關(guān)于電動汽車驅(qū)動控制技術(shù)設(shè)計研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　課題名稱：_ 關(guān)于電動汽車驅(qū)動控制技術(shù)設(shè)計研究</p><p>　　系 部：_ 汽車系 </p><p>　　專 業(yè)： _汽車運(yùn)用技術(shù)專業(yè)三班 </p><p>　　姓

2、 名：_ </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師：_ </p><p>　　職 稱： 講師 <

3、;/p><p>　　二〇一一 年 10月 08日</p><p>　　關(guān)于電動汽車驅(qū)動控制技術(shù)設(shè)計研究</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　隨著全球環(huán)境的變化，嚴(yán)重的污染問題和能源成為人們所關(guān)注的問題，全球石油危機(jī)日益嚴(yán)重而帶動的石油價格不斷上漲，給汽車工程人員帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，給汽車工業(yè)帶來了的沖

4、擊，同時也增強(qiáng)了人們開發(fā)電動汽車的意識，而電動汽車成為人們所關(guān)注的一大焦點(diǎn)。</p><p>　　目前電動汽車以傳動效率高.噪音小、耗能低、無污染、結(jié)構(gòu)簡單而成為新能源汽車發(fā)展的主流，世界很多國家都投入了大量的人力、財力.科研去開發(fā)電動汽車。</p><p>　　本文比較全面地介紹電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制技術(shù)，闡述了電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)，功率變換技術(shù)，傳感器技

5、術(shù)和建模仿真技術(shù)。針對電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行建模，對電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)的速度進(jìn)行閉環(huán)控制和控制策略進(jìn)行研究。根據(jù)電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計制作PID控制器，自適應(yīng)控制器，模糊控制器和預(yù)測控制器，利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真進(jìn)行分析，設(shè)計出合理的電動車動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。</p><p>　　本文主要采用的技術(shù)有：</p><p>　　1 電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制技術(shù)，功率變換技術(shù)，傳

6、感器技術(shù)和建模仿真技術(shù)。</p><p>　　2 電動汽車PID控制器，自適應(yīng)控制器，模糊控制器和預(yù)測控制器，利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真進(jìn)行分析，設(shè)計出合理的電動車動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。，</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速、EV，逆變器，驅(qū)動系統(tǒng)，穩(wěn)定性，變換器等。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

7、>　　第一章 電動汽車動力與控制設(shè)計................................4</p><p>　　第一節(jié) 電動汽車的結(jié)構(gòu)............................................4</p><p>　　第二節(jié) 電動汽車的動力電源...................................5</p><

8、;p>　　第三節(jié) 電動汽車驅(qū)動電機(jī)種類..................................9</p><p>　　第四節(jié) 直流驅(qū)動電動機(jī).......................................9</p><p>　　第五節(jié) 交流驅(qū)動電動機(jī).......................................13</p>&l

9、t;p>　　第六節(jié) 直流電動機(jī)的控制.....................................15</p><p>　　第七節(jié) 三項交流電動機(jī)的控制..................................17</p><p>　　第二章 電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)...................................26</p>&

10、lt;p>　　第一節(jié) 電動汽車的傳感器...........................................26</p><p>　　第二節(jié) 驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制與性能...................................29</p><p>　　第三節(jié) 驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯莽性...................................58&

11、lt;/p><p>　　第四節(jié) 電動汽車功率變換技術(shù).......................................65</p><p>　　第三章 電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)建模與仿真..........................67</p><p>　　第一節(jié) 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成....................................

12、.67</p><p>　　第二節(jié) 整車模型的建立.............................................68</p><p>　　第三節(jié) 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的仿真技術(shù).................................73</p><p>　　第四節(jié) 電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)控制器設(shè)計...................

13、........76</p><p>　　結(jié)論..............................................................81</p><p>　　致謝語............................................................82</p><p>　　參考文獻(xiàn)......

14、...................................................83</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　面對日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和石油危機(jī)，汽車工業(yè)的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為了汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以使用電能作為汽車的動力源成為各國研究的對象，實現(xiàn)汽車零污染零排放，因此電動汽車的驅(qū)動控制成為了一個研究

15、的重點(diǎn)話題。</p><p>　　解決電動汽車的驅(qū)動控制技術(shù)，首先要解決電動機(jī)的問題，主要有電動機(jī)如何控制電動汽車的行駛，怎樣實現(xiàn)變頻調(diào)速，怎樣適應(yīng)電動汽車行駛的不同工況和行駛路況。</p><p>　　其次是解決電動汽車的電池問題，電池關(guān)系到電動汽車的運(yùn)行時間和行駛里程，因此各國大力研究電動汽車的電池，提高電池的技術(shù)使用壽命，降低電池的制造生產(chǎn)的成本。電池問題的解決，意味電動汽車可以進(jìn)入

16、千家萬戶，并且能夠減輕環(huán)境污染，降低能耗。解決電池問題主要是解決充電問題，充電時間和充電電壓要由控制電腦來進(jìn)行有效的控制，縮短充電時間，提高充電效率。</p><p>　　上面兩個問題解決了之后，是要解決電動汽車整車控制的問題，主要有功率變頻技術(shù)在電動汽車的使用；電壓傳感器、電流傳感器等傳感器在電動汽車上的使用；整車控制電路和控制電腦在電動汽車的使用；并且在電動汽車實現(xiàn)閉環(huán)控制和反饋控制，使電動汽車實現(xiàn)穩(wěn)定性的功

17、率輸出，達(dá)到高功率、高輸出轉(zhuǎn)矩的機(jī)電控制特性。通過這些措施來提高電動汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和可實用性。所以電動汽車成為未來世界的主要交通工具。</p><p>　　電動汽車動力與控制設(shè)計</p><p><b>　　電動汽車的結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　1 電動汽車的類型</b></p><

18、p>　　主要有混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEV)、燃料電池汽車(FCEV)、氫發(fā)動機(jī)汽車以及燃?xì)馄嚒⒋济哑嚨阮愋?，本書僅對純電動汽車(BEV)、燃料電池汽車(FCEV)進(jìn)行研究。目前純電動汽車(BEV)和燃料電池汽車(FCEV)是由兩種方式生產(chǎn)出來的，一種是是對內(nèi)燃機(jī)的改造，用電力驅(qū)動系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，另一種是基于全新設(shè)計的追求獨(dú)特性的發(fā)電動汽車</p><p>　　2 電動汽車的基本

