=KsUc电动机n=Ud0-IdRCe=KsUcCe-IdRCe
3.转速反馈控制的直流调速系统
(1)静特性:
表示闭环系统电动机转速与负载电流(或转矩)间的稳态关系
静特性方程:
n=KpKsUn*Ce(1+k)-IdRCe(1+K)[∆Un=Un*-Un,Uc=Kp∆Un,Un=αn]
开环放大系数:
K=KpKsαCe[相当于反馈断开的输出到输入各环节放大系数乘积]
电动机放大系数:
Ce=En
(2)开环系统机械特性与闭环系统静特性的关系
开环系统机械特性方程可以写成:
n=KpKsUn*Ce-IdRCe
1)闭环系统静特性比开环系统静特性硬得多[转速降落∆ncl=∆nop1+k,1+k倍关系]
2)同一个n0值的开环和闭环系统,闭环系统静差小得多[scl=sop1+k]
3)静差率一定,闭环系统可大大提高调速范围[Dcl=(1+k)Dop]
以上三点优势,需要K足够大,即设置放大器及检测与反馈装置
(3)反馈控制规律:
1)比例反馈是有静差的控制系统2)抵抗扰动,服从给定3)系统精度依赖于给定和反馈检测的精度
(4)比例闭环调速系统稳定性
K<
Tm(Tl+Ts)+Ts2TlTs[Tl=LR,Tm=GD2R375CeCm,Ts=1f]
(5)比例,积分控制特点,有无静差的概念
有静差系统:
自动系统中,输入偏差是维系系统运行的基础,必然要产生静差
比例特点:
迅速响应,但有稳态误差(只取决于当前输入偏差)
积分特点:
消除稳态偏差,但响应缓慢(包含偏差全部历史),可以在误差为0时,保持终值,即在无静差情况下保持恒速运行,实现无静差调速
PI调节器则综合比例和微分的优点
(6)阶跃给定输入稳态误差
1)0型系统对于阶跃给定输入稳态有差——有差调速系统
2)1型系统对于阶跃给定输入稳态无差——无差调速系统
(7)电流截止负反馈(自动限制电枢电流的环节)
这种应用只在起动和堵转时存在,正常运行时消失,让电流随负载增减而变化,这种电流达到一定程度才出现的电流负反馈叫电流截止负反馈
n=KpKs(Un*+Ucom)Ce(1+k)-Id(R+kpksRs)Ce(1+K)
第三章
1.双闭环系统结构及静特性
(1)引入电流闭环的原因:
转速反馈(单闭环系统),用PI调节器实现稳态无静差,电流截止负反馈限制电枢电流,但不能理想控制电流(实际希望电流保持恒定最大值启动)
(2)闭环结构:
外环——转速环,内环——电流环均采用PI调节器
限幅:
转速调节器(ASR)决定电流给定的最大值
电流调节器(ACR)决定了电力电子变换器的最大输出值
调节器工作状态:
饱和:
输入量不在影响输出(开环)[电流调节器工作在不饱和]
不饱和:
PI作用使输入偏差电压在稳态时趋于零
2.动态过程
(1)第一阶段(0~t1)
Id<
Idl,电机不动;
Id≥Idl,电机起动,转速增长较慢,电枢电流Id迅速上升到Id≈Idm,Ui≈Uim*,
电流调节器压制Id增长标志此阶段结束
ASR很快进入并保持饱和状态,ACR一般不饱和
(2)第二阶段(t1~t2)
Id恒定,转速成线性增长
ASR始终饱和,ACR不饱和
Id无法到达Idm的原因:
ACR为PI调节器,可消除阶跃静差,但不能消除斜坡静差,电流闭环扰动为电机反电动势(斜坡扰动量)
(3)第三阶段(t2以后)
到给定转速,偏差为零,由于积分作用,转速继续上升,超速后ASR输入为负,Id和U*迅速下降,只要Id>
Idl,转速继续上升
到Id=Idl,转矩Te=Tl,电机开始在负载阻力下减速直道稳态
Id<
Idl情况:
当电流小于负载电流时,电机才能降速
(4)启动过程3个特点:
1)饱和非线性2)转速超调3)准时间最优控制
(5)抗扰动分析:
抗负载扰动:
靠ASR来产生作用(ACR之外)
抗电网电压扰动:
电流反馈可及时调节
3.转速调节器,电流调节器的作用
(1)转速调节器:
1)调速系统主导调节器,转速n很快跟踪Un*变化,稳态时减小转速误差
2)对负载变化其抗扰动作用
3)输出幅限决定电动机允许最大电流
(2)电流调节器
1)作用是使电流紧紧跟随给定电压Un*的变化
2)对电网电压波动起及时抗扰动的作用
3)动态过程中获得电机最大允许输出电流,加快动态过程
4)电机过载或堵转时,限制电枢电流最大值,起快速自动保护作用
第四章
