电气传动控制技术.
电气传动计算机控制
《电气传动计算机控制》第一章概述1.1电气传动技术概要1.2电气传动微机控制系统的特点1.3电气传动微机控制的基本结构1.1.1电气传动技术电气传动技术以运动机械的驱动装置——电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的旋转运动或往复运动。
电气传动系统亦即运动控制系统。
1.把转速作为被控参数的称为调速系统。
2.把直线位移或角位移作为被控参数称为位置随动系统。
3.带动工作机械的原动机是直流电动机，则称为直流电气传动。
4.带动工作机械的原动机是交流电动机，则称为交流电气传动。
1.1.11.1.2电气传动系统的特点适用功率范围极宽。
目前,单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦。
具有宽广的转速范围。
转速从每小时几转到每分钟几十万转，调速范围在无变速机构的情况下可达1：10000。
电动机的种类繁多，可以很方便地与各种各样的负载配合。
采用不同的电动机，电气传动装置几乎适用于任何工作条件。
电气传动装置可以立即启动并在极短的时间内加上全负荷，既不需要预热，也不需要中途加油，与其它原动机相比，对维护的需求也是适度的。
可以获得良好的动态特性和极高的稳速精度、定位精度。
可实现四象限运行而不需要专门的可逆齿轮装置。
电动机空载损耗小，效率高，通常具有相当大的短时过载能力。
1.2.1连续控制系统电气传动经历了从恒速到调速、从低性能到高性能、从单机独立传动到多机综合协调传动的发展过程，基于反馈控制理论，由模拟电子电路构成，以直流电气传动为代表的连续控制系统的发展，改变了电气传动的面貌。
然而，连续控制系统中由模拟电路组成的PID调节器，由于校正参数不便调整，且一经确定后便不易改变，因而对控制对象的适应能力差，难于实现各种新的控制策略和控制方法。
用模拟控制装置对交流电动机进行控制，就更难满足要求。
此外，模拟电路对状态量的检测精度不高，使连续控制系统的控制性能不易提高；模拟式元器件集成度不高，也使硬件结构复杂，影响到控制装置的可靠性。
2024年电气传动与控制工程行业培训资料
人工智能在电气传动控制中的应用
深度学习算法
通过训练神经网络模型实现对电气传动系统的智能控制，提高系 统性能和稳定性。
强化学习算法
通过与环境的交互学习最优控制策略，实现自适应控制和优化决策 。
智能故障诊断与预测
利用人工智能技术对电气传动系统进行故障诊断和预测，提高系统 维护效率和可靠性。
05
行业挑战与对策分析
企业创新发展与人才培养
创新驱动发展
企业需要加强技术研发，推动产 品升级换代，提高核心竞争力。
人才是企业发展的核心
企业需要加强人才培养和引进， 建立完善的人才激励机制，吸引 和留住优秀人才。
应对策略
加大科研投入，加强产学研合作 ，推动企业技术创新；建立完善 的人才培养体系，加强员工培训 和职业规划，提高员工素质和能 力。
现状概述
当前，电气传动与控制工程行业已经形成了较为完整的产业链，包括电机制造、 变频器生产、控制系统设计与集成等多个环节。同时，随着工业自动化程度的不 断提高，行业对于高性能、高可靠性产品的需求也在不断增加。
未来发展趋势与前景预测
技术发展趋势
未来，电气传动与控制工程行业将继续向数字化、智能化方向发展，包括电机驱动技术、 控制算法优化、人工智能技术应用等方面。
行业范围
涵盖电机与电器、电力电子与电力传动、系统控制理论与控制工程、检 测技术与自动化装置等多个专业领域。
03
行业重要性
电气传动与控制工程是现代工业自动化的重要组成部分，对于提高生产
效率、降低能耗、保障生产安全具有重要意义。
行业发展历程及现状
发展历程
从早期的直流电机调速到交流电机变频调速，再到当前的数字化、智能化控制技 术，电气传动与控制工程行业经历了多个发展阶段。
电传动控制实习报告
电气传动控制实习报告一、实习目的和意义电气传动控制实习是电气工程及其自动化专业的一门重要实践性教学环节。
通过实习，可以使学生了解电气传动控制的基本原理和应用，提高学生的实践能力和创新能力，培养学生的团队合作精神和工程实践能力。
电气传动控制在现代工业生产中应用广泛，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
二、实习内容和过程本次实习主要进行了电气传动控制系统的实验操作和分析。
实习过程中，我们学习了电气传动控制的基本原理，了解了直流电动机、交流电动机等电气传动设备的特性和工作原理。
同时，我们通过实际操作，掌握了电气传动控制系统的安装、调试和维护方法。