19、結(jié)構(gòu) </p><p>　　現(xiàn)在高性能的電動汽車通常是專門設(shè)計制造的，這種專門設(shè)計制造的電動汽車以原有的車體和車架設(shè)計為基礎(chǔ)，滿足電動汽車獨(dú)有的結(jié)構(gòu)要求并充分利用了電力驅(qū)動的靈活性。與燃油汽車相比， 電動汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是靈活的。這種靈活性源于電動汽車具有以下幾個獨(dú)特的特點(diǎn)：首先，電動汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，因此，電動汽車各部件的布置具有很大的靈活性；其次，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的

20、布置不同(如獨(dú)立的四輪驅(qū)動系統(tǒng)和輪轂電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)等)會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，采用不同類型的電動機(jī) ( 如直流電動機(jī)和交流電動機(jī))會影響到電動汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀：不同類型的儲能裝置(如蓄電池和燃料電池)也會影響電動汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。另外，不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過感應(yīng)式和接觸式的充電機(jī)充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進(jìn)行集中充電。 </p><p><

21、;b>　　基本結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　如圖 2所示，電動汽車系統(tǒng)可分為三個子系統(tǒng)，即電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制</p><p>　　第二節(jié) 電動汽車的動力電源</p><p><b>　　1 鉛酸電池</b></p><p>　　鉛酸電池誕生于1860 年, 距今已有100多年

22、的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動動力源，它也是成熟的電動汽車蓄電池。工作原理: 它是采用金屬鉛作為負(fù)極, 二氧化鉛作為正極, 用硫酸作為電解液, 其化學(xué)反應(yīng)式為:Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O放電時, 鉛和二氧化鉛都與電解液反應(yīng)生成硫酸鉛。充電時反應(yīng)過程正好相反。現(xiàn)在比較廣泛的采用免維護(hù)的閥控式鉛酸電池(VRLA ).總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動汽車

23、的動力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)；一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本過高。由于鉛酸電池的技術(shù)比較成熟，經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)后的鉛酸電池仍將是近期電動汽車的主要電源。正在開發(fā)的電動汽車用先進(jìn)鉛酸電池主要有以下幾種：水平鉛酸電池、雙極性密封鉛酸電池、卷繞式電極鉛酸電池等。</p><p><b>　　2 高溫鈉電池</b></p><

24、;p>　　高溫鈉電池主要包括鈉氯化鎳電池(NaNiC12)和鈉硫蓄電池兩種。鈉氯化鎳電池是1978年發(fā)明的，其正極是固態(tài)NiC12 ，負(fù)極為液態(tài)Na，電解質(zhì)為固態(tài)β-Al2O2 陶瓷，充放電時鈉離子通過陶瓷電解質(zhì)在正負(fù)電極之間漂移。鈉氯化鎳電池是一種新型高能電池，它具有比能量高(超過100 Wh／kg)，無自放電效應(yīng)，耐過充、過放電，可快速充電，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是其工作溫度高(250～350℃)，而且內(nèi)阻與工作溫度、電流和充電狀

25、態(tài)有關(guān)，因此需要有加熱和冷卻管理系統(tǒng)。鈉硫蓄電池具有高的比能量和功率，但成本高，安全性差，其工作溫度接近300℃，熔融的鈉和硫有潛在的危險性，并且腐蝕也限制了電池的可靠性和壽命?？傊@種電池是否可達(dá)到商業(yè)化普及的關(guān)鍵問題是可靠性、安全性及成本。</p><p><b>　　3 超級電容</b></p><p>　　超級電容器，又叫雙電層電容器、電化學(xué)電容器、黃金電容

26、、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。超級電容器是利用雙電層原理的電容器，當(dāng)外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負(fù)極板存儲負(fù)電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢低于電解液的氧化還

27、原電極電位時，電解液界面上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。</p><p>　　它是一種電化學(xué)電容，兼具

28、電池和傳統(tǒng)物理電容的優(yōu)點(diǎn)。其特點(diǎn)是壽命長、效率高、比能量低、放電時間短。超級電容往往和其它蓄電池聯(lián)合應(yīng)用作為電動汽車的動力電源，可以滿足電動汽車對功率的要求而不降低蓄電池的性能。超級電容的使用將減少汽車對蓄電池大電流放電的要求，達(dá)到減少蓄電池體積和延長蓄電池壽命的目的。根據(jù)電極材料的不同，超級電容可分為碳類超級電容(雙電層電化學(xué)電容)和金屬氧化物超級電容兩類。</p><p><b>　　4 燃料電池&

29、lt;/b></p><p>　　工作原理: 燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池通常由三部分組成, 即陽極(A )、陰極(C) 和電解液(E) , 陽極為燃料電極, 在催化劑作用下發(fā)生氧化反應(yīng)并輸出電子到外電路。陰極在催化劑作用下發(fā)生還原反應(yīng), 并從外電路接受電子。電解液用于傳遞燃料反應(yīng)的離子和電子。</p><p>　　主要優(yōu)

30、缺點(diǎn): 燃料電池是一個能量生成裝置, 并且一直產(chǎn)生能量, 直到燃料耗盡。它的優(yōu)越性在于高效率的把燃料轉(zhuǎn)化為電能, 工作安靜, 以純氫為燃料時可以實現(xiàn)零排放, 燃料補(bǔ)充迅速, 并且燃料容易獲得。缺點(diǎn)是現(xiàn)在的應(yīng)用技術(shù)還需要進(jìn)一步的提高, 還存在一定的安全問題和價格問題。</p><p>　　發(fā)展現(xiàn)狀: 90 年代以來燃料電池成為各個發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)的電動車電池。加拿大、美國、日本、德國等國家處于領(lǐng)先地位, 其中以加拿

31、大的巴德拉公司最為先進(jìn)。由于汽車運(yùn)行工況復(fù)雜, 如果單獨(dú)用燃料電池作動力源會導(dǎo)致燃料電池后備功率很大, 引起重量增加, 成本上升, 氫氣利用低的問題。所以, 目前的燃料電池幾乎全部采用燃料電池加輔助動力源的混合驅(qū)動方案。目前以氫為燃料的電動汽車在性能上已經(jīng)基本趕上了燃油汽車。但是, 高成本制約了發(fā)展。</p><p>　　發(fā)展前景: 燃料電池電動車是唯一能與燃油電動汽車用動力電池汽車相比的電動車, 有可能成為未來

