电力拖动自动控制系统

—运动控制系统

（陈伯时） 

[10411‐4]

电力拖动自动控制系统  Created by Kairry 

概述

基本概念

运动 （motion、 movment） 是物质的固有性质和存在方式； 是物质所固有的根本属性。

有一句基于哲学的释义---没有不运动的物质；也没有离开物质的运动。可见运动涉

及宇宙万物、大到遥远的天体，小到微观的质子和电子，对这些运动的研究覆盖了

整个科学技术领域。

运动控制系统 （motioncontrolsystem） 是近 10 多年来国际上流行的一个技术术语，

它源于一种狭义的、约定俗成的共识，即它的主要研究内容是机械运动过程中涉及

的力学、机械学、动力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。

拖动---由原动机带动生产机械运动，我们称之拖动。

电力拖动---以电动机作原动机的拖动方式称之电力拖动

控制---按照主体的意愿使事物朝期望的目标发展。

自动控制---在无人参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置或控制器），

使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某工作状态或参数（即被控量）自动

地按预定的规律进行变化。

自动控制系统---是由控制器和控制对象结合在一起的，并能对控制对象的某些物理

量进行自动调节、控制的一个有机整体。

电力拖动自动控制系统的定义：

以机械运动的驱动设备—电动机为被控对象；

以控制器为核心；

以电力电子功率变换装置为执行机构；

在自动控制理论指导下组成的可实现电气传动功能的自动控制系统。

自动控制技术的应用与发展

自动控制技术在工农业生产、日常生活、交通运输、国防军事和航空航天等各个

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领域中应用极为广泛。

随着生产和科学技术的发展，自动控制技术可以说已渗透到各种学科领域，成为

促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。

例 满足生产过程及生产工艺要求

1）车床 粗加工（毛坯）吃刀深、速度低 需控制驱动电机在转速低、大转矩

状态；

精加工（光刀）吃刀浅、速度高 需控制驱动电机在转速高、小转矩

状态；

结论：提出对电机转速、转矩的控制要求。

2）电动车辆（电动汽车、电力机车、轻轨电车）

上坡 低速、大转矩；下坡 再生制动（动能回馈）；平路 高速、小转矩。

结论：提出对电机实施电动/发电运行状态的控制要求。

3）轧钢机

稳态时 速度稳定；咬钢时 动态速降小、恢复时间短、转矩动态响应快；

能正/反转、电动/制动 4 象限运行。

结论：提出对电机的转矩动态控制和四象限运行的要求。

4）风机/水泵类负载驱动（负载特性 T∝n 2 P∝n 3 ）

原调节流量方式：电机恒速，挡风板或阀门开度；——消耗大量能源；

节能调节：取消挡风板或阀门（全开），调速调节流量。节能率可达 40%~20%。这

更具社会现实意义。

直流电机发明于 1833 年，所以早期的电力拖动只有直流电气传动。直至 19 世纪

中后期，鼠笼式异步电动机诞生才有了交流电气传动，不论直流、交流都还不能调

速。

直到 20 世纪 30 年代， 开始使用直流调速控制系统， 并经历了 旋转变流机组---

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晶闸管可控调压调速---PWM 斩波控制系统 的发展过程，这一时期成现出“直流

调速好，交流不可调”的定式格局；

而随着半导体器件、 电力电子技术的突越发展， 在 20 世纪 60 年代国外交流兴起，

原来对交流调速的冷淡突然变得热情起来， 交流调速也经历了 V/F 控制---转差频率

控制---矢量控制---直接转矩控制 的历程。

我国的交流调速比国外晚起步 20 多年，且初期遇到极大保守阻力。

20 世纪 90 年代，永磁同步调速系统出现，造船业中全电力推进船舶开始应用。

运动控制系统的发展趋势：

驱动交流化、超高速、超大型化

u 节能环保目的 交流恒速→交流调速

u 方便维护目的 直流调速→交流调速

u 直流调速不能达到的大功率、高压、高速场合

系统集成化

u功率变换器高频化和集成化；

u借助数字和总线技术，组成多机多种控制过程协调的分布式集成控

制系

控制数字化、智能化、网络化

u新型控制理论和智能控制方应用（如鲁棒控制、非线性控制，自学

习控制等）

u利用已有的网络技术(如 Internet)实现跨地域，实时控制。

课程内容及教材特点

近年来，应用技术进步体现在三个方面：

执行机构（电力电子变换器）：晶闸管（SCR）→大功率开关器件、相位控制→脉

宽调制（PWM）；

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控制器：模拟电子控制→数字电子控制

被控对象：直流拖动系统→交流可调拖动系统（交流拖动技术发展极快）

本教材分上下两篇共 8 章

直流篇 交流篇

1、闭环控制直流调速系统。 5、闭环控制异步电动机变压调速系统

2、双闭环控制直流调速系统和调节器的工程设计方法 6、VVVF 系统（笼型异步机变压变频调速）

3、数字控制直流调速系统。 7、绕线式异步机双馈调速系统

4、可逆直流调速系统和位置随动系统 8、同步电动机变压变频调速系统

学习本课程所需主要相关学科知识：电子技术、电力电子及变频技术、自动控制原

理、电机与拖动、计算机控制技术等。

教学任务：通过第 1、2 章学习掌握电力拖动控制系统的静、动态特性和控制规律的

基本概念；掌握一般自动控制系统的分析方法；学会运用以经典控制理论为基础的

实用价值较高的工程设计方法；

通过第 3 章的学习，了解数字控制系统的特点和实现方法；

本课程结合授课班级实际情况，因在《变频器应用技术》课程已有学过，故对

交流篇不作学习安排，而代之以仿真平台 MATLAB 的课堂实验课，目的在于要求学生

掌握先进的现代工程设计工具及应用技能。

本课程所涉及的专业知识主要有：

电力电子技术；

传感器技术；

自动控制理论基础；

计算机网络技术等。

课外学习网站 

Lessonair 网站入口 

http://kairry.brinkster.net