第1章緒論1、電機的分類發電機（其他能T電能）直流發電機和交流發電機電動機（電能T其他能）直流電動機：有換向器直流電動機（串勵、并勵、復勵、他勵）和無換向器直流電動機（又屬于一種特殊的同步電動機）交流電動機：同步電動機異步電動機：鼠籠式、繞線式、伺服電機控制電機：旋轉變壓器自整角機力矩電機測速電機步進電機（反應式、永磁式、混合式）2、根據直流電機轉速方程U-IR

n—n—轉速（r/min）；U一電樞電壓（V）I—G電樞電流（A）；R一電樞回路總電阻（）；①一勵磁磁通（Wb）；Ke一由電機結構決定的電動勢常數。三種方法調節電動機的轉速:（1）調節電樞供電電壓U；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻R。調壓調速：調節電壓供電電壓進行調速，適應于：UWUnom，基頻以下，在一定范圍內無級平滑調速。弱磁調速：無級，適用于eW^nom,—般只能配合調壓調速方案，在基頻以上（即電動機額定轉速以上）作小范圍的升速。變電阻調速：有級調速。問題3：請比較直流調速系統、交流調速系統的優缺點，并說明今后電力傳動系統的發展的趨勢。*直流電機調速系統優點：調速范圍廣，易于實現平滑調速，起動、制動性能好，過載轉矩大，可靠性高，動態性能良好。缺點：有機械整流器和電刷，噪聲大，維護困難；換向產生火花，使用環境受限；結構復雜，容量、

轉速、電壓受限。*交流電機調速系統（正好與直流電機調速系統相反）優點：異步電動機結構簡單、堅固耐用、維護方便、造價低廉，使用環境廣，運行可靠，便于制造大容量、高轉速、高電壓電機。大量被用來拖動轉速基本不變的生產機械。缺點：調速性能比直流電機差。*發展趨勢：用直流調速方式控制交流調速系統，達到與直流調速系統相媲美的調速性能；或采用同步電機調速系統.第2章閉環控制的直流調速系統1、常用的1、常用的可控直流電源有以下三種2、3、4、晶閘管觸發和整流裝置的放大系數和傳遞函數旋轉變流機組一一用交流電動機和直流發電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。2、3、4、晶閘管觸發和整流裝置的放大系數和傳遞函數相控整流器——把交流電源直接轉換成可控的直流電源。直流斬波器或脈寬調制變換器一一先用不可控整流交流電變換成直流電，然后用PWM脈寬調制方式調節輸出的直流電壓。由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發電機G實現變流，由G給需要調速的直流電動機M供電，調節G的勵磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調節電動機的轉這樣的調速系統簡稱G-M系統，國際上通稱Ward-Leonard系統。晶閘管-電動機調速系統（簡稱V-M系統，又稱靜止的Ward-Leonard系統），其滯后效應是由晶閘管的失控在動態過程中，可把晶閘管觸發與整流裝置看成是一個純滯后環節時間引起的。其滯后效應是由晶閘管的失控傳遞函數近似成一階慣性環節。1+Tss5、采用脈沖寬度調制（PWM）的高頻開關控制方式形成的脈寬調制變換器-直流電動機調速系統,簡稱直流脈寬調速系統，即直流PWM調速系統。PWM系統的優點（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少;（2）開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小;（3）低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，可達1:10000左右

