《电力拖动自动控制系统——运动控制系统(第五版)》学习笔记
本节内容对应书中第一章 绪论；对应页码p1-p6
运动控制系统的概念
电力拖动——电能与机械能间的能量转换
电力拖动自动控制系统(运动控制系统)
——通过控制电动机的电压、电流、频率等输入量，来改变机械转矩、速度、位移等机械量
运动控制系统及其组成
①电动机——电机学/电机拖动
②功率放大与变换装置——电力电子技术
③控制器——自动控制原理/计算机控制技术
④信号处理与传感器——检测与转换
运动控制系统基本方程式
\[J\frac{ {d{\omega _m} } } { {dt} } =
{T_e} - {T_L} - D{\omega _m} - K{\theta _m}\] \[\frac{ {d{\theta _m} } } { {dt} } = {\omega
_m}\] 其中：
\(J\)——机械转动惯量（kg·㎡）
\(\omega
_m\)——转子机械角速度（rad/s）
\(\theta _m\)——转子机械角（rad）
\(T_e\)——电磁转矩（N·m）
\(T_L\)——负载转矩（N·m）
\(D\)——阻尼转矩系数
\(K\)——扭转弹性转矩系数
通常忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动方程式简化为
\[J\frac{ {d{\omega _m} } } { {dt} } = {T_e}
- {T_L}\] 采用飞轮距代替转动惯量，可以将式子改写为
\[\frac{ {G{D^2} } } { {375} }\frac{ {dn} } {
{dt} } = {T_e} - {T_L}\] 其中：转换公式为\(J = m{\rho ^2} = \frac{ {G{D^2} } } { {4g}
}\)，角速度\({\omega _m} = \frac{ {2\pi
n} } { {60} }\)，\(375 \approx \frac{
{120g} } {\pi }\)（m/min·s）
\(m\)——转动部分质量（kg）
\(G\)——转动部分重力（N）
\(\rho\)——转动惯性半径（m）
\(D\)——转动惯性直径（m）
\(g\)——重力加速度（取9.8\(m{\text{/} } { {\text{s} }^2}\)）
\(n\)——转子机械转速（r/min）
转矩控制是运动控制的根本问题
因为要控制电机的转速与转角（或直线电机的速度与位移），唯一需要控制的是电机的电磁转矩\(T_e\)
磁链控制同样重要
为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁芯，在一定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。
通常在基速（额定转速）以下采用恒磁通控制，基速度以上采用弱磁控制。
生产机械的负载转矩特性
恒转矩负载
恒转矩负载
a）位能性恒转矩负载（由重力产生）——起重机、电梯
负载转矩的大小和方向始终不变。例如起重设备提升重物时，负载转矩为阻转矩，其作用方向与电动机旋转方向相反，当下放重物时，负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转
b) 反抗性恒转矩负载——轧钢机、机床平移机构
负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，始终是阻转矩
恒功率负载
恒功率负载
\(P_L\)为常数，\({T_L} = \frac{P_L}{\omega _m} = \frac{ {60{P_L} }
} { {2\pi n}}\)
负载转矩与转速成反比、反抗性负载——车床加工、牵引
车床粗加工时，切削量大（负载大），用低速挡
车床精加工时，切削量小（负载小），用高速挡
风机泵类负载
风机泵类负载
\({T_L} \propto \omega _m^2 \propto {n^2}\)负载转矩与转速平方成正比、反抗性负载——风机、水泵、油泵