32、的主流技術(shù)。但是燃料電池汽車要達(dá)到商品化還要克服許多困難,高額的開發(fā)費(fèi)用更是限制它發(fā)展的原因。但是在未來的5～ 10 年內(nèi), 燃料電池技術(shù)必將得到飛速的發(fā)展。</p><p>　　第三節(jié) 電動汽車驅(qū)動電機(jī)種類</p><p>　　電動機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電動機(jī)也稱（俗稱馬達(dá)），在電路中用字母“M”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作

33、為用電器或各種機(jī)械的動力源。電動機(jī)可分為交流電動機(jī)、直流電動機(jī)、交/直流點(diǎn)動機(jī)、控制電動機(jī)、開關(guān)、磁阻電動機(jī)及信號電動機(jī)等多種。適用于電力驅(qū)動的電動機(jī)可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。目前在電動汽車上已應(yīng)用的和應(yīng)用前景的有直流電動機(jī)、交流感應(yīng)電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等。</p><p>　　第四節(jié) 直流驅(qū)動電動機(jī)</p><p>　　1 電動機(jī)的基本構(gòu)造 直流電動

34、機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座組成。主磁極鐵芯上套有線圈，通入直流勵磁電流便會產(chǎn)生磁場，即主磁場。換向極也由鐵芯及套在上面的線圈組成，其作用是產(chǎn)生附加磁場。以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。機(jī)座除作電動機(jī)的機(jī)械支架外，還作為各磁極間磁的通路。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸和風(fēng)扇組成。轉(zhuǎn)子鐵芯用來安裝轉(zhuǎn)子繞組，并作為電動機(jī)磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的主要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并通過電流，以產(chǎn)

35、生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器由換向片組成，換向片按一定規(guī)律與轉(zhuǎn)子繞組的繞組元件連接。</p><p>　　2 直流電動機(jī)的工作原理</p><p>　　如圖 3-1 直流電動機(jī)的工作原理圖</p><p>　　直流電動機(jī)包括倆個在空間固定的永久磁鐵，一個為N極，另一個為S極。在磁極的中間，裝有一個可以轉(zhuǎn)動的線圈，它的首末兩端分別接到兩片圓弧形的換向片（銅片）上，兩個換向片之

36、間、換向片與轉(zhuǎn)軸（與線圈一起旋轉(zhuǎn)）之間均相互絕緣，為了把電樞繞組和外電路接通，在換向器上安置了兩個固定不動的電刷。由于電刷和電源固定連接，因此無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。由左手定則可知，通電線圈在磁場中受到逆時針方向的力矩作用。雖然電流方向是交替變化的，但所受的電磁力的方向不改變，因此線圈可以連續(xù)地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的各種原理</p><p>　　3 運(yùn)動特性

37、直流電動機(jī)的運(yùn)動特性包括工作特性和機(jī)械特性。工作特性是指電動機(jī)在額定電壓、額定勵磁電流不變的情況下，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距和輸出功率之間的關(guān)系。機(jī)械特性是指在額定電壓和電磁繞組不變的情況電流與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。</p><p>　　直流串勵電動機(jī)特性曲線如圖所示</p><p>　　他勵電動機(jī)特性曲線如圖所示 </p><p>　　4 特點(diǎn) 直流電動機(jī)的構(gòu)造較復(fù)

38、雜，價格也比交流電動機(jī)昂貴,維護(hù)維修也較困難。近年來，由于變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在中小功率的電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，交流電動機(jī)正逐步取代直流電動機(jī)。 盡管如此，由于直流電動機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、便于大范圍平滑調(diào)速、起動轉(zhuǎn)矩較大等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛用于要求進(jìn)行平滑、穩(wěn)定、大范圍的調(diào)速或需靈活控制起動、制動的生產(chǎn)機(jī)械。</p><p>　　第五節(jié) 交流驅(qū)動電動機(jī)</p><p>　　1 三相異步感應(yīng)

39、電動機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　三相異步感應(yīng)電動機(jī)性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低目前在電動汽車上已經(jīng)得到很廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格便宜、過載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。</p><p>　　三相異步電動機(jī)的種類很多，但各

40、類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都是由定子和轉(zhuǎn)子這倆大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、 風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、接線盒、吊環(huán)等其他附件。 在交流異步電動機(jī)中，定子繞組流過依次相差120度相位角的三相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因為繞組是閉合電路，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，有電流的繞組導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生電磁力，對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)距帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。  <

41、;/p><p>　　2 三相交流異步電動機(jī)的工作原理</p><p>　　定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如下圖3-5所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。</p><p>　　定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由“右手螺

42、旋定則”確定。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩(稱電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見，它的方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(即電流相序)一致，于是，電動機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動下，順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱也由此而來。 </p><p>　　3 三相交流異

43、步電動機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　在三相交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。在機(jī)械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，故為穩(wěn)定區(qū)。機(jī)械特性曲線的BC段，因電動機(jī)工作在該區(qū)段時其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。T-n的曲線圖3-6所示，即為電動機(jī)的機(jī)械特性曲線。</p>&l

44、t;p>　　三相異步交流電動機(jī)的機(jī)械特性與汽車發(fā)動機(jī)的特性在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比而且兩者都有恒轉(zhuǎn)矩、恒功率的工作狀態(tài)，在這方面三相異步電動機(jī)與發(fā)動機(jī)有很大的相似之處，所以現(xiàn)在電動車的驅(qū)動電機(jī)正在逐步向三項交流電動機(jī)發(fā)展。</p><p>　　如圖3-7 汽車發(fā)動機(jī)的特性曲線圖</p><p>　　圖 T=9550P/n 圖 T=9550P/n</p&g

45、t;<p>　　第六節(jié) 直流電動機(jī)的控制</p><p>　　1 直流串勵電動機(jī) </p><p>　　直流串勵電動機(jī)具有較好的軟機(jī)械特性在電動車上得到了廣泛的應(yīng)用，其調(diào)速方式是通過改變勵磁繞組電流的大小來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則是通過換向接觸器改變勵磁繞組電流的方向從而達(dá)到電動機(jī)翻轉(zhuǎn)的目的。如圖 3-8 所示加速器給控制器一個調(diào)速信號，然后由控制器來控制勵磁電流的大小。

46、</p><p>　　2 串勵電動機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　電樞線圈與勵磁線圈串聯(lián)</p><p>　　電樞電流與勵磁電流相同</p><p>　　在換向結(jié)構(gòu)中需安裝換向接觸器，依靠控制器外圍接線，改變勵磁電流方向完成換向。</p><p>　　無再生制動，釋放加速器，一般只能滑行，無平滑制動；</p>

