电力拖动及运动控制系统B教案

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1、-中 国 矿 业 大 学授课教案授课人：王颖杰 系部：电气系 系主任：邓先明2014年03月28日课程名称电力拖动与运动控制系统总学时数56适用专业电气工程及自动化课程编号学分数年级课程类型必修课校级公共课；专业根底课 ；专业核心课选修课专业方向课；专业选修课；全校任选课是否多媒体教学是 ；否考核方式考试 ；考察教材名称电力拖动自动控制系统(第四版)作者阮毅及出版时间机械工业2010年01月学 时 分 配教学容课堂讲授课堂讨论录 像实 验合 计第1章 绪论及直流调速系统引言局部2第2章 转速反应控制的直流调速系统2.1.1晶闸管电动机系统22.1.2 直流PWM变换器-电动机系统22.2稳态调

2、速性能指标和直流调速系统的机械特性22.3转速反应控制的直流调速系统2.3.1转速反应控制直流调速系统的数学模型22.3.2比例控制的直流调速系统22.3.3比例积分控制规律和无静差调速系统2直流调速系统的稳态误差分析2.4直流调速系统的数字控制2.4.1微机数字控制的特殊问题22.4.2转速检测的数字化2第3章 转速、电流反应控制的直流调速系统3.1 转速、电流双闭环调速系统的组成及其静态特性3.2 双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态性能分析23.3 转速、电流反应控制的直流调速系统的设计23.4 按工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器2第4章 可逆控制和弱磁控制的直流

3、调速系统4.1 直流PWM可逆调速系统24.2 V-M可逆直流调速系统4.2.1 V-M可逆直流调速系统的主回路及环流4.2.2 V-M可逆直流调速系统的控制24.2.3 转速反向的过渡过程分析2第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法25.2 异步电动机的调压调速25.3 异步电动机的变压变频调速25.4 电力电子变压变频器5.4.1 交-直交PWM变频器主回路5.4.2 正弦波脉宽调制(SPWM)技术25.4.4 电流跟踪PWM控制技术5.4.5 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术25.5 转速开环变压变频调速系统5.6 转速闭环转差频率控制的

4、变压变频调速系统2第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统6.1-6.3 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换26.4-6.5 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型和状态方程26.6 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统26.7 按定子磁链控制的直接转矩控制系统2实验1单闭环不可逆直流调速系统实验2实验2 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验2实验3 SPWM电压源型变频调速实验2参考书目：电力拖动控制系统，马志源著，科学，2004。电机学，胡虏生著，中国电力,2007。自动控制原理，胡寿松主编，科学，第四版。现代控制原理，豹著，机械工业，2004。电力电子和电力拖动控制系统的Matlab

5、仿真，洪乃刚著，机械工业。控制系统计算机仿真第2版，珉,柴干,王宏华等，电子工业。中 国 矿 业 大 学授课教案第1章 绪论及直流调速系统引言局部第1次课/ 学时2学时教学目的及要求1.自我介绍，了解班级情况2. 介绍本课程的背景知识，包括应用及学习方法，介绍参考书3.了解直流电动机的三种调速方法，引出可控直流电源，介绍其在直流电动机调速中的关键作用。教 学 重 点1.电力拖动自动控制系统的应用以及三种调速方法教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论1、电力拖动在国民经济中的作用电力拖动又称电气传动，即以电动机作为原动机驱动生产机械。 电力拖动控制系统简称电力拖动系统，是将电能

6、转换为机械能的系统总称，完成生产机械的起动、停顿、正反转、调速等任务，使被拖动机械按预定方式运行，满足生产工艺的要求。国际电工委员会将“电力拖动归入“运动控制畴。 电气传动在国民经济起着重要作用，广泛用于冶金、轻工、矿山、石化、航空航天等行业，以及日常生活中，用电量占我国总发电量的60%以上，产品以每年15%的速度递增,市场前景广阔。2、运动控制系统及其组成3、运动控制系统的历史与开展4、运动控制系统的转矩控制规律5、生产机械的负载转矩特性6、直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为：从上式可以看出，调节电动机的转速有三种方法：1调节电枢供电电压。2.减弱励磁磁通。3改变电枢回路电阻。对

