1.1电力拖动自动控制系统概述
电力拖动自动控制知识
电力拖动自动控制知识1. 概述电力拖动自动控制是一种常见的控制方式，用于控制机械设备的运动。
它通过电力传动实现机械设备的自动控制和操作。
本文将介绍电力拖动自动控制的基本原理、应用领域以及关键技术。
2. 基本原理电力拖动自动控制的基本原理是通过电机驱动机械设备的运动。
电机通过电力传动装置（如齿轮、皮带、链条等）将机械能传递给被控制的设备，从而实现设备的运动控制。
电力拖动自动控制通常包括电机、传动装置、控制器和传感器等组成部分。
电机是电力拖动自动控制系统的核心组件。
常见的电机包括直流电机、交流电机和步进电机等。
电机的选择应根据被控制设备的特性和要求进行。
2.2 传动装置传动装置用于将电机的旋转运动转换为被控制设备的线性或旋转运动。
常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和链条传动等。
传动装置的选择应根据被控制设备的运动方式和要求进行。
2.3 控制器控制器是电力拖动自动控制系统的核心控制部分，负责控制电机的运行状态和运动参数。
控制器根据传感器反馈的信息，通过算法对电机进行控制。
常见的控制器包括PLC（可编程逻辑控制器）、微控制器和计算机等。
传感器用于感知被控制设备的状态和运动参数，并将这些信息反馈给控制器。
常见的传感器包括位置传感器、速度传感器和力传感器等。
传感器的选择应根据被控制设备的特性和要求进行。
3. 应用领域电力拖动自动控制广泛应用于工业自动化领域，用于控制各种机械设备的运动。
下面是一些常见的应用领域：3.1 生产线控制电力拖动自动控制在生产线控制中起到重要作用。
它可以实现生产线上设备的自动运行、节约人力资源，并提高生产效率和质量。
3.2 机械加工电力拖动自动控制在机械加工中广泛应用。
它可以实现机床的自动运行和工件的自动加工，提高加工精度和效率。
3.3 交通运输电力拖动自动控制在交通运输中也有应用。
例如，地铁和电车的自动驾驶系统使用了电力拖动自动控制技术，实现列车的自动运行和停靠。
4. 关键技术电力拖动自动控制涉及到多个关键技术，以下是一些常见的关键技术：4.1 电机控制技术电机控制技术是电力拖动自动控制的核心技术之一。
电力拖动自动控制系统 教案
电力拖动自动控制系统1. 介绍1.1 任务背景电力拖动自动控制系统是一种能够通过电力传动实现自动控制的技术系统。
该系统通过电动机驱动机械传动装置，实现对机械设备的运动控制和工作过程的自动化。
在工业生产中，电力拖动自动控制系统被广泛应用于各种生产过程中，提高了生产效率、质量和安全性。
1.2 目标本教案旨在介绍电力拖动自动控制系统的原理、应用和发展趋势，帮助学生理解和掌握该技术的基本概念、工作原理和应用场景，并培养学生的动手实践能力和解决问题的能力。
2. 原理2.1 电力拖动原理电力拖动自动控制系统的核心是电动机，通过电动机的转动来驱动机械设备。
电动机将电能转化为机械能，通过机械传动装置将动力传递给工作设备。
电动机的转速和扭矩可以通过控制电机的电压、电流等参数来实现调节。
2.2 控制原理电力拖动自动控制系统通过控制电动机的参数来实现对设备的自动控制。
控制系统可以根据预设的工艺要求和工作条件，自动调节电动机的转速、运行时间等参数。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器和人机界面等组成部分。
3. 应用3.1 工业应用电力拖动自动控制系统在工业领域有广泛的应用，例如生产线上的输送系统、机械加工设备、装配线等。
通过电力拖动自动控制系统，可以实现设备的精确控制，提高生产效率和质量，同时减少人力投入和工作风险。
3.2 交通运输应用电力拖动自动控制系统在交通运输领域也有重要的应用。
例如，电动车、地铁、高铁等交通工具都采用了电力拖动自动控制系统来驱动车辆。
通过该系统，可以实现对车辆的自动运行、刹车和悬挂等控制，提高了交通运输的安全性和舒适性。
4. 发展趋势4.1 智能化随着人工智能和物联网技术的发展，电力拖动自动控制系统也呈现出智能化的趋势。
未来的电力拖动自动控制系统将更加智能化，能够自动学习和优化控制策略，实现更高效、更精准的控制。
4.2 节能环保电力拖动自动控制系统也将朝着节能环保的方向发展。
通过优化控制策略和节能设备的应用，可以减少能源消耗和环境污染，实现可持续发展。
电力拖动自动控制系统介绍
电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。
直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。
交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。
电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统着重讨论基本的闭环控制系统及其分析与设计方法。
1.1 直流调速系统用的可控直流电源1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题1.3 直流脉宽调速系统的主要问题1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。
本节介绍几种主要的可控直流电源。
常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组——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。
静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
1.1.1 旋转变流机组G-M系统工作原理由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。
这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。
1.1.2 静止式可控整流器V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud ，从而实现平滑调速。
电力拖动自动控制系统--动控制系统(1)-
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题
on
• ton不变，变 T —脉冲频率调制（PFM）； • t 和 T 都可调，改变占空比—混合型。
on
40
• PWM系统的优点
1 主电路线路简单，需用的功率器件少； 2 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热
都较小； 3 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左
