看我学《电力拖动自动控制系统》--绪论

文摘   2024-09-28 21:50   四川  

显然,电机学是电力拖动与控制系统的先导课程。不光电机学,电力电子、控制理论、信号检测与数据处理、数电、模电等,都是先导课程。先导课程还需要有先导课程,比如,基本上都需要有电路、微积分、线性代数、复变函数与积分变换的基础。如果再往前追,那就是初高中知识了。


搞电力拖动与控制,全靠这些实实在在的知识。不读书,完全寸步难行,即便是天才,也不可能自己探索出全部的知识,它是好多天才智慧的结晶。


多说两句,总会时不时遇到宣扬读书无用论的。宣扬读书无用论的,基本上是两种人,一是压根没掌握书本知识,而且搞到了钱的人,一种是掌握了点皮毛,而且没搞到钱的人。无见识的人常常说我去菜市场买菜又用不到微积分。能用好微积分的人,可能压根不用去菜市场买菜。社会的进步和中国的强大,绝对不是靠宣扬读书无用论的那些人。当然,我们也不能奢望对微积分都不理解的人能理解社会进步的根本原因。


最近在翻看阮毅、陈伯时主编的《电力拖动自动控制系统》。我也是刚学,所以是看我学。我手上是纸质版第五版,45元,值得拥有。我贴了第四版的内容,加上我的理解,权当是学习笔记,有错误的地方,欢迎指正。


抽象、准确是理论的特点。没有需求或者爱好是比较难读进去的。尤其是初次涉猎,更难,就像过来人给初涉世的你讲人生道理,如果不是天生少年老成,估计没人听得进去。直到碰了钉子,才能体会不听老人言吃亏在眼前。
电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转换。
能自然、自觉地用能量的角度看世界,境界就超过了绝大多数人。电机学里计算转矩时,可用BIL,也可以用能量法,虚位移法。
运动控制系统的任务是通过控制电动机的电压、电流、频率等输入量,来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量……
作为输入源,能做的动作也就只有变变电压电流和频率。电源特性➕电机本身特性➕负载特性,共同决定了电机会做出何种反应。对电机反应往往有两种要求,一是稳态,二是暂态。电机学里往往着重于稳态分析,电机控制往往二者兼顾。
目前,能经济、快捷、稳定地改变电源的方式,就是靠电力电子技术,整流、直流升压、直流降压、逆变……,要学习这部分知识,要去看电力电子技术。也有将电力电子技术与电机驱动写在一起的。
电机控制要不要懂电机原理?要分层次。总的说来,懂只有好处。当然,如果有人给你了电机的精确建模,有了数学模型,你完全可以只从数学上理解然后去控制。
关于负载,后面会有介绍。
控制理论
控制理论也是非常抽象难学的一门专业课。传递函数、时域、频域、复频域……,数学不行,寸步难行。再加上各种不负责任的教材,难上加难。
控制理论立足于线性时不变系统。系统用微分方程建模。拉普拉斯变换可以将微分方程变换为代数方程,代数方程求解后能回到时域。零初始条件下,输出的拉普拉斯变换除以输入的拉普拉斯变换,就是传递函数。传递函数只与系统有关,与输入输出无关。输出决定于输入和系统本身。就像电阻,虽然电压除以电流是电阻,电阻与输入输出并无关系,它是客观存在的。你要说电阻通电会变热,电阻会增加,那就是另外一回事了,是时变系统了。时变系统有时变系统的处理方法,不过大方向还是将非线性的局部线性化。时不变是理想模型。
老套的根轨迹法等内容,完全可以不去理会了,当然学会了也没有什么坏处。就像手上有计算器你非要展现心算能力,也不是不行。
从傅立叶级数到傅立叶变换,从傅立叶变换到拉普拉斯变换,不管花多少时间彻底搞懂,都值得投入。不管是电路还是机械,又或者是信号,只要是线性时不变系统,就能用微分方程描述,就能用拉普拉斯变换,就能分析系统的稳定性。
奥本海姆的《信号与系统》,看似与控制理论无关,却把相关理论讲得特别透彻。
系统的单位冲击响应的拉普拉斯变换就是系统的传递函数。知道单位冲击响应,对于线性时不变系统,利用叠加原理,也即卷积,就能求得任何输入信号的输出。单位冲击是个理想输入信号,它是个被人抽象出来的信号,但作用巨大。能否理解单位冲击信号,绝对是能否学好控制理论的一个关键。
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各种概念扑面而来,如果没有学过电力电子,一下子就把人干懵了。这玩意不像语文课的文学常识背下来就完事了。理解了才可能掌握。可它又没有脱离电磁那套东西。如果电磁你是从参数模型化的角度理解的,可能对于一些功能电路很难理解。不要忘了从能量的角度理解。能量的最大特点就是不能突变。电容电感都能储能,储能不能突变,对于一个稳定的周期电路,电容的平均电荷,电感的平均电压都为零。利用这个规律,可以简化电路分析。但凡了解过电力电子的,就知道有个伏秒平衡原理。
电力电子还要考虑效率问题。功能和效率,不是鱼和熊掌,必须通盘考虑,做到Tradeoff。

晶闸管,thyristor,怎么看都跟晶闸管扯不上关系。thyristor源自thyratron,a gas-filled hot-cathode electron tube in which the grid controls only the start of a continuous current thus giving the tube a trigger effect. In Greek,thyra- means door.-ristor is short for transistor.
关于信号检测与处理,绕不开模拟与数字。三言两语解释不清,因为涉及的内容太多了。我原来想过一个愚蠢的问题:数字的,是离散的,为什么数字电视反而高清了呢?

说到电机控制,永远绕不开的就是矢量控制。能解释清楚矢量控制的矢量的意思,才有可能理解矢量控制。

运动方程是描述稳态和暂态的方程。这个要对比牛顿定律F=ma。力是改变物体运动状态的根本原因。
D、K两个系数对很多人来说比较突兀。一个跟角速度有关,一个跟角位移有关。对于直线运动,也有类似的两个系数,跟速度和位移有关。
负载各式各样,也正是因为多种多样,就有了分类。但这个分类有点像硬分。也如书上所说是几种典型负载。
目前来看,电动汽车的负载是最复杂的负载。

范泛谈电机
尝试浅入浅出地谈谈被众多人视为玄学的电机学,以及与电机有关的知识:电机制造,电机控制,电机维修等。
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