7、于一定围无级平滑调速的系统来说，调节电枢供电电压的方式最好。本章思考题：比拟三种调速方法的优缺点。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统2.1.1晶闸管电动机系统第2次课/ 学时2学时教学目的及要求1.掌握晶闸管电动机系统的机械特性及传递函数。2.熟悉晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数3.了解V-M系统触发脉冲的相位控制及抑制电流脉动的措施。教 学 重 点1.重点是晶闸管电动机系统的机械特性及传递函数教 学 难 点1.V-M系统触发脉冲的相位控制及抑制电流脉动的措施。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续

8、区。由图可见：1当电流连续时，特性硬；2当电流断续时，特性很软，呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。晶闸管触发和整流装置的放大系数可以由工作围的特性斜率决定，计算方法是：晶闸管装置的准确传递函数为：传递函数可近似成一阶惯性环节。本章思考题：为什么在VM系统中电流会出现断续的情况.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统第3次课/ 学时2学时教学目的及要求1.掌握桥式可逆PWM变换器工作原理。2.熟悉直流脉宽调速系统的机械特性和PWM控制与变换器的数学模型。3.了解不可逆PWM变换器、和带制动电流通路的不可逆PWM变换器的工

9、作原理及特点。教 学 重 点直流脉宽调速系统的机械特性和PWM控制与变换器的数学模型。教 学 难 点桥式可逆PWM变换器工作原理。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论PWM调制就是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出平均电压的大小。与晶闸管装置一样， PWM装置可以近似看成是一个一阶惯性环节：本章思考题：为什么PWM电动机系统比VM系统能够获得更好的动态性能。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统 2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性第4次课/ 学时2学时教学目的及要求1. 掌握转速控制的要求和稳态调速性

10、能指标。2.熟悉生产工艺对转速控制的要求，熟悉稳态性能指标以及之间的关系。3.掌握开环调速系统及其存在的问题。教 学 重 点1.稳态性能指标以及之间的关系。2.掌握开环调速系统及其存在的问题。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论两个调速指标：调速围和静差率。1调速围 2静差率3直流变压调速系统中调速围、静差率和额定速降之间的关系：开环系统速降：举例计算，以量化的指标感性认识开环系统的问题。本章思考题：开环调速系统存在的速降问题如何解决.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统2.2转速反应控制的直流调速系统2.3.1转速反应控制直流调速系统的数学

11、模型第 5次课/ 学时2学时教学目的及要求1. 掌握闭环直流调速系统稳态参数的计算方法。掌握闭环调速系统的组成及其静特性。2.掌握转速反应控制直流调速系统的动态数学模型。教 学 重 点1.闭环调速系统的组成及其静特性。教 学 难 点2.转速反应控制直流调速系统的动态数学模型。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论转速负反应闭环直流调速系统的静特性方程式：开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系：图2-21 额定励磁下直流电动机的动态构造框图本章思考题：转速单闭环调速系统有哪些特点.改变给定电压能否改变电动机的转速.为什么.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统2

12、.3转速反应控制的直流调速系统2.3.2比例控制的直流调速系统第6次课/ 学时2学时教学目的及要求1. 掌握开环系统特性和闭环系统特性的关系2.反应控制规律三个根本特征。3.比例控制闭环直流调速系统的动态稳定性。教 学 重 点教 学 难 点1. 开环系统特性和闭环系统特性的关系。2. 比例控制闭环直流调速系统的动态稳定条件。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论反应控制闭环直流调速系统的稳定条件:右边称作系统的临界放大系数 Kcr，当 K Kcr 时，系统将不稳定。本章思考题：比例控制的直流调速系统为什么会有静差.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统2.3.