在实习过程中，我们以小组为单位，完成了多个电气传动控制实验。
例如，我们通过调节控制器参数，实现了直流电动机的速度控制；通过改变输入电压和频率，实现了交流电动机的转速控制。
此外，我们还进行了电气传动控制系统的故障分析和排除，提高了我们解决实际问题的能力。
三、实习成果和收获通过本次实习，我对电气传动控制有了更深入的了解，掌握了一定的实际操作技能。
我明白了电气传动控制在现代工业生产中的重要地位，以及它对于提高生产效率和产品质量的关键作用。
在实习过程中，我们小组成员相互协作、共同进步，培养了团队合作精神。
我们通过实际操作，提高了自己的动手能力，培养了工程实践能力。
同时，我们在解决实际问题的过程中，提高了自己的创新能力和解决问题的能力。
四、实习总结电气传动控制实习是一门实践性很强的课程，它要求我们既要掌握理论知识，又要具备实际操作能力。
通过本次实习，我对电气传动控制有了更深入的了解，收获颇丰。
在今后的学习和工作中，我将继续努力，将所学知识与实际相结合，为我国的电气传动控制技术的发展贡献自己的一份力量。
电气传动控制系统调节器的工程设计方法(2)
三阶最佳系统在一种扰动作用下的动态结构框图
三阶最佳系统在单位阶跃扰动作用下的过 度过程见p482中图17-9-9
扰动恢复时间 tv ：
结论：
tv 在正负之间振荡
三阶最佳系统恢复时间tv 最大值与二阶
最佳相差不大，但恢复时间大为缩短
4、典型I型系统与典型Ⅱ型系统比较
比较分析的结果可以看出，典型I型系统 和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别 以外，在动态性能中， • 典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调 小，但抗扰性能稍差， • 典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性 能却比较好。
❖加速度输入下稳态误差与开环增益K成 反比。
（2）动态跟随性能指标
上升时间 tr 峰值时间 ts 超调量
tr=7.6Tt ts =16.4Tt =8.1%
3.4 三阶最佳系统抗扰性能指标和参数的关系
• 抗扰系统结构
0
W1 (s)
+ F(s)
Kp(dls 1) -
dls
W2 (s) 1 Tis
C(s)
在给定作用下输出响应希望值 R(s) 与实际
值 C(s)之差
即：
Er(s) R(s) C (s) R(s) W 1(s)W 2(s) R(s)
1 W 1(s)W 2(s)
R(s)
W1 (s)
F(s) 0
C(s)
W2 (s)
注意：跟踪稳态误差与开环增益 K及输入信号形式与大小有关
1.2.3 扰动稳态误差：
穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。由 图中的特性可知
20lg K 20(lg c lg 1) 20lg c
所以
K = c
（当
c
1 T
时）
电气传动的脉宽调制控制技术
电气传动的脉宽调制控制技术摘要：电气传动的重点在于电动机的合理使用，并通过适当的控制使生产机械按照预定的需求运行，随着各类生产机械、运输车辆以及生活电器逐渐朝向节能化环保化的方向发展，电气传动系统的应用也被赋予了全新的要求，随之直流传动系统也逐渐地被交流传动系统所取代。
脉宽调制作为电气传动自动化领域的关键技术，掌握其控制手段重点，对于进一步设计电气传动系统促使其展现更优的性能具有十分重要的意义。
本文将以交流传动系统的脉宽调制控制技术为研究重点，期待为电气传动控制优化提供参考。
关键词：交流电气传动；SPWM；SVPWM前言电气传动以电动机作为原动机，实现的是一个电能向机械能转化的过程，该过程能够满足各种机械的启动、调速、停止等生产需求，是现代社会自动化生产根本需求。
随着科学技术的发展，交流电气传动系统凭借高效率，高节能且结构简单、维护方便等优点逐渐成为电气传动系统的主流，脉宽调制控制技术也成为了整个系统中的核心所在。
一、电气传动脉宽调制控制技术概述（一）脉宽调制控制技术定义脉冲宽度调制简称脉宽调制，英文名称为Pulse Width Modulation，所以，人们更喜欢称它为PWM。
整个脉宽调制的过程，主要是利用微处理器的数字信息输出系统和控制模拟电路，通过对逆变电路开关元件的导通和关断进行电压脉冲序列的调控，使之产生相应的脉冲宽度和脉冲列周期达到改变输出电流与频率的目的。
整个调制过程冲处理器到被控系统，整个流程的所有信息皆是以数字形式呈现的，所以其间不涉及到任何的数模转换，也正是因为如此才表现出了经济节约、抗噪性能较强的优点。