47、<p>　　只能反接制動，能量通過電機(jī)發(fā)熱消耗，對電機(jī)損傷較大</p><p>　　轉(zhuǎn)矩和速度曲線固定，無調(diào)節(jié)空間，控制器必須與電機(jī)相匹配，無法</p><p>　　根據(jù)需要選擇速度和轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　3 直流他勵電動機(jī)</b></p><p>　　直流他勵電動機(jī)的調(diào)速方式一般采用改變電動

48、機(jī)電樞的供電電壓來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則可以由控制器直接控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。（圖 3 他 勵）</p><p><b>　　4 電動機(jī)的特點(diǎn)：</b></p><p>　　勵磁線圈與電樞線圈各自獨(dú)立，便于換向，勵磁電流小于電樞電流，優(yōu)越的制動性能。</p><p>　　無需換向接觸器，降低系統(tǒng)成本；減少活動部件；依靠控制器內(nèi)部“MOSFE

49、Ts”改變勵磁電流方向完成換向；</p><p>　　再生制動：釋放加速器，自發(fā)平滑制動；降低電機(jī)發(fā)熱，延長使用壽命；無需再生制動接觸器，降低成本，減少活動部件。</p><p>　　在選擇轉(zhuǎn)矩和速度曲線之間有更大的空間，控制器必須與電機(jī)相匹，滿足爬坡所需的速度和轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　他勵電動機(jī)改變電動機(jī)電樞的供電電壓調(diào)速特性（如圖4）所示</p>

50、<p>　　第七節(jié) 三項交流電動機(jī)的控制</p><p><b>　　1 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，三項交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)逐步應(yīng)用到了電動車上。這一技術(shù)也使電動汽車得到快速發(fā)展。</p><p>　　其結(jié)構(gòu)如下圖 3-11</p><p><b>

51、　　圖 3-11</b></p><p>　　在很多電動汽車設(shè)計理念中大多都拋棄了變速器的使用，而僅僅靠調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制整個車的行駛速度以達(dá)到無級變速的目的。我認(rèn)為這很不合理，因為無論是汽車的發(fā)動機(jī)還是電動車電動機(jī)它們在高速運(yùn)行時都有很大的缺陷，而且功率和轉(zhuǎn)矩很不穩(wěn)定。若想即保證電動機(jī)在穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)又使電動汽車高速行駛變速器是不可缺少的部分。</p><p>　　2 變頻

52、調(diào)速 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s),變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點(diǎn)：</p><p>　　效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗</p><p>　　應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)<

53、/p><p>　　調(diào)速范圍大，特性硬，精度高</p><p>　　技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難</p><p><b>　　對變頻調(diào)速的要求：</b></p><p>　　（1）主磁通 ，以防止定子鐵心過飽和；</p><p>　?。?）電動機(jī)的過載能力（或最大電磁轉(zhuǎn)矩 ）盡可能

54、保持不變。保證電機(jī)可靠運(yùn)行。</p><p><b>　　變頻調(diào)速分為：</b></p><p>　?。?）、基頻以下的變頻調(diào)速</p><p>　?。?）、基頻以上的變頻調(diào)速</p><p>　　基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；基頻以上為恒功率調(diào)速；</p><p>　　變頻調(diào)速過程中，異步電動機(jī)機(jī)械特性

55、的硬度保持不變，調(diào)速范圍寬；</p><p>　　頻率連續(xù)可調(diào)，可以實現(xiàn)無級調(diào)速</p><p>　　三相交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速性能優(yōu)越，可以實現(xiàn)橫轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速，這在電動汽車應(yīng)用方面非常重要，是電動汽車目前最佳動力電機(jī)選擇，并且越來越被電動車生產(chǎn)企業(yè)所重視。</p><p>　　3 電動汽車起步和加速</p><p>　　目前市場上的大

56、部分電動車在起步是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過加速器由0加速到正常行駛轉(zhuǎn)速，這種加速勢必會造成電動機(jī)及整車電網(wǎng)電流過大（可達(dá)100~200A），這樣大的電流不僅回影響電動機(jī)、電池、控制器及整車控制電路的使用壽命而且還會加快電池電量的消耗，縮短行駛里程。</p><p>　　而三相交流異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩很小，緊靠電動機(jī)的起步很難帶動電動車，也會增加電動車的加速時間，所以我認(rèn)為如果使用三相交流異步電動作為電動車的動力電機(jī)的話

57、那么電動機(jī)就應(yīng)該像汽車發(fā)動機(jī)那樣有一個待速，然后通過變速箱去操控電動車的行駛、變頻加速器控制電動車的加速和巡航（恒功率和恒轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)）。只有這樣電動汽車的行駛速度和加速性能才有可能達(dá)到像汽車性能那樣優(yōu)秀。</p><p>　　4 三相交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速</p><p>　　第二章 電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)</p><p>　　第一節(jié) 電動汽車的傳感器</p

58、><p><b>　　1 車速傳感器 </b></p><p>　　車速傳感器檢測電控汽車的車速，控制電腦用這個輸入信號來控制發(fā)動機(jī)怠速，自動變速器的變扭器鎖止，自動變速器換檔及發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇的開閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號，也可以是霍爾式數(shù)字信號或者是光電式數(shù)字信號，車速傳感器通常安裝在驅(qū)動橋殼或變速器殼內(nèi)，車速傳感器信號線通常裝在

59、屏蔽的外套內(nèi)，這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁及射頻干擾，用于保證電子通訊不產(chǎn)生中斷，防止造成駕駛性能變差或其他問題，在汽車上磁電式及光電式傳感器是應(yīng)用最多的兩種車速傳感器，在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來進(jìn)行車速(VSS)、曲軸轉(zhuǎn)角(CKP)和凸輪軸轉(zhuǎn)角(CMP)的控制，同時還可以用它來感受其它轉(zhuǎn)動部位的速度和位置信號等，例如壓縮機(jī)離合器、磁電式傳感器霍爾式車速傳感器等。 </p

60、><p><b>　　2 電流傳感器</b></p><p>　　早在1912年，洛高夫斯基通過對電力系統(tǒng)測量的研究，發(fā)明了洛高夫斯基線圈測量原理。洛高夫斯基線圈是一個均勻纏繞的線圈，它具有一個非磁性的芯。洛高夫斯基線圈最基本形狀是一個環(huán)形的空氣芯線圈。</p><p><b>　　圖1、洛高夫基線圈</b></p>