13、3比例积分控制规律和无静差调速系统第7次课/ 学时2学时教学目的及要求通过本节的学习，使得学生能够掌握比例积分控制规律。由于积分功能的引入，使得控制系统具有无静差的特性。教 学 重 点1.比例积分控制规律。教 学 难 点1. 无静差直流调速系统。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、积分调节器和积分控制规律1. 积分调节器积分调节器的传递函数为：Ue*-20dBUinL/dBL()积分调节器的特性如下图：Ue*mO1/tUe*UinOtO-/2() t a) 阶跃输入时的输出特性b) Bode图2、转速的积分控制规律：采用积分调节器，当转速在稳态时到达与给定转速一致，系统仍有控制信号，

14、保持系统稳定运行，实现无静差调速。3、比例与积分控制的比拟：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。二、比例积分控制规律：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，又克制了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例局部能迅速响应控制作用，积分局部则最终消除稳态偏差。 三、无静差直流调速系统及其稳态参数计算转速反应系数：本章思考题：比例积分控制的直流调速系统为什么会无静差.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统直流调速系统的稳态误差分析2.4直流调速系统的数字控制2.4.1微机数字控制的特殊问题第 8次课/ 学时

15、2学时教学目的及要求1. 三种调节器在阶跃给定输入的稳定误差；2. 扰动引起的稳态误差3. 数字控制的特点教 学 重 点1. 三种调节器的调速系统在阶跃给定输入的稳定误差比拟分析。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、阶跃给定输入和扰动引起的稳定误差1) 由扰动引起的稳态误差取决于误差点与扰动参加点之间的传递函数。2) 比例控制的调速系统，该传递函数无积分环节，故存在扰动引起的稳态误差，称作有静差调速系统；3) 积分控制或比例积分控制的调速系统，该传递函数具有积分环节，所以由阶跃扰动引起的稳态误差为0，称作无静差调速系统。三、微机数字控制系统的主要特点是：离散化和数字化：

16、离散化和数字化的结负面效应：时间上和量值上的不连续性。1.数字量化：量化的原则：在保证不溢出的前提下，精度越高越好。可用存储系数来显示量化的精度2.采样频率的选择香农Shannon采样定理。在一般情况下，可以令采样周期，为控制对象的最小时间常数。3. 微机数字控制系统的输入与输出变量可以是模拟量，也可以是数字量。本章思考题：闭环调速系统有哪些根本特征小结中 国 矿 业 大 学授课教案第2章 转速反应控制的直流调速系统2.4.2转速检测的数字化第 9次课/ 学时2学时教学目的及要求掌握三种根本的数字测速方法，各自的特点、性能指标及应用场合。教 学 重 点1.数字测速指标：分辨率、误差率。2. M

17、法测速，T法测速，M/T法测速。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论数字测速指标1分辨率改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨率，用符号Q表示。Q越小，说明该测速方法的分辨能力越强。2测速误差率转速实际值和测量值之差与实际值之比定义为测速误差率， ，测速误差率反映了测速方法的准确性，越小准确度越高。3.3.2 M法测速测取TC时间旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间的平均转速，称作法测速电机的转速为 M法测速的分辨率： M法测速误差率：M法测速适用于高速段。3.3.3 T法测速：记录编码器两个相邻输出脉冲间的高频脉冲个数M2，f0为高频脉冲频率。电机转速 ：T

18、法测速的分辨率： 法测速误差率： T法测速适用于低速段。3.3.4 M/T法测速把M法和T法结合起来，既检测TC时间旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同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。电机转速本章思考题：小结中 国 矿 业 大 学授课教案第3章 转速、电流反应控制的直流调速系统3.1转速、电流双闭环调速系统的组成及其静态特性3.2双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态性能分析第10 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.掌握双闭环直流调速系统的静特性。2.熟悉各变量的稳态工作点和稳态参数计算。3.通过本节学习，使同学掌握双环系统起动过程及其分析方法调节器饱和及

19、不饱的影响、双环系统抗扰性能及两个调节器的作用教 学 重 点1. 双闭环直流调速系统的静特性。2.转矩控制的概念，双闭环系统的分析方法。教 学 难 点1. 双环系统起动过程及其波形，波形的各关键点，双环系统抗扰性能分析。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 转速、电流双闭环调速系统组成根据要求，将电流、转速调节器分别用两个调节器，由于是调速系统，所以转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。二、转速、电流双闭环调速系统的稳态构造框图和静特性静特性分转速调节器ASR不饱和和饱和两局部讨论。三、 起动过程分析(1)电流上升阶段：由于转速变化慢，转速调节器很快饱和。2转速上升阶段：电机在