交流电气传动系统的脉宽调制控制基本类型为正弦脉宽调制SPWM和电压空间矢量脉宽调制SVPWM。
（二）脉宽调制控制技术原理在PWM波形中，脉冲宽度的变化规律以正弦规律呈现，其面积相等原理就是指只要冲量大小相等，不管任何形式的正电压波形同其与坐标轴t围成的阴影面积都相等，也就是说整个控制过程当中的平均输出电流是相同的，所以这些脉冲都能够作为正弦波形或所要求的波形。
电气传动控制系统单片机技术应用分析
电气传动控制系统单片机技术应用分析提纲：1. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用标准2. 单片机技术在电气传动控制系统中的优势及应用领域3. 设计单片机控制系统的基本流程4. 单片机技术在机器人控制系统中的应用5. 单片机技术在智能家居控制系统中的应用1. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用标准单片机技术在电气传动控制系统中的应用一直处于快速发展的状态，而这种应用所依据的标准也越来越严格。
一般来说，在电气传动控制系统中应用单片机技术的目的，是为了实现自动化、数字化和高效化的控制。
电气传动控制系统中的单片机技术应用必须满足以下标准：（1）稳定性：稳定的电气传动控制系统能够保持系统的动态平衡和稳态平衡，长时间稳定运行。
（2）可靠性：必须保证电气传动控制系统的稳定性，并尽可能避免控制系统出现失误或运行失控的情况。
（3）实时性：实时性是单片机技术应用于电气传动控制系统中最重要的特性之一。
控制系统能够接近实时地完成各项任务，能够及时响应外部输入信号并做出相应的处理。
（4）可伸缩性：电气传动控制系统需要具有较高的可伸缩性，能够根据不同环境下的需求进行扩展和升级。
2. 单片机技术在电气传动控制系统中的优势及应用领域单片机技术在电气传动控制系统中的优势主要有以下几点：（1）可以实现分布式控制，使得控制算法更加简单，可以增强系统的运行效率。
（2）具有高度灵活性和智能化，可以实现多种功能，并且可以进行快速响应。
（3）应用范围广泛，可以应用于各种不同类型的电气传动控制系统，如机器人、智能家居等。
单片机技术在电气传动控制系统中的应用领域也非常广泛，比如说自动控制系统、电动制动系统、电机控制系统、变频器系统等。
单片机技术也可以应用于各种不同类型的机器人控制系统中，如焊接机器人、装配机器人、剪切机器人等。
在机器人控制系统中，单片机技术可以实现机器人的自主导航、路径规划和动作控制等功能。
单片机技术的应用可以大大提高机器人的控制精度和速度，并降低机器人控制系统的成本。
电传动控制技术_1_绪论
作为关键技术的电力电子技术
斩波器传动
• 上世纪60年代初开始开发铁路用晶闸管整流器时， 直流电气化铁路几乎只用串励换向器电机作为牵 引电机。 • 晶闸管整流器有以下3个主要优点：
– 无损耗或损耗少及无触点运行； – 牵引/制动时连续调节电压； – 再生制动电路电路结构简单。
• 为直流电气化铁路开发了直流调节器，即斩波器 的技术。
历史回顾
• 对于长的铁路区段，较低的直流电压不太合适， 而三相交流费用太高，人们选用单相交流做试 验； • 单相交流综合了直流和三相交流电力牵引的一 些优点：单线接触网，可高电压变换，小电流 强度； • 1903年用单相交流6.3KV/25Hz进行了试验并 取得了突破。
电传动技术的演变
• 牵引动力的电传动系统构成
– 实现4轴5.6MW或6.4MW大功率机车 – 300kN以上牵引力牵引重载货物列车 – 以200km/h以上速度牵引旅客列车
交-直-交传动电力机车
UN
牵引变压器+整流器+逆变器
T
ZL （不可控）
~
M
~
M
~
M
~
M
~
~
~
~
交-直-交传动内燃机车
柴油机
G
~
柴油机+硅整流器+逆变器
~
~
~
~
M
M
M
M
~
直流—直流传动
• • • • 直流供电系统供电，直流牵引电机驱动 优点： 缺点： 应用：
直-直传动电力机车
启动电阻
直流电网+直流牵引电机
MM
MM
MM
MM
MM
MM
直-直电传动内燃机车
现代电气传动及控制技术的发展
现代电气传动及控制技术的发展1 电气传动技术概述电气传动技术，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品的技术。
是通过合理使用电动机实现生产过程机械设备电气化及其自动控制的电气设备及系统的技术总称。
一个完整的电气传动系统包括三部分：控制部分、功率部分、电动机。
2 电气传动优点（1）电机的效率高，运转比较经济；（2）电能的传输和分配比较方便；（3）电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。
