本文關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

文檔介紹：
課程(論文)題目: 現(xiàn)代控制理論在電機控制中的應(yīng)用現(xiàn)代控制理論在電機控制中的應(yīng)用摘要新技術(shù)的發(fā)展給電機控制行業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇,從控制理論的發(fā)展、電力電子技術(shù)的發(fā)展以及計算機技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用等方面,結(jié)合目前的現(xiàn)狀,介紹國內(nèi)外這些領(lǐng)域內(nèi)的最新的進(jìn)展。尤其是專用集成電路、 DSP 和 FPGA 近年來令人矚目的發(fā)展, 給電機控制系統(tǒng)帶來新的契機。關(guān)鍵詞: 電機控制;現(xiàn)代控制理論;矢量控制 Abstract The development of new technology bring new chance of motor control industry,this artcle will introduce some fare up to date contact with the actuality in the following fields control theory,controller,power electronics,puter technology. Especially, the development of ASIC,DSP and FPGA make the motor control system face new chance and challenge . Key words : motor control ; modern control theory ; vector control 1 現(xiàn)代控制理論在電機控制上的發(fā)展現(xiàn)狀: 自 70年代異步電動機矢量變換控制方法提出,至今已獲得了迅猛的發(fā)展。這種理論的主要思想是將異步電動機模擬成直流機,通過坐標(biāo)變換的方法,分別控制勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量,從而獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。這種控制方法現(xiàn)已較成熟,已經(jīng)產(chǎn)品化,且產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。因為這種方法采用了坐標(biāo)變換,所以對控制器的運算速度、處理能力等性能要求較高。近年來,圍繞著矢量變換控制的缺陷, 如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非線性和電機參數(shù)變化影響系統(tǒng)性能等等問題,國內(nèi)、外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。伴隨著推進(jìn)矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和無傳感器控制技術(shù)進(jìn)一步向前發(fā)展的是人工智能控制,這是電機現(xiàn)代控制技術(shù)的前沿性課題,已取得階段性的研究成果, 并正在逐步實用化。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制正在向?qū)崿F(xiàn)無傳感器控制方向發(fā)展,但是無傳感器控制技術(shù)總體上還處于研究和開發(fā)階段,只在部分產(chǎn)品上開始實用化。進(jìn)一步加大和拓寬無傳感器控制技術(shù)的應(yīng)用,還有許多理論和技術(shù)問題需要解決。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的一個新的發(fā)展方向是直接驅(qū)動技術(shù),這種零方式消除了傳統(tǒng)機械傳動鏈帶來的一系列不良影響,極大地提高了系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力和運動精度。但是,這種機械上的簡化,導(dǎo)致了電機控制上的難度。為此,需要電機控制技術(shù)的進(jìn)一步提高和創(chuàng)新。這正是電機現(xiàn)代控制技術(shù)有待深入研究和具有廣闊開發(fā)前景的新領(lǐng)域。電機的現(xiàn)代控制技術(shù)與先進(jìn)制造裝備息息相關(guān),已在為先進(jìn)制造技術(shù)的重要研究領(lǐng)域之一,國內(nèi)很多學(xué)者和科技人員正在從事這方面的研究和開發(fā)。 2 三相感應(yīng)電動機的矢量控制 2.1 、定、轉(zhuǎn)子磁動勢矢量三相感應(yīng)電動機是機電能量轉(zhuǎn)換裝置,這種的物理基礎(chǔ)是電磁間的相互作用或者磁場能量的變化。因此,磁場是機電能量轉(zhuǎn)換的媒介,是非常重要的物理量。為此,對各種電動機都要了解磁場在電動機空間內(nèi)的分布情況。感應(yīng)電動機內(nèi)磁場是由定、轉(zhuǎn)子三相繞組的磁動勢產(chǎn)生的,首先要確定電動機內(nèi)磁動勢的分布情況。