第三章★微机数字控制系统:以微处理器为核心的数字控制系统(简称微机数字控制系统)★微型计算机数字控制的主要特点:微机数字控制系统的稳定性好,可靠性高,可以提高控制性能,此外,还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。
★由于计算机只能处理数字信号,因此,与模拟控制系统相比,微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化★数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种: 1. 数模混合控制系统 2.数字电路控制系统 3. 计算机控制系统★数模混合控制系统特点:转速采用模拟调节器,也可采用数字调节器电流调节器采用数字调节器;脉冲触发装置则采用模拟电路★数字电路控制系统特点:除主电路和功放电路外,转速、电流调节器,以及脉冲触发装置等全部由数字电路组成★在数字装置中,由计算机软硬件实现其功能,即为计算机控制系统。
系统的特点:双闭环系统结构,采用微机控制;全数字电路,实现脉冲触发、转速给定和检测;采用数字PI 算法,由软件实现转速、电流调节。
★微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构系统由以下部分组成:主电路;检测电路;控制电路;给定电路;显示电路★主回路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE 有两种方式:直流PWM 功率变换器;晶闸管可控整流器★检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测,其中:电压、电流和温度检测由A/D 转换通道变为数字量送入微机;转速检测用数字测速★转速检测有模拟和数字两种检测方法。
对于要求精度高、调速范围大的系统,往往需要采用旋转编码器测速,即数字测速。
★故障综合——利用微机拥有强大的逻辑判断功能,对电压、电流、温度等信号进行分析比较,若发生故障立即进行故障诊断,以便及时处理,避免故障进一步扩大。
这也是采用微机控制的优势所在。
★数字控制器——数字控制器是系统的核心,可选用单片微机或数字信号处理器(DSP)★系统给定——系统给定有两种方式:(1)模拟给定:模拟给定是以模拟量表示的给定值,例如给定电位器的输出电压。
模拟给定须经A/D 转换为数字量,再参与运算;(2)数字给定:数字给定是用数字量表示的给定值,可以是拨盘设定、键盘设定或采用通信方式由上位机直接发送★输出变量——微机数字控制器的控制对象是功率变换器,可以用开关量直接控制功率器件的通断,也可以用经D/A 转换得到的模拟量去控制功率变换器微机数字控制双闭环直流调速系统的软件有:主程序;初始化子程序;中断服务子程序等。
★主程序——完成实时性要求不高的功能,完成系统初始化后,实现键盘处理、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功能。
★初始化子程序——完成硬件器件工作方式的设定、系统运行参数和变量的初始化等。
★中断服务子程序:转速调节中断服务子程序;电流调节中断服务子程序;故障保护中断服务子程序★三种中断服务中,故障保护中断优先级别最高,电流调节中断次之,转速调节中断级别最低。
★旋转编码器:在数字测速中,常用光电式旋转编码器作为转速或转角的检测元件。
★两种测速方法的比较:M 法测速在高速段分辨率强;T 法测速在低速段分辨率强;因此,可以将两种测速方法相结合,取长补短。
既检测Tc 时间内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。
★检测精度:低速时M/T 法趋向于T 法,在高速段M/T 法相当于T 法的M1 次平均,而在这M1 次中最多产生一个高频时钟脉冲的误差。
因此,M/T 法测速可在较宽的转速范围内,具有较高的测速精度。
★数字PI调节器:模拟PI调节器的数字化;改进的数字PI算法;智能型PI调节器★位置式算法特点是:比例部分只与当前的偏差有关,而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。
★限幅值设置:不考虑限幅时,位置式和增量式两种算法完全等同,考虑限幅则两者略有差异。
增量式PI 调节器算法只需输出限幅,而位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅,缺一不可。
★智能型PI 调节器:数字控制器不仅能够实现模拟控制器的数字化,而且可以突破模拟控制器只能完成线性控制规律的局限,完成各类非线性控制、自适应控制乃至智能控制等等,大大拓宽了控制规律的实现范畴。
★主要的智能控制方法:专家系统;模糊控制;神经网络控制★智能控制特点:控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型,因而系统具有较强的鲁棒性和对环境的适应性。
★连续系统设计方法:这就是按模拟系统的设计方法,或称间接设计法。
★Shannon 采样定理:根据Shannon 采样定理,采样频率fsam 应不小于信号最高频率fmax的2倍,即fsam > 2 fmax这时,经采样及保持后,原信号的频谱可以不发生明显的畸变,系统可保持原有的性能。
★采用计算机控制电力传动系统的优越性在于:(1)可显著提高系统性能。
采用数字给定、数字控制和数字检测,系统精度大大提高;可根据控制对象的变化,方便地改变控制器参数,以提高系统抗干扰能力。
(2)可采用各种控制策略。
可★变参数PID 和PI 控制;自适应控制模糊控制;滑模控制;复合控制。
(3)可实现系统监控功能。
状态检测;数据处理、存储与显示;越限报警;打印报表等。
第五章★交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面:一般性能的节能调速;高性能的交流调速系统和伺服系统;特大容量、极高转速的交流调速★交流调速系统的主要类型:交流电机主要分为异步电机(即感应电机)和同步电机两大类,每类电机又有不同类型的调速系统。
