运动控制系统 第一章

自动控制系统

《自动控制系统》

教案&讲稿

课程网址：

http://202.195.70.54/tkjs/SchoolSpace/courseInfo/

courseIntro.asp ?Courseld=53

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自动控制系统

绪 论(1学时)

教学目的、要求：本节主要介绍课程的性质、任务、特点。 教学方式：采用多媒体课件。

教学设计：最初接触这一门课程，首先介绍课程的性质、解决任务、工程中的地位以及本课程的特点。讲解清楚教材的特点，选用教材的依据以及教师的讲解思路。初步使学生建立起本门课程的知识框架，用实际的工程事例激发学生的学习兴趣。 一、课程的性质、任务、特点

工业中70%的动力为电动机，凡有电机的地方均要求调节转速。如：风机、水泵、电梯、矿用提升机等。

性质：理论与实践紧密结合的、自动化专业学生必修的专业技术课。

任务：研究自动控制系统的控制规律、研究交直流的各种调速方式的控制规律。

控制系统的分类

过程控制系统、计算机控制系统 温度、压力等的控制

单闭环 直流拖动控制系统的基本规律 直流调速 双闭环 系统的静、动态性能分析 变U1调速 交流调速 变f1调速 变 E2调速 实验四个 共8学时，其中直流4学时，交流4学时。其特点：实践性强，时间占用较长。 特点：1）综合性强:涉及到的课程较多电子技术、变流、电拖、自控原理等；

2）实践性强: 与工程实际相联系，内容不是抽象的概念，而与生产实践密切相关；

3）通用性强: 研究系统的控制规律。

本课程不是就事论是，而是突出几种典型系统的控制规律，由简到繁、由浅入深逐步认识，以“控制规律”为线索贯穿全课程。 工程应用实例：

机床的控制、家用电器、电力拖动

无静差 可逆 无环流 有静差 不可逆 运动控制系统 电机拖动调速系统

直流调速 1、2、3、4章 交流调速

6、7、8章 有环流 2

自动控制系统

二、讲课方式：多媒体讲解、黑板上讲解、课堂讨论、自学；引入flash动画和MATLAB仿真软件来辅

助课堂教学。

讲授方法：传统式、启发式、逆向式、讨论式、探究式，展示最新科学技术等方式。

讲授特点：(1)尽量避免繁琐的教学推导；(2)有些问题只讲结论；(3)尽量结合生产实际；(4)只选

重点章节介绍

三、参考文献：

张崇巍、李汉强，《运动控制系统》

孙树朴等，《电力电子技术》，中国矿大出版社，2000，北京。 张明达，《电力拖动自动控制系统》，冶金工业出版社，1983，北京。 洪乃刚，《电力电子与电力拖动控制系统的MATLAB仿真》

《电气传动》 天津电气传动研究所。 《电力电子技术》 中国电工技术学会； 与本课程相关的科技论文杂志

四、考核方式：笔试70分，实验10分，科技论文10分，作业及课堂表现10分。 五、自动控制系统的发展历史

* 20世纪前，中期形成公认的格局：80%的不变速系统都采用交流传动，20%调速系统一般采用直流调速，主要原因在于其控制简单、调速平滑性好。但直流电动机结构上存在机械换向器和电刷，使它具有一些难以克服的固有缺点，如维护困难、寿命短、单机容量和最高电压都受到一定限制。而交流电动机，主要是异步电动机，没有电刷、结构简单、维护容易，但在当时的技术条件下，很难实现高性能的调速控制。

* 20世纪70年代的能源危机促使世界各国开始重点研究交流调速系统。风机、水泵靠阀门和挡板 来调节流量和压力，造成大量的电能浪费，通过改变电动机转速的方法调节风量和流量，可节电20%~30%，于是变频器出现了。

随着三大技术的发展交流调速系统的性价比也逐渐优于直流调速系统，目前交流调速系统上升到主导地位，并逐步取代直流调速。

电力电子技术 三大技术

微机控制技术 现代控制理论 3

自动控制系统

第1篇 直流拖动控制系统

教学设计：从直流电动机转速方程入手，分析三种调节电动机转速的方法，通过讲解各种方法的优缺点，引申出本章核心内容：调压调速 。而调压调速系统需要有专门向电动机供电的可控直流电源。进一步引入几种主要的可控直流电源。在对比的基础上，总结出各种可控直流电源的特点。 引 言

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。

直流调速方法

图

U?E?IaR E?Ke?n Ke?电动势系数

n?U?IaR

Ke?调压调速（无级调速，效果最佳）

工作条件：

保持励磁 ???n 保持电阻 R?Ra 调节过程：

改变电压UN??U??n?,n0? 调速特性：

转速下降，机械特性曲线平行下移。

调阻调速（调速范围小，特性软，有级调速）

工作条件：

保持励磁 ???n 保持电压 U?UN 调节过程：

增加电阻 Ra??R??n?,n0不变 调速特性：

转速下降，机械特性曲线变软

调磁调速（调速范围小）

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自动控制系统

工作条件：

保持电压 U?UN 保持电阻 R?Ra 调节过程：

减小励磁 ?N?????n?,n0? 调速特性：

转速上升，机械特性曲线变软。

*自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

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