61、;<p>　　洛高夫斯基線圈可通過將導(dǎo)線繞在一個撓性的管子上，然后將管子兩端彎曲到一起而構(gòu)成。見圖1，繞組經(jīng)過精密制造，具有優(yōu)良的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。</p><p>　　通過線圈的電流感應(yīng)產(chǎn)生一個電壓e， 可由以下近似出式給出：</p><p>　　e=-u。NA dI/dt = H dI/dt （１）</p><p>　　其中 u。=自由空間的導(dǎo)磁率&

62、lt;/p><p>　　N=纏繞密度，[匝數(shù)/米]</p><p>　　A=單匝截面積[米2 ]</p><p>　　H=線圈靈敏度[Vs/A]</p><p>　　洛高夫斯基線圈由于采用非磁性的線圈芯，故沒有任何非線性飽和效應(yīng)。它允許隔離的電流測量，并具有較寬的帶寬，最大可達(dá)1兆赫茲。洛高夫斯基線圈具有良好的線性特性，且體積小和重量輕。可以認(rèn)為

63、是理想的電流傳感器。洛高夫線圈不存在飽和性，它可以用來測量從幾安培到幾百千安的電流，最小值和最大值主要取決于測量的電子元件。</p><p><b>　　線性帶來以下特點(diǎn)：</b></p><p>　　所需要的不同規(guī)格的數(shù)目減少</p><p>　　高故障電流的準(zhǔn)確測量（故障定位，斷路器的狀態(tài)監(jiān)控）</p><p>　　

64、由于洛高夫斯基線圈的輸出與電流的時間導(dǎo)數(shù)成比例，因此需進(jìn)行積分。早期使用的模擬式積分器誤差較大，應(yīng)用不理想，現(xiàn)采用數(shù)字方法積分，效果較好。</p><p><b>　　3 電壓傳感器</b></p><p>　　測量電壓所用的電壓傳感器是阻抗式的（電阻式或電容式）分壓器與磁電壓互感器相比，其有優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p><b>　　1

65、無飽和，線性</b></p><p><b>　　2體積小，重量輕</b></p><p><b>　　3不會引起鐵磁諧振</b></p><p>　　在電網(wǎng)中，磁諧振是一個問題。這種結(jié)果在許多情況下是：如果在相線和地線之間連接一個普通的電流互感器，將可能發(fā)生熱過載和損壞。電阻式電壓傳感器，由于不存在電感，因此

66、不會引起磁共振。它可在這種特殊情況下被用于測量相線至地線的短路電流。電阻式分壓器必須能夠承受各種正常情況和故障情況的電壓，以及試驗電壓。這對分壓器提出了較高的要求。在實際中，這就意味著分壓器的電阻值必須很高。此時應(yīng)重點(diǎn)處理雜散電容問題。</p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制與性能</p><p>　　1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖是系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的圖解形式，可以形象直觀地描述系統(tǒng)中

67、各元件間的相互關(guān)系及其功能以及信號在系統(tǒng)中的傳遞、變換過程?？刂葡到y(tǒng)都是由一些元部件組成的，根據(jù)不同的功能，可將系統(tǒng)劃分為若干環(huán)節(jié)（也叫做子系統(tǒng)），每個環(huán)節(jié)的性能可以用一個單相的函數(shù)方框來表示，方框中的內(nèi)容為這個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)中信息的傳遞方向，將各個環(huán)節(jié)的函數(shù)方框圖用信號線依次連接起來，就構(gòu)成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖實際上是每個元件的功能和信號流向的圖解表示。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖又稱之系統(tǒng)的方框圖。</p><p

68、>　　2 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的定義和組成</p><p>　　動態(tài)結(jié)構(gòu)圖也稱為方塊圖,具有圖示模型的直觀，又有數(shù)學(xué)模型的精確。由七部分組成：</p><p>　?。?） 以傳遞函數(shù)來描述信號輸入輸出關(guān)系的傳輸方塊。</p><p>　?。?） 標(biāo)有信號流通方向的信號輸入輸出通路。</p><p>　?。?） 信號的分支點(diǎn)(分離點(diǎn))與相加點(diǎn)(綜合

69、點(diǎn)</p><p>　?。?）信號線：帶有箭頭的直線，箭頭表示信號的流向，在直線旁標(biāo)記信號的時間函數(shù)或象函數(shù)u(t),U(s)</p><p>　　(5) 引出點(diǎn)（或測量點(diǎn)）：表示信號引出或測量的位置，從同一位置引出的信號在數(shù)值和性質(zhì)方面完全相同。</p><p>　　(6) 綜合點(diǎn)（比較點(diǎn)、相加點(diǎn)）：表示兩個以上的信號進(jìn)行加減運(yùn)算。</p><

70、p>　　(7) 方框（或環(huán)節(jié)）：表示對信號進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換，在方框中寫入元部件或系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 方框與實際系統(tǒng)中的元部件并非一一對應(yīng)驅(qū)動控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型</p><p>　　3非線性方程的線性化</p><p>　　幾乎所有元件或系統(tǒng)的運(yùn)動方程都是非線性的。但對于較小的范圍內(nèi)的運(yùn)動，把這些元件看作是線性元件，因此可以建立線性微分方程。線性微分方程，滿足迭加原理和齊次性。<

71、/p><p>　　研究非線性系統(tǒng)在某一工作點(diǎn)（平衡點(diǎn)）附近的性能，（如圖2-2，x0為平衡點(diǎn)，受到擾動后，x(t)偏離x 0，產(chǎn)生Δx(t)，Δx(t)的變化過程，表征系統(tǒng)在x0附近的性能）</p><p>　　可用下述的線性化方法得到的線性模型代替非線性模型來描述系統(tǒng)：</p><p>　　設(shè)連續(xù)變化的非線性函數(shù)為y = f(x)。取某平衡狀態(tài)A為工作點(diǎn)，即y0=f

72、(x0) 。當(dāng)x=x0+Δx 時，y=y0+Δy ，設(shè)函數(shù)f(x)在(x0,y0) 連續(xù)可微，則在該點(diǎn)附近用泰勒級數(shù)展開為：</p><p>　　當(dāng)(x-x0) 很小時，略去高次冪相，則</p><p>　　則略去增量符號，可得到在工作點(diǎn)附近的線性化方程</p><p>　　例2-3，設(shè)鐵芯線圈電路如圖2-4所示，其磁通與線圈中電流之間的關(guān)系如圖2-5所