20、最大电流下以恒加速度升速。3转速调整阶段：当电机转速上升到 给定转速时，ASR退饱和。起动过程特点：饱和非线性控制、转速必又超调、准时间最优控制到达了优化起动过程的要求。本章思考题：由于机械原因，造成转轴堵死，试分析双闭环直流调速系统的工作状态。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第3章 转速、电流反应控制的直流调速系统3.3 转速、电流反应控制的直流调速系统的设计第 11次课/ 学时2学时教学目的及要求通过本节学习，使同学掌握工程设计方法的思路、典型系统的性能指标及非典型系统的典型化一些环节的近似处理，掌握电力传动系统的工程设计方法。教 学 重 点1.工程设计方法的根本思路，典型系统的性能指标

21、及参数变化对系统性能影响的趋势。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一 工程设计方法的根本思路1. 确保系统稳定选择调节器的构造尽量采用典型系统2. 满足系统性能指标选择调节器的参数二 控制系统动态性能指标1 跟随性能指标：超调量、上升时间及调整时间2 抗扰性能指标：动态降落及恢复时间三 典型系统及其相应的性能指标1 典型I型系统构造及其性能指标2 典型II型系统构造及其性能指标四 非典型系统典型化：包括调节器构造选择和传递函数的近似处理本章思考题：典型I型、典型II型性能区别及原因。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第3章 转速、电流反应控制的直流调速系统3.4 按工程设

22、计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器第12 次课/ 学时2学时教学目的及要求通过本节学习，使同学掌握工程设计方法的思路、典型系统的性能指标及非典型系统的典型化一些环节的近似处理，掌握电力传动系统的工程设计方法。教 学 重 点1.电流环、转速环的设计。教 学 难 点1.退饱和超调量的计算。教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论电流调节器设计：1 电流环构造图的简化：2 电流调节器构造的选择3 电流调节器参数的计算转速调节器的设计：1 电流环的近似降阶近似，需校验，将电流环近似为一阶惯性环节。2 转速调节器构造选择 3 电流调节器参数的计算本章思考题：电流调节器和速度调节器为什么要

23、分别按照典型I型、典型II型设计，可否反过来设计。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统4.1 直流PWM可逆调速系统第13 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解为什么需要可逆调速系统以及了解可逆直流调速系统。2.熟悉桥式PWM组成原理、速度反向的过渡过程和能量回馈。3.单片机控制PWM可逆直流调速系统的组成教 学 重 点桥式PWM变换的原理：速度反向时的工作过程。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 桥式可逆PWM变换器电路：二、电动机反向轨迹：三、 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件构造本章思考题：分析直流脉宽调速系统的

24、不可逆和可逆电路的区别。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统4.2 V-M可逆直流调速系统4.2.1 V-M可逆直流调速系统的主回路及环流4.2.2 V-M可逆直流调速系统的控制第 14次课/ 学时2学时教学目的及要求1.熟悉有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统及其控制。2. =配合控制的有环流可逆V-M系统。教 学 重 点教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统1. 两组晶闸管装置反并联线路与可逆V-M系统的四象限运行2. V-M系统反并联可逆线路的工作状态3. 可逆V-M系统中的环流问题二、有环流控制

25、的可逆晶闸管-电动机系统1. =配合控制的有环流可逆V-M系统本章思考题：小结中 国 矿 业 大 学授课教案第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统4.2 V-M可逆直流调速系统转速反向的过渡过程分析第15次课/ 学时2学时教学目的及要求1. 熟悉无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统及其控制。 2. 转速反向的过渡过程分析教 学 重 点无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统及其控制；转速反向的过渡过程的三个阶段。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统1. 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工作原理2. 无环流逻辑控制环节二、转速反向过渡过程分析