传动方式的一种，有机械式如摇臂之类，有压力如液压传动，而通过控制电机来传动的方式就是电气传动。
3 电气传动技术的发展史电气传动技术诞生于20世纪初的第二次工业革命时期，电气传动技术大大推动了人类社会的现代化进步。
它是研究如何通过电动机控制物体和生产机械按要求运动的学科。
随着传感器技术和自动控制理论的发展，由简单的继电、接触、开环控制，发展为较复杂的闭环控制系统。
自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。
20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的全新学科技术一现代电气传动技术。
4 电气传动的主体——电动机电动机分为交流电动机和直流电动机。
二者的结构、工作原理不同，所需的电气传动装置也不同。
电气传动可分为两类：直流电气传动和交流电气传动。
由于历史上最早出现的是以蓄电池形式供电的直流电动机，所以直流传动也是唯一的电气传动方式。
直到1885年意大利都灵大学发明了感应电动机，而后出现了交流电，解决了三相制交流电的输变问题交流电气传动才出现。
20世纪80年代之前,直流电气传动在高性能的电气传动领域占绝对统治地位。
此后,随着电力电子技术和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,交流电气传动得到了快速发展,静动态性能可以与直流电气传动相媲美。
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R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
2018/7/27
23
3）调磁调速
工作条件：
n
保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = Ra ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性曲线 变软。
n0
n3 n2 n1 nN
N
1 2
3
适合于起、制动快速性要求不高的设备的
传动控制。
三种调速方法的性能比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来 说，以调节电枢供电电压的方式为最好，无级调速， 并且调速范围大。 改变电阻只能实现有级调速；
减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不 大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以 上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主，最为常见。
第一章 电气传动系统的基础
第一节 直流调速的一般基础
第二节 交流调速的一般基础
第一节 直流调速的一般基础
1.1 直流电动机
1.2 可控直流电源 1.3 调速方式及机械特性
1.4 对调速系统的控制要求及调速指标
为什么分析直流电机调速系统？
优点：
直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度 高、应用范围广。 具有极好的运行性能和控制特性，良好的起、制动性 能，易于在广范围内平滑调速。
调压调速
调压调速的特点：
机械特性较硬，负载不变时，转速降△n不变
由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调 速，能充分利用电动机的容量 由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于 要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙 门刨电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中 串接附加电阻R1、R2……来改变电动机电枢端电 压，从而实现调速的目的。
VT1 Ug1 VT2 Ug2
1 VD1
4
3 VD3
VT3 Ug3
A VD2 2
M
B VD4 VT4 Ug4
PWM调速系统特点
电源采用不控整流源； 系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强； 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动 机损耗和发热较小； 电网功率因数高，效率高； 电路简单，控制方便。 受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。
