第四章可逆直流调速系统和位置随动 系统 4.1可逆直流调速系统 4.1.1单片微机控制的PWM可逆直流 教学内容 调速系统 4.1.2有环流控制的可逆直流调速系 统 4.1.3无环流控制的可逆直流调速系 统 通过本节内容的学习,使学生能够了解 可逆直流调速系统特点,理解晶闸管反 并联可逆线路工作状态与电机运行状 教学目的 态的关系。掌握有环流和无环流可逆直 流调速系统的组成及其控制方法。 教学重点 建议学时 2学时 教学教具与方法多媒体教学系统,讲授(PPT)
教学内容 第四章 可逆直流调速系统和位置随动 系统 4.1 可逆直流调速系统 4.1.1 单片微机控制的 PWM 可逆直流 调速系统 4.1.2 有环流控制的可逆直流调速系 统 4.1.3 无环流控制的可逆直流调速系 统 教学目的 通过本节内容的学习，使学生能够了解 可逆直流调速系统特点，理解晶闸管反 并联可逆线路工作状态与电机运行状 态的关系。掌握有环流和无环流可逆直 流调速系统的组成及其控制方法。 教学重点 建议学时 2 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统，讲授（PPT）
4.1.1单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 改变直流电机电枢电压的极性来改变电机转 向,双极式控制的波形。系统构成时转速、电 流反馈极性,调节器双向限幅 4.1.2有环流控制的可逆直流调速系统 1晶闸管反并联线路中两组晶闸管整流器和 电动机的四象限运行 从单组VM系统到 两组四象限。 2可逆V-M系统中的环流问题。 教学过程 3α≡β配合控制一一消除直流平均环流,环 流电抗器一一限制瞬时脉动环流 4α=β配合控制的有环流可逆V-M系统 组成、动态过程 4.1.3无环流控制的可逆直流调速系统 从有环流可逆系统的优缺点和工艺要求不高 时,可引入无环流控制的可逆系统。 1逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工 作原理 2DLC一无环流逻辑控制环节 作用,切换条件、封锁和开放延时
教 学 过 程 4.1.1 单片微机控制的 PWM 可逆直流调速系统 改变直流电机电枢电压的极性来改变电机转 向，双极式控制的波形。系统构成时转速、电 流反馈极性，调节器双向限幅。 4.1.2 有环流控制的可逆直流调速系统 1 晶闸管反并联线路中两组晶闸管整流器和 电动机的四象限运行―――从单组 V-M 系统到 两组四象限。 2 可逆 V-M 系统中的环流问题。 3 α＝β配合控制――消除直流平均环流，环 流电抗器――限制瞬时脉动环流 4 α＝β配合控制的有环流可逆 V-M 系统 －组成、动态过程 4.1.3 无环流控制的可逆直流调速系统 从有环流可逆系统的优缺点和工艺要求不高 时，可引入无环流控制的可逆系统。 1 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工 作原理 2 DLC －无环流逻辑控制环节 作用，切换条件、封锁和开放延时
4.1.1单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 改变直流电机电枢电压的极性来改变电机转 向,双极式控制的波形。系统构成时转速、电 流反馈极性,调节器双向限幅 4.1.2有环流控制的可逆直流调速系统 晶闸管反并联线路中两组晶闸管整流器和 电动机的四象限运行 从单组VM系统到 两组四象限。最后总结表4-1 、可逆VM系统中的环流问题。 环流的定义,形成和分类。 教案 、环流的消除与抑制 1.直流平均环流与配合控制 α=β配合控制消除直流平均环流 2.瞬时脉动环流及其抑制环流电抗器 一限制瞬时脉动环流 四、α=β配合控制的有环流可逆VM系统 组成、正向制动过程分析,着重讲清三 个阶段 4.1.3无环流控制的可逆直流调速系统 从有环流可逆系统的优缺点和工艺要求不高 时,可引入无环流控制的可逆系统 1逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工