⑷若與快速響應的電機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強;(5)功率開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高;(6)直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。6、PWM控制與變換器的數學模型PWM控制與變換器(簡稱PWM裝置)也可以看成是一個滯后環節，其傳遞函數可以寫成Ks—PWM裝置的放大系數；Ts—PWM裝置的延遲時間，TsWTOw(s)=叩也=ke-ysU(s)ss7、當開關頻率為10kHz時，T=，在一般的電力拖動自動控制系統中，時間常數這么小的滯后環節可以近似看成是一個一階慣性環奏)因此,s節可以近似看成是一個一階慣性環奏)因此,s與晶閘管裝置傳遞函數完全一Ms—Ts+1s8、調速系統的轉速控制要求調速——在一定的最高轉速和最低轉速范圍內，分擋地(有級)或平滑地(無級)調節轉速;穩速一一以一定的精度在所需轉速上穩定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量；加、減速——頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產率；不宜經受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩。n—max9、調速范圍：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母D表示,即D=靜差率：當系統在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降落n—maxnN，與理想空載轉速n0之比，稱作靜差率s，即AnS=——NnN=n0-nNn0nN=n0-nN10、調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。調速系統的靜差率指標應以最低速時所能達到的數值為準。一個調速系統的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差案的轉速&調范圍。An(1一s)11、系統特性比較閉環系統靜性可以比開環系統機械特性硬得多。An二

cl1+K

（2）如果比較同一的開環和閉環系統，則閉環系統的靜差率要小得多。（3）當要求的靜差率一定時，閉環系統可以大大提高調速范圍。s==cl1+K（4）要取得上述三項優勢，閉環系統必須設置放大器。D=（1+k）Dclop閉環調速系統可以獲得比開環調速系統硬得多的穩態特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。12、反饋控制規律（1.）比例控制的反饋控制系統是被調量有靜差的控制系統：【閉環系統的開環放大系數K值越大,一RI系統的穩態性能越好。然而，Kp二常數，穩態速差就只能減小，卻不可能消除。加/二?WclC（I+K）（2.）反饋控制系統的作用是：抵抗擾動，服從給定6反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環包圍的前向通道上的擾動。抗擾性能是反饋控制系統最突出的特征之一。（3）系統的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。反饋控制系統的規律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環內前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。13、采用比例積分調節器的閉環調速系統是無靜差調速系統。積分控制可以使系統在無靜差的情況下保持恒速運行，實現無靜差調速。比例調節器的輸出只取決于輸入偏差量的現狀；而積分調節器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。PI調節器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規律的優點，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩態偏差。14、無靜差調速系統的穩態參數計算很簡單，在理想情況下，穩態時Un=0,因而Un二Un*,U*nmax可以按式（1-67）直接計算轉速反饋系數a15、為了解決反饋閉環調速系統的起動和堵轉時電流過大的問題，系統中必須有自動限制電樞電流的環節。U*nmax如果采用某種方法，當電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉速