1.直流PWM可逆调速系统
(1)桥式可逆PWM变换器运行
正向电动运行状态
1)第一阶段:
VT1和VT4导通,VT2和VT3截止,电流流向1号线,UAB=+Us
2)第二阶段:
VT1和VT4截止,VD2和VD3续流,电流流向2号线,UAB=-Us
正向制动运行状态
VT2和VT3截止,VD1和VD4续流,电流流向4号线,UAB=+Us
VT2和VT3导通,VT1和VT4保持截止,电流流向3号线,UAB=-Us
(2)正向电动,正向制动,轻载时输出电流、电压波形
(3)双极式控制的桥式可逆PWM变换器优缺点
优点:
1)电流一定连续2)可使电动机四象限运行3)电动机停止时有微振电流,能消除静摩擦死区4)低速平稳性好,调速范围大5)低速时,每个脉冲器件驱动脉冲较宽,有利于保证器件的可靠导通
缺点:
工作过程中,四个开关器件都可能出于开关状态,开关损耗大,而且可能发生上下桥臂直通的事故
2.V-M可逆直流调速系统
(1)对于相控整流器:
1)α<
90°
,晶闸管处于整流状态[电动机工作在第一象限]
2)α>
,晶闸管处于逆变状态[电动机工作在第四象限]
(2)两组晶闸管反并联的整流和逆变
1)正组整流电动运行:
VF处整流状态,αf<
,Ud0f>
E,n>
2)反组晶闸管逆变状态:
VR逆变状态,αr>
,|Ud0r|<
E,n<
(3)环流问题
1)什么是环流:
两组装置(VF和VR)同时工作时,便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管流通的短路电流,称为环流
2)环流的分类:
(1)静态环流:
1)直流平均环流:
晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流
2)瞬时脉动环流:
两组晶闸管输出的直流平均电压差为零,但因波形不同,瞬时电压差仍会产生脉动的环流
(2)动态环流:
可逆V-M处于过渡过程中的环流
2)解决环流问题:
(1)α=β配合控制:
使Ud0f=-Ud0r,可消除直流平均环流,仍会产生瞬时脉动环流——>
设4个环流电抗器Lc1,Lc2,Lc3,Lc4,以及更大Ld
(2)逻辑控制的无环流可逆系统:
当可逆系统中一组晶闸管工作时(不论是整流工作还是逆变工作),用逻辑关系控制使另一组处于完全封锁状态。
即没有直流平均环流,也没有瞬时脉动环流
第五章
1.异步电动机稳态数学模型
(1)机械特性:
公式不要求,Te与电压,极对数成正比,电源角频率成反比
图5-3,形状需要记忆,横轴转矩,纵轴转速
(2)调速方法:
改变机械特性参数1)电动机参数2)电压电源3)电源频率
(3)异步电动机气隙磁通有效值:
Eg=4.44f1NsKNs∅m
Eg气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值f1电源频率
Ns定子每相绕组串联的匝数∅m每极气隙磁通量
忽略定子绕线绕组和漏感抗压降后,Us≈Ug
2.异步电动机调压调速[了解]
(1)基本特征:
保持电源频率,只改变定子电压,同步转速保持为额定值不变(属于弱磁调速),临界转矩随Us减小而成二次方地下降[图5-5机械特性]
(2)实现:
通过增大转差功率,减小输出功率来降低转速,转差功率消耗在转子电阻上(转差功率消耗型)
3.变压变频基本原理[特别关注]
(1)基本原理:
交流调速希望∅m为恒值(如果磁通太弱,没有充分利用电机的铁心,是一种浪费;
如果过分增大磁通,又会使铁心饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕组过热而损坏电机),由Us≈Eg=4.44f1NsKNs∅m,控制好Eg和f1,便可达到控制气隙磁通∅m的目的。
[简答题:
为什么要做变压变频?
]
(2)基频以下调速:
恒压频比调速Usf1=常值(电动势较高时,忽略定子绕组的漏磁阻抗,认为定子相电压Us≈Eg;
低频时,定子绕组和漏磁阻抗的值不能再忽略,人为提升定子电压,补偿定子阻抗压降)
(3)基频以上调速:
弱磁调速(频率升高,定子电压受限不能提高)[控制特性图5-10]
(4)转差功率不变型:
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