交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)課件

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1、交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)主講：曾理湛、陳學(xué)東數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電話:13297015665Email:zenglizhan@sina.com本課程的任務(wù)：了解交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的檢測技術(shù)及選型掌握永磁同步電動機(jī)交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的建模、控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真方法了解多種現(xiàn)代交流伺服運(yùn)動控制技術(shù)了解交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用1緒論1.1什么是“交流伺服運(yùn)動控制”1.2交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的發(fā)展1.3交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)1.4現(xiàn)代交流伺服運(yùn)動控制技術(shù)1.5課程特點(diǎn)、內(nèi)容安排及學(xué)習(xí)方法(1)電機(jī)：機(jī)電能量變換

2、的主要裝置1、電機(jī)及運(yùn)動控制系統(tǒng)1.1什么是“交流伺服運(yùn)動控制”直流、交流旋轉(zhuǎn)、直線、多自由度…三相交流鼠籠式異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子直流電動機(jī)自動控制系統(tǒng)（按應(yīng)用分）：運(yùn)動控制(Motioncontrol)過程控制(Processcontrol)例如：過程控制:啤酒發(fā)酵過程，化工提煉過程，鍋爐控制運(yùn)動控制:（續(xù)頁）(2)運(yùn)動控制系統(tǒng)主要區(qū)別是被控量及控制目標(biāo)不同，“運(yùn)動控制”以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備---電機(jī)為控制對象，解決“電能?機(jī)械能”中的控制問題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求(2)運(yùn)動控制系統(tǒng)芯片光刻機(jī)主軸電機(jī)帶制動器伺服電機(jī)伺服電機(jī)

3、刀庫刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)數(shù)控機(jī)床各種制造裝備及生產(chǎn)線:PCB生產(chǎn)線：貼焊、打孔、放置生產(chǎn)線運(yùn)動控制半導(dǎo)體制造裝備：光刻機(jī)、芯片封裝機(jī)機(jī)械加工裝備：各型數(shù)控機(jī)床(2)運(yùn)動控制系統(tǒng)機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的伺服控制ASIMO2003:行走速度3.2km/h2004:舞蹈機(jī)器人（近藤）2005:自行車自主運(yùn)行2010：仿生龜空間機(jī)器車：旅居者（1997）軍事裝備：雷達(dá)跟蹤，自動武器，飛行器控制民用及醫(yī)療：空調(diào)、洗衣機(jī)、CT機(jī)現(xiàn)代交通：電動汽車、電動自行車、磁懸浮按電機(jī)分：直流傳動系統(tǒng)交流傳動系統(tǒng)按被控量分：以速度為控制量：調(diào)速系統(tǒng)以位

4、置為控制量：位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）按控制器的類型分:模擬控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)按控制原理分：PID控制、模糊控制…按閉環(huán)數(shù)分：單環(huán)、雙環(huán)、多環(huán)系統(tǒng)(3)運(yùn)動控制系統(tǒng)分類可交叉：如數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)交流伺服運(yùn)動控制是以電力電子為基礎(chǔ)、以交流電機(jī)為控制對象、以自動控制理論為指導(dǎo)、以電子技術(shù)和微處理器控制及計算機(jī)輔助設(shè)計為手段,并與檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合,將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動精確的位置控制（速度控制、轉(zhuǎn)矩）的控制。2“交流伺服運(yùn)動控制”定義簡而言之：交流電機(jī)驅(qū)動的位置隨動（伺服）運(yùn)動

5、控制制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的發(fā)動機(jī)、國家安全的重要保障及國家綜合實(shí)力的主要體現(xiàn)交流伺服運(yùn)動控制是運(yùn)動控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，是數(shù)字制造裝備的核心功能部件，應(yīng)用廣泛3交流伺服運(yùn)動控制技術(shù)的重要性高性能交流伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)的主要制造商：美國:GE,Rockwell,Emerson,Ansolder,…歐洲:Siemens,ABB,CT(Emerson),…日本:Toshiba,Mitsubishi,Hitachi,Fuji,…19世紀(jì)中先后誕生了直流傳動和交流傳動。在20世紀(jì)的大部分年代里，已形成公認(rèn)的格局：交流不調(diào)速80%直流調(diào)速2

6、0%在20世紀(jì)80-90年代形成新的格局：交流調(diào)速80%直流調(diào)速10%交流不調(diào)速10%1.2交流伺服運(yùn)動控制的發(fā)展1長期以來，電機(jī)調(diào)速以直流電機(jī)為主20世紀(jì)70年代以前，凡是要求調(diào)速范圍廣速度控制精度高和動態(tài)響應(yīng)性能好的場合，幾乎全都采用直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，而交流電動機(jī)主要用于不需要變速的電力傳動系統(tǒng)中，因?yàn)椋海?）直流電動機(jī)易于控制，改變電機(jī)的輸入電壓或勵磁電流，就可在范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。（2）交流電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩特性不是固定的，不易控制。2直流電機(jī)存在嚴(yán)重缺陷：機(jī)械接觸式換向器（1）換向器表面線速度及換向電流、電壓有一極限容

7、許值。（2）由于要照顧到換向器的可靠工作，電樞及換向器的直徑一般都做的比較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量就大。（3）換向器必須定期停機(jī)檢修，運(yùn)行中也要經(jīng)常注意觀察換向器的火花情況。1.2交流伺服運(yùn)動控制的發(fā)展3交流電機(jī)的優(yōu)越性交流電動機(jī)，特別是籠式異步電動機(jī)，擁有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格便宜及不需要經(jīng)常維修等特點(diǎn)，使其得到了十分廣泛的應(yīng)用。如果能控制好，它具有直流電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。1.2交流伺服運(yùn)動控制的發(fā)展（1）20世紀(jì)20年代人們就認(rèn)識到了，但當(dāng)時直至本世紀(jì)50年代中期，一直幾乎無法實(shí)現(xiàn)。（2）20世紀(jì)50年代中期，晶閘管研制成功，

8、不僅開創(chuàng)了電力電子技術(shù)的新時代，同時也帶來交流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的一個大飛躍。（3）20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的矢量控制理論帶交流電機(jī)控制技術(shù)的革命，使交流電機(jī)的控制性能在理論上和直流電機(jī)相當(dāng)。（4）20世紀(jì)80年代的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，也對交流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展發(fā)展起