73、示，試寫出以為輸入，為輸出的微分方程。</p><p>　　解（1）設(shè)鐵芯線圈磁通變化時產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為： （2.7）</p><p>　?。?）電路微分方程為：</p><p>　　設(shè)在平衡點(diǎn)的鄰域內(nèi)， j 對i的各階導(dǎo)數(shù)（直至n+1）是存在的，它可展成泰勒級數(shù)：</p><p><b>　?。?.8）<

74、;/b></p><p>　　其中：Δi =i - i 0</p><p>　　當(dāng)Δi 足夠小時，略去高階導(dǎo)數(shù)</p><p><b>　　式中 ，令</b></p><p><b>　　略去增量符號，得</b></p><p><b>　　（2.10）&l

75、t;/b></p><p>　　將式(2.10)代入式（2.7），則把原來非線性數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)化成常系數(shù)線性數(shù)學(xué)模型：</p><p>　　在線性化過程中，只考慮泰勒級數(shù)中的一次偏量，故式(2.10)又稱為一次線性化方程式。</p><p>　　總結(jié)：要建立整個系統(tǒng)的線性化微分方程式，首先確定系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，各元件的工作點(diǎn)；然后列出各元件在工作點(diǎn)附近的偏量方

76、程式，消去中間變量；最后得到整個系統(tǒng)以偏量表示的線性化方程式。</p><p><b>　　傳遞函數(shù)的性質(zhì)</b></p><p>　　從線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)的定義式(2.23)可知，傳遞函數(shù)具有以下性質(zhì)：（1）.傳遞函數(shù)是復(fù)變量s的有理真分式函數(shù)，分子的階數(shù)m小于或等于分母的階數(shù)n （m≤n） ，且所有系數(shù)均為實數(shù)。</p><p>　?。?

77、）.傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)和元件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與外作用及初始條件無關(guān)。</p><p>　?。?）.傳遞函數(shù)的零、極點(diǎn)分布圖也表征了系統(tǒng)的動態(tài)性能。將式(2.23)中分子多項式及分母多 項式因式分解后，寫為如下形式：</p><p>　　式中k為常數(shù)，-z1,…,-zm為傳遞函數(shù)分子多項式方程的m個根，稱之為傳遞函數(shù)的零點(diǎn)；-p1,…,-pn為分母多項式方程的n個根，稱為傳遞函數(shù)的極點(diǎn)。&

78、lt;/p><p>　　一般zi，pi可以為實數(shù)，也可為復(fù)數(shù)，且若為復(fù)數(shù)，必共軛成對出現(xiàn)。將零、極點(diǎn)標(biāo)在復(fù)平面上，則得到傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)分布圖，如圖2-7所示。</p><p>　　圖中零點(diǎn)用“o”表示，極點(diǎn)用“X ”表示。</p><p>　?。?）. 若令式(2.23)中s = 0，則：</p><p>　　常稱為傳遞系數(shù)（或靜態(tài)放大系數(shù)

79、）。從微分方程式(2.22)看，s=0相當(dāng)于所有導(dǎo)數(shù)項為零，方程變?yōu)殪o態(tài)方程:</p><p>　　b0 /a0為輸出輸入的靜態(tài)比。</p><p>　　（5）. 傳遞函數(shù)無法全面反映信號傳遞通路中的中間變量。多輸入多輸出系統(tǒng)各變量間的關(guān)系要用傳遞函數(shù)陣表示。</p><p>　　典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)</p><p>　　控制系統(tǒng)從動態(tài)性能或

80、數(shù)學(xué)模型來看，可分成為以下幾種基本環(huán)節(jié)，也就是典型環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　比例環(huán)節(jié)</b></p><p>　　比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　輸出量與輸入量成正比，比例環(huán)節(jié)又稱為無慣性環(huán)節(jié)或放大環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖2-8(a)所示為一電位器，輸入量和輸出量關(guān)系如圖2-8(b)所示

81、。</p><p><b>　　慣性環(huán)節(jié)</b></p><p>　　傳遞函數(shù)為如下形式的環(huán)節(jié)為慣性環(huán)節(jié)：</p><p>　　式中 K——環(huán)節(jié)的比例系數(shù)；T——環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。</p><p>　　當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入量為單位階躍函數(shù)時，環(huán)節(jié)的輸出量將按指數(shù)曲線上升，具有慣性，如圖2-9(a)所示。</p&

82、gt;<p><b>　　積分環(huán)節(jié)</b></p><p><b>　　它的傳遞函數(shù)為:</b></p><p>　　當(dāng)積分環(huán)節(jié)的輸入為單位階躍函數(shù)時，則輸出為t/T，它隨著時間直線增長。T稱為積分時間常數(shù)。T很大時慣性環(huán)節(jié)的作用就近似一個積分環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖2-10(b)為積分調(diào)節(jié)器。

83、積分時間常數(shù)為RC。</p><p><b>　　微分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　理想微分環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為:</p><p>　　輸入是單位階躍函數(shù)1(t)時，理想微分環(huán)節(jié)的輸出為c(t)=Td(t)， 是個脈沖函數(shù)。理想微分環(huán)節(jié)的實例示于圖2-11(a)、(b)。(a)為測速發(fā)電機(jī)。圖2-11(b)為微分運(yùn)算放大器。</p>

84、;<p>　　在實際系統(tǒng)中，微分環(huán)節(jié)常帶有慣性，它的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　它由理想微分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)組成，如圖2-11(c)、(d)所示。在低頻時近似為理想微分環(huán)節(jié)，否則就有式(2.28)的傳遞函數(shù)。</p><p><b>　　振蕩環(huán)節(jié)</b></p><p>　　振蕩環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：</p>

85、<p>　　式中ψn ---無阻尼自然振蕩頻率，ψn=1/T；ζ ——阻尼比，0＜ζ＜1。</p><p>　　圖2-12所示為單位階躍函數(shù)作用下的響應(yīng)曲線。</p><p>　　延滯環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可求之如下：c(t)= r(t-τ)</p><p><b>　　其拉氏變換為:</b></p><p>　　

86、式中ξ = t-τ，所以延滯環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:</p><p>　　系統(tǒng)具有延滯環(huán)節(jié)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利，延滯越大，影響越大。</p><p><b>　　反饋連接的等效變換</b></p><p>　　圖2-28(a)為反饋連接的一般形式，其等效變換結(jié)果如圖2-28(b)所示。</p><p>　　由圖2-28(a