2018/7/27
n
n0 nN
UN U1
n1
n2 n3 O IL
调压调速特性曲线
U2
U3
I
22
2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 改变增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性曲线 变软。
n n0 nN n1 n2 n3
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19
V-M系统
Ud0 E Id R CeΦn Id R
1.3 直流调速系统的调速方式及机械特性
机械特性表达式
U d 0 I d R n n 0 n op C eΦ
n0 Ud0 AU 2 cos C eΦ C eΦ
n — 电动机转速（r/min）； Ud0 — 空载整流电压（V）； Id — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ce— 由电机结构决定
2018/7/27 13
1.2 可控直流电源
G-M系统
直流调速系统
PWM系统
V-M系统
G-M系统 即旋转变流机组，工作过程如下：
改变发电机励磁电压 发电机输出电压 直流电动机电枢电压 改变电动机转速
旋转变流机组－－用交流电动机和直流发电机 组成机组， 以获得可调的直流电压。上世纪40～60年代广泛应用。
特点： 适用于对调速性能 要求不高的场合； 且一套系统至少包 括两台电机和一台 励磁发电机，设备 多、体积大、效率 低、维护不方便。 目前很少采用。
2018/7/27
16
PWM-M系统
交-直型电力机车
VT1
VD1
VT3
VD3
~
Us
C
M
VT2 VD2 VT4 VD4
PWM-M系统信号流动过程：
+Us
O
TL
调磁调速特性曲线
直 流 电 动 机
串励电动机
自励直流电动机
并励电动机 复励电动机
3. 直流电动机的调速方式
调节电枢供电电压U
U d 0 I d R n C e
改变电枢回路电阻R 减弱励磁磁通Φ
调压调速
改变Ud0就得到一组相互平行的机械特性曲线
如果连续改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地 调节。
改变电动机励磁调速
当负载电流不变时，改变可控电压Uf，也就是说 改变电动机励磁磁通量Ф时，电动机的理想空载转 速和转速降都在变化，随着磁通量的减少，转速 降就越来越大，机械特性也就越软。
改变电动机励磁调速
改变励磁调速的特点： （1）机械特性软，负载变化时转速的波动较大； （2）可控电源容量小，一般为电动机容量的 10%以下，电源设备造价低； （3）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢，
b
a
n2
c
n2<n1
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻调速的
特点
（1）系统的结构简单；
（2）调速不连续，不平稳；
（3）机械特性软，从而影响调速范围； （4）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接 电阻大小来实现的，调速范围越大，串入 的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量 就越大，这是很不经济的。
Δnop
I d RΣ CeΦ
的电动势常数； no — 理想空载转速（r/min）； nop — 开环转速降（r/min）； U2— 整流变压器副边相电压有 效值（V） 。
对三相零式整流电路，A=1.17； 对三相全控桥式整流电路，A=2.34；
21
V-M系统调速的三种方式
1）调压调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN U U n ， n0 调速特性： 转速下降，机械特性曲 线平行下移。
应用：
在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电 力拖动的领域中得到广范应用。
1.1 直流电动机
1.直流电动机的工作原理
换向器/电刷
电枢绕组
磁场电极
注意: 电枢和磁场电流总是相差90°
直流电动机工作原理演示 电动机模型演示
2.直流电动机的分类
他励直流电动机