對定子三相繞組而言, 當(dāng)通以三相電流時,分別產(chǎn)生沿著各自繞組軸線脈動的空間磁動勢波,取其基波并記為,顯然它們都是空間矢量。對于分布和短矩繞組,定義正向電流產(chǎn)生的空間磁動勢波基波的軸線為該相繞組的軸線,亦即是以 ABC 為軸線沿圓周正弦分布的空間矢量,各自的幅值是變化的,取決于相電流的瞬時值,即有式中,為極對數(shù);為每相繞組匝數(shù);為繞組因數(shù)。當(dāng)相電流瞬時值為正值時,磁動勢矢量方向與該相繞組軸線一致,反之則相反。 2.2 、定、轉(zhuǎn)子電流空間矢量與定、轉(zhuǎn)子磁動勢矢量類似,轉(zhuǎn)子電流也可能理解為三相矢量�？紤]到功率不變約束,確定單軸線圈有效匝數(shù)為每相繞組有效匝數(shù)的倍,于是可以得出同理,有式中,是轉(zhuǎn)子實際電流,是以靜止軸系 ABC 表示的轉(zhuǎn)子電流, 也就是上面提到的經(jīng)轉(zhuǎn)子頻率歸算后的電流。 2.3 、定、轉(zhuǎn)子電壓空間矢量感應(yīng)電動機在運行中,就控制相電流而言,外加相電壓相當(dāng)于系統(tǒng)的外部激勵,可以通過調(diào)節(jié)相電壓來改變相電流,進(jìn)而控制電動機內(nèi)的磁動勢和空間磁場,實現(xiàn)對電動機物理量的矢量控制。從這個角度說,可以將電壓看成是空間矢量。同定子電流空間矢量一樣,可以將定子電壓空間矢量定義為在電動機矢量控制中,一般是通過控制三個相電壓來控制電壓空間矢量。當(dāng)A相繞組正向連接, B和 C相繞組同時反向連接時,則有 2.4 、定、轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量由電工理論可知所以,若電流是空間矢量,則磁鏈一定也是空間矢量。同定子電壓空間矢量一樣, 可將定子磁鏈空間矢量定義為式中, 是鏈過定子 A 相繞組磁鏈的總和,包括它的自感磁鏈,也包括其他定、轉(zhuǎn)子繞組對它的互感磁鏈,對和也是如此。同理,在以轉(zhuǎn)子自身旋轉(zhuǎn)的 abc 軸系中,定義轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量為而以 ABC 軸系表示的轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量為 3 永磁電動機矢量控制 3.1 、矢量控制在三相感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子磁通矢量控制中,是通過控制同步旋轉(zhuǎn) MT 軸系中的兩個坐標(biāo)矢量 iM 和 iT 來控制 is 的幅值和相位,為了能獨立地控制勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,就要先觀測轉(zhuǎn)子磁場軸線位置,然后使 M軸與轉(zhuǎn)子磁場取得一致,即進(jìn)行磁場定向。在 PMSM 中,同樣可以通過控制同步旋轉(zhuǎn) dq 軸系中的兩個坐標(biāo)分量 id和 iq 來控制 is 的幅值和相位。由于 PMSM 的轉(zhuǎn)子磁極在物理上是可觀測的,因此可通過傳感器直接檢測到軸線位置,這要比觀測感應(yīng)電動機內(nèi)的轉(zhuǎn)子磁場容易得多。所以, PMSM 的矢量控制要比感應(yīng)電動機容易實現(xiàn)。 3.2 、面裝式 PMSM 矢量控制系統(tǒng)由于計算機技術(shù)的發(fā)展,特別是數(shù)字信號處理器( DSP )的廣泛應(yīng)用,加之傳感技術(shù)或無傳感器控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的日漸成熟,使得交流電動機矢量控制不僅理論上更加完善,而且實用化程度也越來越高�？梢哉f,目前在高性能交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中,基本都采用矢量控制技術(shù)。當(dāng)采用具有快速電流控制環(huán)的 PWM 逆變器時,電流控制環(huán)應(yīng)該能對電流指令的變化做出快速反應(yīng),使實際電流能夠嚴(yán)格地跟蹤指令電流。但是當(dāng)某些電流控制方法使逆變器達(dá)不到這種要求時,實際定子電流矢量就不能理想地跟蹤參考定子電流矢量。 3.3 、插入式和內(nèi)裝式 PMSM 矢量控制系統(tǒng)插入式和內(nèi)裝式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相比,由于永磁體是嵌入或內(nèi)裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi),在力學(xué)性能上就比較堅固可靠,可允許在更高的速度下運行。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)決定了電動機直軸同步電感 Ld 要小于交軸同步電感 Lq ,通常 Ld/L q 可達(dá)到 5 倍左右。磁阻轉(zhuǎn)矩大小 Lq 和 Ld 有關(guān)。因此利用凸極效應(yīng)可以獲得較高的轉(zhuǎn)矩/ 電流比,或者減少永磁體的體積,降低永磁體勵磁

1

  本文關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。