87、) 得：</p><p>　　消去E(s)和B(s)，得:</p><p><b>　　因此 :</b></p><p>　　式(2.34)為系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。式中分母的加號，對應(yīng)于負(fù)反饋；減號對應(yīng)于正反饋。H(s)=1，稱作單位反饋，此時:</p><p>　?。?）相加點(diǎn)與引出點(diǎn)的移動</p>

88、<p><b>　　a.相加點(diǎn)前移</b></p><p>　　圖2-29表示了相加點(diǎn)前移的等效變換。</p><p>　　移動前圖a，信號關(guān)系為:</p><p>　　移動后圖b，信號關(guān)系為:</p><p>　　b. 相加點(diǎn)之間的移動</p><p>　　圖2-30為相鄰兩

89、個相加點(diǎn)前后移動的等效變換。</p><p><b>　　c. 引出點(diǎn)后移</b></p><p>　　在圖2-31中給出了引出點(diǎn)后移的等效變換。</p><p>　　移動后的支路上的信號為:</p><p>　　d. 相鄰引出點(diǎn)之間的移動</p><p>　　若干個引出點(diǎn)相鄰，引出點(diǎn)之間

90、相互交換位置，完全不會改變引出信號的性質(zhì)。如圖2-32所示。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)圖變換舉例</b></p><p>　　例2.3 求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)GB (s)</p><p>　　圖2-29系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖有兩個反饋回路，里面的稱為局部反饋回路，外面的稱為主反饋回路。</p><p>　　例2.4 簡化

91、圖2-34所示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。</p><p>　　解： 將相加點(diǎn)后移，然后交換相加點(diǎn)的位置，將圖2-34化為圖2-35(a)。然后，對圖2-35(a)中由G2，G3，H2組成的小回路實行串聯(lián)及反饋?zhàn)儞Q，進(jìn)而簡化為圖2-35(b)。</p><p>　　再對內(nèi)回路再實行串聯(lián)及反饋?zhàn)儞Q，則只剩一個主反饋回路。如圖2-35(c)。</p>&

92、lt;p>　　最后，再變換為一個方框，如圖2-35(d)，得系統(tǒng)總傳遞函數(shù)：</p><p>　　例2.5 將圖2-36所示兩級RC網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)圖化簡，并求出此網(wǎng)絡(luò)的傳遞函Uc(s)/Ur(s)。</p><p>　　解 圖2-36結(jié)構(gòu)圖中，必須先移動相加點(diǎn)與引出點(diǎn)。</p><p>　　相加點(diǎn)與引出點(diǎn)合理移動后，消除了交叉關(guān)系，如圖2-36(a)所示。然

93、后化簡兩個內(nèi)回路，得到圖2-36(b)，最后實行反饋?zhàn)儞Q，即得網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)，見圖2-36(c)。</p><p>　　簡化結(jié)構(gòu)圖求總傳遞函數(shù)的一般步驟：</p><p>　　確定輸入量與輸出量，如果作用在系統(tǒng)上的輸入量有多個（分別作用在系統(tǒng)的不同部位），則必須分別對每個輸入量逐個進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，求得各自的傳遞函數(shù)。對于有多個輸出量的情況，也應(yīng)分別變換。</p><p&g

94、t;　　若結(jié)構(gòu)圖中有交叉關(guān)系，應(yīng)運(yùn)用等效變換法則，首先將交叉消除，化為無交叉的多回路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　對多回路結(jié)構(gòu)，可由里向外進(jìn)行變換，直至變換為一個等效的方框，即得到所求的傳遞函數(shù)。</p><p>　　5 閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)</p><p>　　控制系統(tǒng)會受到兩類輸入信號的影響。一類是有用信號，或稱為輸入信號、給定值、參考輸入等，常用r(t)表示；

95、另一類則是擾動，或稱為干擾，常用n(t)表示。一個閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)可用圖2-42表示。</p><p>　　下面介紹幾個系統(tǒng)傳遞函數(shù)的概念：</p><p><b>　　系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)</b></p><p>　　在圖2-42中，斷開系統(tǒng)的主反饋通路，這時前向通路傳遞函數(shù)與反饋通路傳遞函數(shù)的乘積，稱為該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。<

96、/p><p>　　r(t)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　令n(t)=0，這時圖2-42簡化為圖2-43，輸出c(t)對輸入r(t)之間的傳遞函數(shù)：</p><p>　　GB(s)為在輸入信號r(t)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。</p><p>　　輸出的拉氏變換式：</p><p>　　n(t)作用下系

97、統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　令r(t)=0，則圖2-40簡化為圖2-43。由圖可得：</p><p>　　Gn(s)為在干擾n(t)作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。</p><p>　　而輸出的拉氏變換式：</p><p>　　干擾n(t)在系統(tǒng)中的作用位置與輸入信號r(t)的作用點(diǎn)不同，故兩個閉環(huán)傳遞函數(shù)一般是不相同的。</p

98、><p><b>　　系統(tǒng)的總輸出</b></p><p>　　由線性系統(tǒng)的迭加原理，系統(tǒng)的總輸出為各外作用引起的輸出的總和：</p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)</p><p>　　在圖2-42中，b(t)和給定輸入r(t)之差為系統(tǒng)的誤差e(t)，即：</p><p>　　E(s)即圖

99、中相加點(diǎn)的輸出量的拉氏變換式。</p><p>　　r(t)作用下的誤差傳遞函數(shù)，求n (t)=0時的E(s)/ R(s)。則可通過圖2-45求得：</p><p>　　n(t)作用下系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)，取r(t)=0時的E(s)/ N(s)。則可通過圖2-46得：</p><p>　　系統(tǒng)的總誤差，根據(jù)迭加原理可得：</p><p>

100、;<b>　　閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程</b></p><p>　　上面導(dǎo)出的四個傳遞函數(shù)表達(dá)式分母是一樣的，均為[1+G1(s)G2(s)H(s)]，這是閉環(huán)控制系統(tǒng)各種傳遞函數(shù)的規(guī)律性。令</p><p>　　稱為閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程。將式(2.42）寫成如下形式：</p><p>　　-p1,-p2,…,-pn稱為特征方程的根，或稱為閉環(huán)系統(tǒng)

