自动控制系统总复习

1、直流电机调速方法及各自的特点；（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通Φ；（3）改变电枢回路电阻R。

1.4.1 转速控制的要求和调速指标（熟练掌握）；（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

（4）调速范围D：静差率S：（5）调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。

调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

1.4.3 闭环调速系统的组成及其静特性：闭环调速系统的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，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”。

1.4.4 开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统。

1.6.1 问题的提出（掌握）彻底理解－积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。

彻底理解－比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

采用P放大器控制的有静差的调速系统，K p越大，系统精度越高；但K p过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。

进一步分析静差产生的原因，由于采用比例调节器，转速调节器的输出：U c = K p ∆U n。

所以U c ≠ 0，电动机运行，即∆U n ≠ 0 ；U c= 0，电动机停止。

因此，在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此是有静差系统。

如果要消除系统误差，必须寻找其他控制方法，比如：采用积分（Integration）调节器或比例积分（PI）调节器来代替比例放大器。

采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。

比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。

比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差2.1.2 稳态结构图和静特性饱和——输出达到限幅值。

当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环不饱和——输出未达到限幅值。

1当调节器不饱和时，正如 1.6节中所阐明的那样，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。

2实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。

因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。

2.2.2 起动过程分析由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。

2.2.4 转速和电流两个调节器的作用1. 转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

2. 电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。

这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

2.3 调节器的工程设计方法必要性：用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。

可能性：大多数现代的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。

若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。

这样，就有了建立工程设计方法的可能性。

2. 传递函数近似处理（1）高频段小惯性环节的近似处理－当系统有一组小惯性群时，在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于小惯性群中各时间常数之和（2）高阶系统的降阶近似处理－上述小惯性群的近似处理实际上是高阶系统降阶处理的一种特例，它把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节。

下面讨论更一般的情况，（3）低频段大惯性环节的近似处理当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时，可以近似地将它看成是积分环节，3. 1 微型计算机数字控制的主要特点微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化离散化：为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具有一定周期的采样时刻对它们进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。

数字化：采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。

离散化和数字化的结果导致了时间上和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应：（1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。

（2）D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。

但是，保持器会提高控制系统传递函数分母的阶次，使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。

3.3.2 数字测速方法M法测速与T法测速和MT测速法的原理与使用条件和使用方法，会计算。

由于M/T法的计数值M1和M2都随着转速的变化而变化，高速时，相当于M法测速，最低速时，M1=1，自动进入T法测速。

因此M/T法测速能适用的转速范围明显大于前两种。

是目前广泛应用的一种测速方法。

6.2 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性：1. 恒压频比控制（U s /ω1 ） 2. 恒E g /ω1 控制3. 恒E r /ω1 控制4．几种协调控制方式的比较（1）恒压频比（U s /ω1 = Constant ）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。

（2）恒E g /ω1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm = Constant，从而改善了低速性能。

但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。

（3）恒E r /ω1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φrm恒定进行控制，即得E r /ω1 = Constant而且，在动态中也尽可能保持Φrm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。

6.2.3 基频以上恒压变频时的机械特性：1电压U s与频率ω1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制1变量进行协调控制。

2在基频以下，有三种协调控制方式。

采用不同的协调控制方式，得到的系统稳态性能不同，其中恒E r/ω1控制的性能最好。

3在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。

*6.3.2 电压源型和电流源型逆变器（掌握）电压源型逆变器（V oltage Source Inverter--VSI ），直流环节采用大电容滤波，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，有时简称电压型逆变器。

电流源型逆变器（Current Source Inverter-- CSI），直流环节采用大电感滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，或简称电流型逆变器。

6.4.4 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或称磁链跟踪控制技术）经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。

而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。

然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。

这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，下面的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。

1. 空间矢量的定义2. 电压与磁链空间矢量的关系3. 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场4. 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制归纳起来，SVPWM控制模式有以下特点：1) 逆变器的一个工作周期分成6个扇区，每个扇区相当于常规六拍逆变器的一拍。

为了使电动机旋转磁场逼近圆形，每个扇区再分成若干个小区间T0 ，T0 越短，旋转磁场越接近圆形，但T0 的缩短受到功率开关器件允许开关频率的制约。

2) 在每个小区间内虽有多次开关状态的切换，但每次切换都只涉及一个功率开关器件，因而开关损耗较小。

3) 每个小区间均以零电压矢量开始，又以零矢量结束。

4) 利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。

5) 采用SVPWM控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这比一般的SPWM逆变器输出电压提高了15%。

6.5.2 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统（掌握）1. 转差频率控制的基本概念，－控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。

2. 基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律，控制规律一、二，总结起来，转差频率控制的规律是：（1）在ωs ≤ωsm 的范围内，转矩T e 基本上与ωs 成正比，条件是气隙磁通不变。

（2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系U s = f (ω1 , I s)控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Φm恒定。

2。