右； 4 若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快
可调的直流电压。 • 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不
控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉 宽调制，以产生可变的平均电压。
28
1.1.1 旋转变流机组（ G-M系统， Ward-Leonard系统）
图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
29
• G-M系统特性
15
4. 电枢绕组的反电势
E是电枢旋转时，绕组切割主磁通Φ的结果，故和Φ与转速n的乘积
成正比。
式中：Ke—电动势结构系数，Ce —恒磁通电动势结构系数；
n—电动机转速，在此转速下，电动机的电磁转矩
Te正好与负
载转矩Tl相平衡，系统处于稳定运行状态。
16
5. 直流电动机的机械特性方程
1 理想空载转速n0 当Te=0时，n=n0；
34
35
➢ 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许 值会在很短的时间内损坏器件。 ➢ 当系统处在深调速状态，即在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得 系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃 及附近的用电设备。由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的 用电设备，造成“电力公害”。
电力拖动自动控制系统（名词解释）
电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。
2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。
3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。
4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。
T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。
M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。
5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。
6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。
（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。
绪论(电力拖动自动控制系统)
目前，电力拖动自动控制系统已经广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天等。随着 人工智能、物联网等技术的不断发展，电力拖动自动控制系统正朝着智能化、网络化、集成化的方向 发展。
研究目的和意义
研究目的
研究电力拖动自动控制系统的目的是为了更好地满足生产工艺要求，提高生产效率和产品质量，降低能源消耗和 环境污染。
电力拖动自动控制系统在汽车制造流水线上实现精准定位和高效传 输，提高生产效率和产品质量。
食品加工行业
通过电力拖动自动控制系统对食品加工生产线进行自动化改造，实 现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和食品安全水平。
机械制造行业
电力拖动自动控制系统在机械制造行业广泛应用于数控机床、自动化 生产线等领域，提高加工精度和生产效率。
单设备调试
分别测试传感器、执行器等设备的性能，确保正 常工作。
系统联调
将所有设备连接起来进行系统测试，检查系统整 体性能是否满足要求。
故障排查与处理
针对调试过程中出现的问题进行排查和处理，确 保系统稳定运行。
PART 06
电力拖动自动控制系统应 用领域及前景展望
工业生产线自动化改造案例分享
汽车制造行业
https://
2023 WORK SUMMARY
绪论(电力拖动自动控 制系统)
REPORTING
https://
目录
• 绪论 • 电力拖动自动控制系统基本原理 • 电力拖动自动控制系统类型与特点 • 电力拖动自动控制系统性能指标评价方法 • 电力拖动自动控制系统设计与实现方法 • 电力拖动自动控制系统应用领域及前景展望
智能家居领域应用前景探讨
家庭自动化设备
电力拖动自动控制系统可用于智能家居设备，如智能窗帘、智能 照明等，实现家庭环境的自动化和智能化。
第1章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版
1.4 生产机械的负载转矩特性
生产机械的负载转矩是一个必然存 在的不可控扰动输入。
归纳出几种典型的生产机械负载转 矩特性，实际负载可能是多个典型 负载的组合，应根据实际负载的具 体情况加以分析。
恒转矩负载
负载转矩的大小 恒定，称作恒转 矩负载
a）位能性恒 转矩负载
b) 反抗性恒转 矩负载
TL 常数
1.3 运动控制系统转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
d
( J m
dt
)
Te
TL
Dm
Km
dm
dt
m
1.3 运动控制系统转矩控制规律
当J为常数时，运动控制系统的基本 运动方程式
J
d m
dt
Te
TL
Dm
K m
d m
dt
m
1.3 运动控制系统转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运 动控制系统的简化运动方比。
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统 交流电动机（尤其是笼型感应电
动机）结构简单 交流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 动机复杂得多。
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统 转速开环的变压变频调速 转速闭环的转差频率控制系统
内容提要
运动控制系统及其组成 运动控制系统的历史与发展 运动控制系统转矩控制规律 生产机械的负载转矩特性
现代运动控制技术
电机学、电力电子 技术、微电子技 术、计算机控制 技术、控制理论、 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1-1运动控制及其相关学科