26、1、本组逆变阶段2、它组整流阶段3、它组逆变阶段本章思考题：逻辑无环流从高速制动到低速时需经过几个象限.相应电动机与晶闸管状态如何.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法第16次课/ 学时2学时教学目的及要求1.熟悉异步电动机稳态数学模型。2.熟悉异步电动机调速系统的三种分类及其优缺点。教 学 重 点异步电动机调速系统的优缺点；异步电动机调速系统的分类及其优缺点。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、异步电动机稳态等效电路二、异步电动机的机械特性三、异步电动机的调速方法：改变电动机参数、电源电压和

27、电源频率或角频率本章思考题：小结中 国 矿 业 大 学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.2 异步电动机的调压调速第 17 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解异步电动机改变电压时的机械特性。2.了解闭环控制的调压调速系统。教 学 重 点异步电动机改变电压时的机械特性。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 异步电动机改变电压时的机械特性。二、转速闭环控制的交流调压调速系统静特性。本章思考题：对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速围不大.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.3 异步电动机的变压变频调速第18 次课

28、/ 学时2学时教学目的及要求1.了解异步电动机变压变频调速的控制特性。2.掌握变压变频调速的根本原理和控制方法。3.熟悉基频以下电压补偿控制。教 学 重 点基频以下：恒压频比，恒控制，恒控制，恒磁，恒转矩调速；基频以上：电压恒定，弱磁恒功率调速。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论 基频以下调速保持不变，当频率从额定值向下调节时，使常值，采用电动势频率比为恒值的控制方式。当电动势值较高时，忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压，则得，这是恒压频比的控制方式。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图中的b线，无补偿的控制特性则为a线。6.2.2 基频以上调速在基频以上调速

29、时，频率从向上升高，保持，使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图。在基频以下，属于“恒转矩调速性质，而在基频以上，转速升高时磁通降低，根本上属于“恒功率调速。本章思考题：变频调速为何要与电压协调控制，可否保持电压恒定.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.4 电力电子变压变频器5.4.1 交-直交PWM变频器主回路5.4.2 正弦波脉宽调制(SPWM)技术第19 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解电力电子变压变频器构造类型。2.掌握脉宽调制PWM技术的根本原理及实现方法，掌握S

30、PWM技术。3. 掌握CFPWM技术。教 学 重 点SPWM技术和CFPWM技术的原理。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、正弦波脉宽调制SPWM技术以正弦波作为调制波Modulation wave，以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波Carrier wave，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。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与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM

31、，这种序列的矩形波称作SPWM波。二、电流跟踪PWMCFPWM，Current Follow PWM的控制方法在原来主回路的根底上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。本章思考题：小结中 国 矿 业 大 学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.4 电力电子变压变频器5.4.4 电流跟踪PWM控制技术5.4.5 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术第20 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.熟悉电压空间矢量PWMSVPWM控制技术。教 学 重 点1.电压空间矢量PWMSVPWM控制技术：空间矢量的定义，电压与磁链空间矢量的关系，六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场。教

32、 学 难 点1.电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、电压空间矢量PWMSVPWM控制技术或称磁链跟踪控制技术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，这种控制方法称作“磁链跟踪控制，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PWMSVPWM，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控制本章思考题：论述下三种调制策略的根本特征、各自的优缺点。小结中 国 矿 业 大

33、学授课教案第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统5.5 转速开环变压变频调速系统5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统第 21次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图，各主要环节的功能。2.掌握转差频率控制的根本概念和控制规律，转差频率控制的变压变频调速系统的实现，转差频率控制的变压变频调速系统的优点与缺乏之处。3.理解转差频率控制的根本概念。教 学 重 点1.转差频率控制的根本概念，基于异步电动机稳态模型的转差频率控制规律，转差频率控制的变压变频调速系统。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 转速开环恒压频比控制调

34、速系统通用变频器-异步电动机调速系统所谓“通用，包含着两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是承受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号。二、 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，要用转速反应闭环控制。1. 转差频率控制的根本概念：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的根本概念。2. 基于异步电动机稳态模型的转差频率控制规律：转差频

35、率控制的规律是：1在的围，转矩根本上与成正比，条件是气隙磁通不变。2在不同的定子电流值时，按函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。3. 转差频率控制的变压变频调速系统本章思考题：总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统6.1-6.3 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换第 22次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型。2.掌握异步电动机动态数学模型的多变量非线性性质，坐标变换的根本方法。 3.理解异步电动机动态数学模型的性质。教 学 重 点异步电动机动态数学模型的性质，三