101、的極點(diǎn)。它與控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。</p><p>　　當(dāng)|G1(s)G2(s)H(s)|>>1及|G1(s)H(s)|>>1時，系統(tǒng)的總輸出表達(dá)式(2.91)可近似為：</p><p>　　反饋控制的優(yōu)點(diǎn)：采用反饋控制的系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)仄ヅ湓考慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)，可獲得較高的工作精度和很強(qiáng)的抑制干擾的能力，同時又具備理想的復(fù)現(xiàn)、跟隨指令輸入的性能。&l

102、t;/p><p>　　第三節(jié) 驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯莽性</p><p><b>　　1穩(wěn)定性</b></p><p>　　穩(wěn)定性是指“測量儀器保持其計量特性隨時間恒定的能力”(7.14條)。通常穩(wěn)定性是指測量儀器的計量特性隨時間不變化的能力。若穩(wěn)定性不是對時間而言，而是對其他量而言，則應(yīng)該明確說明。穩(wěn)定性可以進(jìn)行定量的表征，主要是確定計量特性隨時

103、間變化的關(guān)系。通常可以用以下兩種方式:用計量特性變化某個規(guī)定的量所需經(jīng)過的時間，或用計量特性經(jīng)過規(guī)定的時間所發(fā)生的變化量來進(jìn)行定量表示。例如:對于標(biāo)準(zhǔn)電池，對其長期穩(wěn)定性(電動勢的年變化幅度)和短期穩(wěn)定性(3～5天內(nèi)電動勢變化幅度)均有明確的要求；如量塊尺寸的穩(wěn)定性，以其規(guī)定的長度每年允許的最大變化量(微米/年)來進(jìn)行考核，上述穩(wěn)定性指標(biāo)均是劃分準(zhǔn)確度等級的重要依據(jù)。 </p><p>　　對于測量儀器，尤其是基

104、準(zhǔn)、測量標(biāo)準(zhǔn)或某些實物量具，穩(wěn)定性是重要的計量性能之一，示值的穩(wěn)定是保證量值準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。測量儀器產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素很多，主要原因是元器件的老化、零部件的磨損、以及使用、貯存、維護(hù)工作不仔細(xì)等所致。測量儀器進(jìn)行的周期檢定或校準(zhǔn)，就是對其穩(wěn)定性的一種考核。穩(wěn)定性也是科學(xué)合理地確定檢定周期的重要依據(jù)之一。 </p><p>　　什么叫穩(wěn)定性呢？我們可以通過一個簡單的例子來理解穩(wěn)定性的概念。一個鋼球分別放在不同的兩個木塊上

105、，A圖放在木塊的頂部，B圖放在木塊的底部。如果對圖中的鋼球施加一個力，使鋼球離開原來的位置。A圖的鋼球就會向下滑落，不會在回到原來的位置。而B圖中的鋼球由于地球引力的作用，會在木塊的底部做來回的滾動運(yùn)動，當(dāng)時間足夠長時，小球最終還是要回到原來的位置。我們說A圖所示的情況就是不穩(wěn)定的，而B圖的情況就是穩(wěn)定的。 </p><p>　　上面給出的是一個簡單的物理系統(tǒng)，通過它我們對于穩(wěn)定性有了一個基本的認(rèn)識。穩(wěn)定性可以這

106、樣定義：當(dāng)一個實際的系統(tǒng)處于一個平衡的狀態(tài)時（就相當(dāng)于小球在木塊上放置的狀態(tài)一樣）如果受到外來作用的影響時（相當(dāng)于上例中對小球施加的力），系統(tǒng)經(jīng)過一個過渡過程仍然能夠回到原來的平衡狀態(tài)，我們稱這個系統(tǒng)就是穩(wěn)定的，否則稱系統(tǒng)不穩(wěn)定。一個控制系統(tǒng)要想能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的控制功能就必須是穩(wěn)定的。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)中存在儲能元件，并且每個元件都存在慣性。這樣當(dāng)給定系統(tǒng)的輸入時，輸出量一般會在期望的輸出量之間擺動。此時系統(tǒng)會從外界吸收能量。

107、對于穩(wěn)定的系統(tǒng)振蕩是減幅的，而對于不穩(wěn)定的系統(tǒng)，振蕩是增幅的振蕩。前者會平衡于一個狀態(tài)，后者卻會不斷增大直到系統(tǒng)被損壞。</p><p><b>　　2魯棒控制分析</b></p><p>　　H∞魯棒控制問題的基本知識</p><p>　　H∞范數(shù)（H∞ norm）</p><p>　　對于一個連續(xù)時間狀態(tài)變量系統(tǒng)&

108、lt;/p><p>　?。╰）=Ax(t)+Bu(t)</p><p>　　y(t)=Cx(t)+Du(t) </p><p>　　其相應(yīng)的傳遞函數(shù)矩陣為：</p><p>　　G（s）=C(sI-A)-1B+D </p><p&

109、gt;　　則G（s）的H∞范數(shù)為</p><p>　　‖G‖∞=Supw（G(j)） </p><p>　　這里，表示最大奇異值。</p><p>　　當(dāng)G（s）是標(biāo)量傳遞函數(shù)時，‖G‖∞是Bode圖上的最大增益，或是向量圖上到原點(diǎn)的最大距離，見下圖</p><p>　　(a) Bode圖

110、 (b) 向量圖</p><p>　　圖 G（s）的H∞范數(shù)</p><p>　　最小增益定理（The small Gain Theorem）</p><p>　　對于圖2. 2所示系統(tǒng)</p><p>　　圖2.2 反饋控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)是穩(wěn)定的，當(dāng)且僅當(dāng)</p><p&g

111、t;<b>　　G和H是穩(wěn)定的</b></p><p>　　靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)（Sensitivity function and complementary sensitivity function）.</p><p>　　對于一個函數(shù)f(a1,a2,、、、,ai,、、、an)，若ai變化時，f 相應(yīng)變化較大，則稱，f對ai的變化靈敏度大，反之亦反。函數(shù)f對系數(shù)

112、ai變化的靈敏度函數(shù)定義為：</p><p><b>　　SI= </b></p><p>　　對于如圖12.3所示的多輸入多輸出系統(tǒng)</p><p>　　圖12.3多輸入多輸出反饋控制系統(tǒng)</p><p>　　當(dāng)d=0 時，從r到y(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　T（s）=

113、 </p><p>　　現(xiàn)把G(s)當(dāng)做變化參數(shù)，計算T（s）對G(s)變化的靈敏度函數(shù)</p><p><b>　　T（s）=</b></p><p>　　= </p><p>　　于是