1.1 运动控制系统及其组成
图1-3 恒转矩负载
电力拖动自动控制系统
电力拖动自动控制系统这门课讲述了两种主要的拖动控制系统（由电机，检测和控制部分组成）：直流拖动控制系统和交流拖动控制系统。
不管是直流系统还是交流系统，都是将电机接入主电路，然后由检测装置来检测信号（转速，电流，电压等）反馈给控制部分，控制部分对控制信号（可控原件如晶闸管的驱动信号）经行调整从来实现自动控制。
直流拖动控制系统经典的闭环调速系统：与电动机同轴一起安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un想比较之后，得到转速偏差电压，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机的转速。
其中UPE是电力电子变换器，其输入接三相交流电源，输出为可控的直流电压Ud，可以是晶闸管可控整流器。
在这个系统中，根据自动控制原理，反馈控制系统是按被调量的偏差经行控制的，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。
转速，电流双闭环直流调速系统：为了实现转速和电流双闭环调速，引入了转速付馈和电流负反馈，把转速调节器ASR的输出当作电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE,因此从其结构上看电流环为内环，转速环为外环。
图中TA为电流互感器，用于测量输入电流大小，其测量值经过整流后即是电流的测量信号。
交流拖动控制系统经典的异步电动机调速系统：图中最上面的部分由二极管整流器和全控开关IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor）组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器。
在这里面同样是先整流，再逆变，在逆变的过程中频率和电压都是可调的，因此可以实现控制。
图中的两个电容是起滤波作用的。
这里，将检测部分与cpu连接，中间需要有数模转换和模数转换的部分，即digital-analog。
原理与直流调速系统类似，只是设备复杂一些，都构成了负反馈式的自动控制系统。
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电力拖动自动控制系统概述
主讲人：张敬南副教授
主要内容
01 电力拖动自动控制系统的定义
02 电力拖动自动控制系统的组成
03 电力拖动自动控制系统的发展
04 船舶电力推进系统
05 课程的主要内容
军事领域
例如自动装弹系统
基于自动控制理论，对作为原动机的电动机加以控制，使其拖动机械负载按照给定的控制规律自动运行的系统，称为电力拖动自动控制系统。
简称为电力拖动控制系统，也被称为运动控制系统。
（1）电动机
①直流电动机
②异步电动机（感应电动机）
③同步电动机
（2）功率放大与变换装置
广泛采用的是电力电子型功率放大与变换装置。
其发展趋势体现在：
①半控型向全控型发展；
②低频开关向高频开关发展；
③分立的器件向具有复合功能的功率模块发展。
（3）控制器
①模拟控制器
物理概念清晰、控制信号流向直观；
控制规律体现在硬件电路；
线路复杂、通用性差；
控制效果受到器件性能、温度等因素的影响。
（3）控制器
②以微处理器为核心的数字控制器
硬件电路标准化程度高；
控制规律体现在软件上，修改灵活方便；
拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能。
电力拖动自动控制系统及其组成
（3）信号检测与处理
①信号检测：电压、电流、转速和位置等信号；
②信号转换：电压匹配、极性转换、脉冲整形等；
③数据处理：信号滤波。
电力拖动
自动控制
系统
与电力拖动自动控制系统相关的学科
（1）电力电子技术和微电子技术
带动了新一代交流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。
进入21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。
（2）关于直流电动机及其控制系统直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制，控制思想直观且成熟。
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。
（3）关于交流电动机
交流电动机（尤其是笼型感应电动机）结构简单。
交流电动机动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质，数学模型比直流电动机复杂得多。
（4）关于交流电力拖动自动控制系统主要体现为交流调速系统。
①基于稳态模型的交流调速系统
转速开环的变压变频调速
转速闭环的转差频率控制系统
动态性能无法与直流调速系统相比。
（4）交流电力拖动自动控制系统
主要体现为交流调速系统。
②基于动态模型的交流调速系统
矢量控制系统
直接转矩控制系统
动态性能良好，取代直流调速系统。
（三）电力拖动自动控制系统的发展
（4）交流电力拖动自动控制系统
主要体现为交流调速系统。
③同步电动机交流调速系统
同步电动机的转速与电源频率严格保持同步，机械特性硬。
基于电力电子变频技术，可靠实现同步电动机调速系统。
（1）船舶电力推进的定义
（1）船舶电力推进的定义
船舶电力推进系统是通过电动机拖动螺旋桨负载实现船舶运动的推进系统。
显然船舶电力推进的自动控制系统也是一种电力拖动自动控制系统。
但是其特点体现为电动机的负载为船舶螺旋桨负载。
（1）船舶电力推进的定义
随着电力拖动及其控制系统的飞跃发展，尤其是在大功率电力可控硅技术支撑之下，船舶电力推进系统在性价比上已经具有足够的竞争力。
可以预见，在本世纪船舶电力推进必将迅速崛起，而成为主流的推进方式。
（2）船舶电力推进的典型应用
“中国海监83”海上执法船
（2）船舶电力推进的典型应用
烟大渡轮
（2）船舶电力推进的典型应用
蛟龙号深潜器
（2）船舶电力推进的典型应用
（2）船舶电力推进的典型应用
ABB公司的吊舱推进系统
（五）课程的主要内容
（1）直流调速系统
①转速反馈控制的直流调速系统。
②转速、电流反馈控制的直流调速系统。
③可逆控制的直流调速系统。
（2）交流调速系统
①基于稳态模型的异步电动机调速系统。
②基于动态模型的异步电动机调速系统。
③绕线式转子异步电动机双馈调速系统。
④同步电动机变压变频调速系统。
主要内容
01 电力拖动自动控制系统的定义
02 电力拖动自动控制系统的组成
03 电力拖动自动控制系统的发展
04 船舶电力推进系统
05 课程的主要内容
电力拖动自动控制系统概述
主讲人：张敬南副教授。