教 案 4.1.1 单片微机控制的 PWM 可逆直流调速系统 改变直流电机电枢电压的极性来改变电机转 向，双极式控制的波形。系统构成时转速、电 流反馈极性，调节器双向限幅。 4.1.2 有环流控制的可逆直流调速系统 一、 晶闸管反并联线路中两组晶闸管整流器和 电动机的四象限运行―――从单组 V-M 系统到 两组四象限。最后总结表 4－1。 二、可逆 V-M 系统中的环流问题。 环流的定义，形成和分类。 三、环流的消除与抑制 1. 直流平均环流与配合控制 －α＝β配合控制消除直流平均环流 2. 瞬时脉动环流及其抑制环流电抗器 ―限制瞬时脉动环流 四、α＝β配合控制的有环流可逆 V-M 系统 －组成、正向制动过程分析，着重讲清三 个阶段。 4.1.3 无环流控制的可逆直流调速系统 从有环流可逆系统的优缺点和工艺要求不高 时，可引入无环流控制的可逆系统。 1 逻辑控制无环流可逆调速系统的组成和工
作原理 2DLC一无环流逻辑控制环节 作用,切换条件、封锁和开放延时 4.2.位置随动系统 4.2.1位置随动系统的组成 4.2.2位置传感器 4.2.3位置随动系统的稳态误差分析 教学内容 和参数计算 4.2.4位置随动系统的动态校正与控 制 通过本节内容的学习,使学生能够了解 位置随动系统的特点,理解不同类型系 统对典型给定信号输入的给定稳态误 教学目的 差分析。掌握系统稳态误差的计算方 法。了解位置随动系统的动态校正的 般方法
作原理 2 DLC －无环流逻辑控制环节 作用，切换条件、封锁和开放延时 教学内容 4.2. 位置随动系统 4.2.1 位置随动系统的组成 4.2.2 位置传感器 4.2.3 位置随动系统的稳态误差分析 和参数计算 4.2.4 位置随动系统的动态校正与控 制 教学目的 通过本节内容的学习，使学生能够了解 位置随动系统的特点，理解不同类型系 统对典型给定信号输入的给定稳态误 差分析。掌握系统稳态误差的计算方 法。了解位置随动系统的动态校正的一 般方法
教学难点:不同类型系统对典型给定信 教学重点 号输入的给定稳态误差分析 建议学时 4学时 教学教具与方法/多媒体教学系统,讲授(PrT) 4.2.1位置随动系统的组成 位置随动系统的组成、特征及其与调速系统的 比较 4.2.3位置传感器 分类:模拟量和数字量,增量式和绝对值 4.2.4位置随动系统的稳态误差分析和参数计 算 教学过程 1检测误差 2系统误差 一不同类型系统对典型给定信号输入的给定稳 态误差 扰动误差 4.2.5位置随动系统的动态校正与控制 一位置、转速、电流三环控制系统校正的一般 方法 给定量前馈的复合控制系统
教学重点 教学难点：不同类型系统对典型给定信 号输入的给定稳态误差分析。 建议学时 4 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统，讲授（PPT） 教 学 过 程 4.2.1 位置随动系统的组成 位置随动系统的组成、特征及其与调速系统的 比较 4.2.3 位置传感器 分类：模拟量和数字量，增量式和绝对值 4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析和参数计 算 1 检测误差 2 系统误差 －不同类型系统对典型给定信号输入的给定稳 态误差 －扰动误差 4.2.5 位置随动系统的动态校正与控制 －位置、转速、电流三环控制系统校正的一般 方法 －给定量前馈的复合控制系统
4.2.1位置随动系统的组成 位置随动系统的组成、特征及其与调速系统的 比较 强调:调速系统一恒值给定、系统主要作用是 保持稳定和抵抗扰动。位置随动系统一对给定 的快速跟随性(复现给定),稳态精度和动态 稳定性。 4.2.3位置传感器 分类:模拟量和数字量,增量式和绝对值式 着重讲电位器、自整角机、光电编码器(增量式 教案 和绝对值式) 4.2.4位置随动系统的稳态误差分析和参数计 算 1检测误差ead 取决于传感器的原理和制造精度。见表4 2系统误差es 一不同类型系统对典型给定信号输入的稳态给 定误差 系统在扰动作用下的稳态误差 由图4-16线性位置随动系统一般动态结构框 图出发,得出Es(s)表达式(4-9),导出E(s)和E(s)