負反饋起作用控制轉速。這種方法叫做電流截止負反饋，簡稱截流反饋。16、微機數字控制系統的主要特點是離散化和數字化：離散化：為了把模擬的連續信號輸入計算機，必須首先在具有一定周期的采樣時刻對它們進行實時采樣，形成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，這就是離散化。數字化：采樣后得到的離散信號本質上還是模擬信號，還須經過數字量化，即用一組數碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將它轉換成數字信號，這就是數字化。17、由光電式旋轉編碼器產生與被測轉速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉換為以數字形式表示的轉速值。脈沖數字（P/D）轉換方法：（1）M法一脈沖直接計數方法；M法測速只適用于高速段。（2）T法一脈沖時間計數方法；T法測速適用于低速段。（3）M/T法一脈沖時間混合計數方法。M/T法測速可在較寬的轉速范圍內，具有較高的測速精度。18、數字控制器不僅能夠實現模擬控制器的數字化，而且可以突破模擬控制器只能完成線性控制規律的局限，完成各類非線性控制、自適應控制乃至智能控制等等，大大拓寬了控制規律的實現范疇。智能控制特點：控制算法不依賴或不完全依賴于對象模型，因而系統具有較強的魯棒性和對環境的適應性。第3章轉速、電流雙閉環直流調速系統和調節器的工程設計方法1、轉速調節器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調節器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2、雙閉環調速系統在穩態工作中，當兩個調節器都不飽和時，各變量之間有下列關系U*=U=an=andL32-7雙閉環直流倘逗呆茨起卻時的轉通用電流浪形U_Uo_"+ir_cy:/a+、rc=~lt~eKdenK~dL32-7雙閉環直流倘逗呆茨起卻時的轉通用電流浪形比例環節的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調節器則不然，其輸出量在動態過程中決定于輸入量的積分，達到穩態時,輸入為零，輸出量的穩態值與輸入無關，而是由它后面環節的需要決定的。后面需要PI調節器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。3、起動過程分析在起動過程中轉速調節器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況【1】電流上升階段（0~t1）。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態，而ACR-般不飽和。【2】恒流升速階段（t1~t2），是起動過程中的主要階段。為了保證電流環的主要調節作用，在起動過程中ACR是不應飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設計時必須注意的。系統的加速度恒定，轉速呈線性增長。【3】第III階段轉速調節階段（t2以后）在這最后的轉速調節階段內，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導的轉速調節作用，而ACR則力圖使Id盡快地跟隨其給定值U*i,或者說，電流內環是一個電流隨動子系統。4、雙閉環直流調速系統的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線性控制；（2）轉速超調；（3）準時間最優控制5、在雙閉環系統中，由電網電壓波動引起的轉速動態變化會比單閉環系統小得多。6、雙閉環直流調速系統中轉速調節器的作用（1）轉速調節器是調速系統的主導調節器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓變化，穩態時可減小轉速誤差，如果采用PI調節器，則可實現無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。電流調節器的作用（1）作為內環的調節器，在外環轉速的調節過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環調節器的輸出量）變化。（2）對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉速動態過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態過程。（4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。這個作用對系統的可靠運行來說是十分重要的。7、【1】跟隨性能指標：常用的階躍響應跟隨性能指標有tr一上升時間；一超調量；ts一調節時間。【2】抗擾性能指標標志著控制系統抵抗擾動的能力。常用的抗擾性能指標有Cmax—動態降落；tv—恢復時間。一般來說，調速系統的動態指標以抗擾性能為主，而隨動系統的動態指標則以跟隨性能為主。8、在階躍輸入下的I型系統穩態時是無差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩態誤差，且與K值成反比；在加速度輸入下穩態誤差為。因此，1型系統不能用于具有加速度輸入的隨動系統。9、典型I型系統在跟隨性能上可以做到超調小，但抗擾性能稍差，典型II型系統的超調量相對較大，抗擾性能卻比較好。這是設計時選擇典型系統的重要依據。系統設計的一般原則：“先內環后外環”電流的閉環控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(內環)控制的一個重要功能。外環的響應比內環慢，這是按上述工程設計方法設計多環控制系統的特點。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環本身都是穩定的，對系統的組成和調試工作非常有利。10、恒轉矩調速方式，按照電力拖動原理，在不同轉速下長期運行時，為了充分利用電機，都應使電樞電流達到其額定值IN。于是，由于電磁轉矩Te=KmId,在調壓調速范圍內，因為勵磁磁通不變，容許的轉矩也不變，稱作“恒轉矩調速方式”。恒功率調速方式而在弱磁調速范圍內，轉速越高，磁通越弱，容許的轉矩不得不減少，轉矩與轉速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調速方式”。第4章可逆調速系和弱磁控制的直流調速系統1、V-M系統的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路一一電樞反接反向過程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵磁反接可逆線路一一勵磁反接反向過程慢，控制相對復雜，但所需晶閘管裝置容量小。每一類線路又可用不同的換向方式：接觸器切換線路一一適用于不經常正反轉的生產機械；晶閘管開關切換線路一一適用于中、小功率的可逆系統；兩組晶閘管反并聯線路一一適用于各種可逆系統。2、環流的定義：采用兩組晶閘管反并聯的可逆V-M系統，如果兩組裝置的整流電壓同時出現，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環流靜態環流一一兩組可逆線路在一定控制角下穩定工作時出現的環流，其中又有兩類：直流平均環流一一由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產生的環流稱作直流平均環流。瞬時脈動環