36、相异步电动机的多变量非线性数学模型，坐标变换和变换矩阵，相异步电动机在两相坐标系上的数学模型。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 异步电动机动态数学模型的性质交流电动机的数学模型和直流电动机模型相比有着本质上的区别，总起来说，异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。二、三相异步电动机的多变量非线性数学模型异步电动机数学模型的性质：（1） 除负载转矩输入外，异步电动机可以看成一个双输入双输出的系统，输入量是电压向量和定子输入角频率，输出量是磁链向量和转子角速度。（2） 电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势。它们都是同时变化的，在数学模型中

37、就含有两个变量的乘积项，数学模型是非线性的。电动势和电磁转矩的非线性关系和直流电动机弱磁控制的情况相似，只是关系更复杂一些。（3） 定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，是一个八阶系统。三、坐标变换和变换矩阵异步电动机数学模型之所以复杂，关键是因为有一个复杂的66电感矩阵，它表达了影响磁链和受磁链影响的复杂关系。因此，要简化数学模型，须从简化磁链关系入手。本章思考题：思考异步电动机非线性、强耦合和多变量的性质，并说明具体表达在哪些方面.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第6章 基于动态模型的异步电动机调速

38、系统6.4-6.5 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型和状态方程第 23次课/ 学时2学时教学目的及要求1.了解三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型。2. 了解三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程。教 学 重 点异步电动机动态数学模型的性质。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型坐标变换的目的是为了简化数学模型，两相坐标系下由于两坐标轴相互垂直，故绕组间无磁的耦合，数学模型较三相坐标系为简单。二、 三相异步电动机在两相坐标系上的两种状态方程旋转正交坐标系上的异步电动机具有4阶电压方程和1阶运动方程，因此须选取5个状态变量。可

39、选的状态变量共有9个，这9个变量分为5组：转速；定子电流；转子电流；定子磁链；转子磁链。本章思考题：坐标变换的优点何在.能否改变或减弱异步电动机非线性、强耦合和多变量的性质。小结中 国 矿 业 大 学授课教案第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统6.6 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统第24 次课/ 学时2学时教学目的及要求1.理解转子磁链模型。2.了解转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理。3.了解磁链开环转差型矢量控制系统原理。教 学 重 点转子磁链模型，转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理，磁链开环转差型矢量控制系统原理。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一

40、、 转子磁链模型1电流模型根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型叫做电流模型。电流模型可以在不同的坐标系上获得。2电压模型根据电压方程中感应电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分就可以得到磁链，这样的模型叫做电压模型。电流模型受电动机参数变化影响大，更适应低速；电压模型受电动机参数变化影响小，更适合于中、高速围。二、 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统三、 磁链开环转差型矢量控制系统本章思考题：比拟两种模型的优缺点.小结中 国 矿 业 大 学授课教案第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统6.7 按定子磁链控制的直接转矩控制系统第 25次课/ 学时2学时教学目的及要求1

41、.理解定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用。2.了解直接转矩控制系统原理。3.了解定子磁链和转矩的计算模型。教 学 重 点8个定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的在不同扇区的控制作用，直接转矩控制时的电压空间矢量选择原理。教 学 难 点教 学 容 及 安 排视频容课 堂 讨 论一、定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用二、 电压空间矢量选择原理输出分别为定子磁链幅值偏差s的符号函数Sgns和电磁转矩偏差Te的符号函数SgnTe 。P/N为给定转矩极性鉴别器，当期望的电磁转矩为正时，P/N=1，当期望的电磁转矩为负时，P/N=0，对于不同的电磁转矩期望值，同样符号函数的控制效果是不同的。当期望的电磁转矩为负，即P/N=0时，假设电磁转矩偏差Te0，其符号函数SgnTe=1，一般采用定子磁场停顿转动，使电磁转矩减小。三、两种控制系统的比拟本章思考题：分析直接转矩控制系统的定子磁链和转矩的计算模型，说明他们的缺乏之处.小结. z.