武汉理工大学运动控制系统课件第一章 绪论.pptVIP

运动控制系统 授课教师： 曹 雪 莲 联系电话教材 运动控制系统 尔桂花 清华 02年 参考书目 电力拖动自动控制系统 陈伯时 机工 直流调速系统和交流调速系统 徐邦荃 华工 运动控制系统 李汉强 理工大 第一章绪论 $1.1运动控制系统 $1.2运动控制系统应用及其发展过程 $1.3 课程的特点、要求及教学安排 $1.1 运动控制系统 自动控制系统（按应用分）： 运动控制(Motion control) 过程控制(Process control) 例如： 过程控制: 啤酒发酵过程，化工提炼过程，锅炉控制 运动控制: 轧钢控制，数控机床控制，高速电钻控制 现阶段的主要区别是被控量及控制目标不同； 运动控制：解决“电能....机械能”中的控制问题 但是许多应用同时具有这两种控制，相互融合。 1 运动控制系统的定义和构成 定义 以电机为控制对象， 以控制器为核心， 以功率变换装置为执行机构， 在自动控制理论指导下组成的自动控制系统。 构成：三大部分 电机部分：直流电机，交流电机。 功率变换部分：可控整流，直流斩波，逆变等。 控制器部分：PID控制（单环,多环）,工程设计，自适应控制，模糊控制，智能控制，矢量控制，直接转矩控制等。 具体应用例： 各种生产线: 轧钢：冷轧，热轧，连轧连铸 印刷电路板生产线：表面贴焊,快速打孔,放置器件 生产线的运动控制 机器人:各关节高精度的伺服控制 2003: 机器人舞蹈，行走速度3.2km /h 2002: 踢足球（SONY）, 上下楼梯(HONDA) 全国大学生机器人大赛（2003） 军事装备：雷达跟踪，自动武器，飞行器控制 民用：冰箱,空调,洗衣机,电脑(光驱), 现代交通：电气牵引，轻轨，电动汽车, 电动自行车，磁悬浮 2 运动控制系统的分类 按电机分：直流系统，交流系统 按被控量分：调速系统,位置随动系统,转矩控制系统 按控制器的类型分：模拟的运动控制系统，数字的运动控制系统 按控制原理分：PID控制,模糊控制,矢量控制等等 按闭环数分：单环，双环，多环系统 可交叉：如数字式双闭环直流调速系统 3 运动控制系统的特点（性能） 传动功率范围大，几毫瓦到几百兆瓦； 调速范围宽，1：10000，每小时几转到每分钟几十万转；过渡过程快，秒级或毫秒级； 具有较高的动、静态性能； 四象限运行，能量回馈，多机协调； 合理地选择系统方案几乎可以适用任何电气传动场合 $1.2 运动控制系统应用及其发展过程 1 历史 十九世纪末，交流电机出现，经济实用的鼠笼机，功率因数高的同步机； 二十世纪中，形成直流调速，交流不调速的格局； 二十世纪八十年代以前，只有直流传动； 直流调速的发展： 旋转变流机组晶闸管可控调压斩波控制系统 二十世纪后期，交流调速兴起，原来格局打破 直流调速20%, 交流调速80% 应用领域空前广泛。 2运动控制的主要应用领域 工业:机械加工，冶金，造纸，机械手,机械运输等。 军事装备:随动系统（兵器，雷达） 交通工具:电力机车,电动汽车,舰船的电驱动系统 民用:电梯,医疗设备,娱乐,家电 3构成系统的器件和理论的发展 微处理器, SOC (System on Chip)的发展： Z80, 8051, 8098, 80196, TMS320 电力电子器件的发展：(Thyristor), GTR, MOSFET, IGBT, IPM 控制理论的发展： 经典控制方法：反馈控制，PID 现代控制理论：多变量，状态观测 自身的理论（矢量控制等） 4运动控制系统的发展趋势 驱动的交流化和超高速、超大型化 系统实现的集成化 控制的数字化、智能化和网络化 (1)驱动的交流化和超高速、超大型化 以节能环保为目的：交流不调速→交流调速 以减少维护为目的：直流调速→交流调速 以提高系统性能为目的: 变频空调 直流调速达不到的领域：大功率、高压、高速场合应用交流调速系统 (3) 控制的数字化、智能化和网络化 数字化: 新型控制理论和智能控制方法的应用 鲁棒控制,非线性控制理论 混合控制应用于各种拖动系统 模糊控制方法,自学习…. 网络化 适应自动化系统发展的需要：大型化,复杂化,全集成 $1.3 课程的特点、要求及教学计划 1 课程的特点和要求 (1)性质:专业基础课； 涉及的知识广， 解决的问题集中具体,涉及到的知识: （2）课程的核心： 一个主题：运动控制系统； 两条主线：能量变换机器和运动控制系统。 从能量变换的角度主要关注： 直流、交流电机原理； 从使用角度考察的电机的变换效率、外特性； 作为某一控制系统的被控对象时，电机的数学模型。 研究控制系统时要关注：