★从能量转换的角度上看异步电机的调速系统分成三类: 1. 转差功率消耗型调速系统 2.转差功率馈送型调速系统 3. 转差功率不变型调速系统★同步电机的调速:在同步电机的变压变频调速方法中,从频率控制的方式来看,可分为他控变频调速和自控变频调速两类。
★自控变频调速:利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相,类似于直流电机中电刷和换向器的作用,因此有时又称作无换向器电机调速,或无刷直流电机调速。
★开关磁阻电机:是一种特殊型式的同步电机,有其独特的比较简单的调速方法,在小容量交流电机调速系统中很有发展前途异步电机的机械特性方程式它表明,当转速或转差率一定时,电磁转矩与定子电压的平方成正比。
★变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用:除了调速系统以外,异步电动机的变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中也得到了广泛的应用。
★起动电流和转矩分析:中、大容量电动机的起动电流大,会使电网压降过大,影响其他用电设备的正常运行,甚至使该电动机本身根本起动不起来。
这时,必须采取措施来降低其起动电流,常用的办法是降压起动。
★降压起动的矛盾:起动转矩与电压的平方成正比,起动转矩的减小将比起动电流的降低更快,降压起动时又会出现起动转矩够不够的问题。
为了避免这个麻烦,降压起动只适用于中、大容量电动机空载(或轻载)起动的场合。
★软起动方法:视起动时所带负载的大小,起动电流可在(0.5~4) IsN 之间调整,以获得最佳的起动效果,但无论如何调整都不宜于满载起动。
负载略重或静摩擦转矩较大时,可在起动时突加短时的脉冲电流,以缩短起动时间。
软起动的功能同样也可以用于制动,用以实现软停车。
第六章★基频以下调速:采用恒值电动势频率比的控制方式★基频以上调速:在基频以上调速时,频率应该从f1N 向上升高,但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ,最多只能保持Us = UsN ,这将迫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。
如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值,即都能在允许温升下长期运行,则转矩基本上随磁通变化,按照电力拖动原理,在基频以下,磁通恒定时转矩也恒定,属于“恒转矩调速”性质,而在基频以上,转速升高时转矩降低,基本上属于“恒功率调速”。
★交-直-交和交-交变压变频器: 从整体结构上看,电力电子变压变频器可分为交- 直-交和交-交两大类。
★交-直-交变压变频器:交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流,再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流★交-交变压变频器的控制方式:整半周控制方式;〉调制控制方式★电压源型和电流源型逆变器:在交-直-交变压变频器中,按照中间直流环节直流电源性质的不同,逆变器可以分成电压源型和电流源型两类,两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器★电压源型逆变器: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: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两类逆变器在主电路上虽然只是滤波环节的不同,在性能上却带来了明显的差异,主要表现如下:(1)无功能量的缓冲;(2)能量的回馈(3)动态响应;(4)输出波形(5)应用场合★ PWM调制方法:载波比一一载波频率fc与调制信号频率fr之比N,既N = fc / fr.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
★异步调制一一载波信号和调制信号不同步的调制方式。
★同步调制N等于常数,并在变频时使载波和信号波保持同步。
★电压空间矢量与磁链矢量的关系:在一个周期内,6个磁链空间矢量呈放射状,矢量的尾部都在0点,其顶端的运动轨迹也就是6个电压空间矢量所围成的正六边形★开关状态顺序原则:每次切换开关状态时,只切换一个功率开关器件,以满足最小开关损耗。
★电力传动的基本控制规律:调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。
★转差频率控制: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。
★转差频率控制的基本规律:在转差频率控制系统中,只要给s限幅,就可以基本保持Te与s的正比关系,也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。
这是转差频率控制的基本规律之一。
只要Us和「1及Is的关系符合上图所示特性,就能保持Eg/ 1恒定,也就是保持>m恒定。
这是转差频率控制的基本规律之二。
★直流电机模型:在工程上能够允许的一些假定条件下,可以描述成单变量(单输入单输出)的三阶线性系统,完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展出来的工程设计方法进行分析与设计。
但是,同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时,就不那么方便了,因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。
★模型的非线性:数学模型也是非线性的★异步电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。
★电枢磁动势的作用:可以用补偿绕组磁动势抵消,或者由于其作用方向与d轴垂直而对主磁通影响甚微,所以直流电机的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定,这是直流电机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因。