教 案 4.2.1 位置随动系统的组成 位置随动系统的组成、特征及其与调速系统的 比较 强调：调速系统－恒值给定、系统主要作用是 保持稳定和抵抗扰动。位置随动系统－对给定 的快速跟随性（复现给定），稳态精度和动态 稳定性。 4.2.3 位置传感器 分类：模拟量和数字量，增量式和绝对值式。 着重讲电位器、自整角机、光电编码器(增量式 和绝对值式) 4.2.4 位置随动系统的稳态误差分析和参数计 算 1 检测误差 ed －取决于传感器的原理和制造精度。见表 4 －3。 2 系统误差 es －不同类型系统对典型给定信号输入的稳态给 定误差 －系统在扰动作用下的稳态误差 由图 4－16 线性位置随动系统一般动态结构框 图出发，得出 Es(s)表达式（4－9），导出 Esr(s)和 Esf(s)
根据W(s)、W2(s)和拉氏变换的终值定理可以求出 给定误差和扰动误差的稳态值,式(4-10)和式(4 11) 强调 1给定误差esr与系统的开环增益K和前向通 道中所有积分环节的总数p+q有关。 2扰动误差esf则只与扰动作用点以前部分的 增益K1及其积分环节数目p有关 然后引出Ⅰ型、Ⅱ型系统在三种典型输入下的 给定误差,并指出扰动误差也可以用类似的 方法求得。 4.2.5位置随动系统的动态校正与控制 、位置、转速、电流三环控制系统校正的 般方法 先内环后外环,设计好的内环等效为外环 的一个环节 优点:逐环设计可以使每个控制环都是稳 定的。 缺点:外环的截止频率将远远低于内环, 导致位置环响应慢。 单位置环的随动系统 为了提高系统的快速跟随性能,可以舍去
根据 W1(s)、W2(s)和拉氏变换的终值定理可以求出 给定误差和扰动误差的稳态值，式（4－10）和式（4 －11）。 强调： 1 给定误差 esr 与系统的开环增益 K 和前向通 道中所有积分环节的总数 p+q 有关。 2 扰动误差 esf 则只与扰动作用点以前部分的 增益 K1 及其积分环节数目 p 有关。 然后引出Ⅰ型、Ⅱ型系统在三种典型输入下的 给定误差，并指出扰动误差也可以用类似的 方法求得。 4.2.5 位置随动系统的动态校正与控制 －、位置、转速、电流三环控制系统校正的一 般方法 先内环后外环，设计好的内环等效为外环 的一个环节。 优点：逐环设计可以使每个控制环都是稳 定的。 缺点：外环的截止频率将远远低于内环， 导致位置环响应慢。 二、单位置环的随动系统 为了提高系统的快速跟随性能，可以舍去
多环结构,采用单位置闭环控制。增加电 流截止负反馈保护或用高过载倍数的伺服 电机。 、给定量前馈的复合控制系统 反馈控制一一给定信号变化要通过APR才 能起作用。 要进一步提高跟随性能,可以从给定直接引出 开环的前馈控制,和闭环的反馈控制一起, 构成复合控制系统。引出图4-23 1导出对给定输入的完全不变性条件式4-14 2由式4-13和式4-17的分母相同,得出结 论:增加前馈补偿不会影响原系统的稳定 性。 3与给定量前馈相似,引出图4-24 扰动量前馈的分析方法与给定前馈相同,同样 可以得出按扰动补偿的完全不变性条件: 式4-18
多环结构，采用单位置闭环控制。增加电 流截止负反馈保护或用高过载倍数的伺服 电机。 三、给定量前馈的复合控制系统 反馈控制――给定信号变化要通过 APR 才 能起作用。 要进一步提高跟随性能，可以从给定直接引出 开环的前馈控制，和闭环的反馈控制一起， 构成复合控制系统。引出图 4－23 1 导出对给定输入的完全不变性条件式 4－14 2 由式 4－13 和式 4－17 的分母相同，得出结 论：增加前馈补偿不会影响原系统的稳定 性。 3 与给定量前馈相似，引出图 4－24 扰动量前馈的分析方法与给定前馈相同，同样 可以得出按扰动补偿的完全不变性条件： 式 4－18