现代控制理论在电机中的应用.doc

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1、现代控制理论与电机控制刘北电气工程及其自动化0703班现代控制理论在电机控制中的具体应用：自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。这种控制方法现已较成熟，已经产品化，且产品质量较稳定。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。近年来，围绕着矢量变换控制的缺陷，如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影

2、响系统性能等等问题，国内、外学者进行了大量的研究。伴随着推进矢量控制、直接转矩控制和无传感器控制技术进一步向前发展的是人工智能控制，这是电机现代控制技术的前沿性课题，已取得阶段性的研究成果，并正在逐步实用化。矢量控制和直接转矩控制技术的一个新的发展方向是直接驱动技术，这种零方式消除了传统机械传动链带来的一系列不良影响，极大地提高了系统的快速响应能力和运动精度。但是，这种机械上的简化，导致了电机控制上的难度。为此，需要电机控制技术的进一步提高和创新。这正是电机现代控制技术有待深入研究和具有广阔开发前景

3、的新领域。电机的现代控制技术与先进制造装备息息相关，已在为先进制造技术的重要研究领域之一，国内很多学者和科技人员正在从事这方面的研究和开发。一、三相感应电动机的矢量控制1、定、转子磁动势矢量三相感应电动机是机电能量转换装置，这种的物理基础是电磁间的相互作用或者磁场能量的变化。因此，磁场是机电能量转换的媒介，是非常重要的物理量。为此，对各种电动机都要了解磁场在电动机空间内的分布情况。感应电动机内磁场是由定、转子三相绕组的磁动势产生的，首先要确定电动机内磁动势的分布情况。对定子三相绕组而言，当通以三相电

4、流、、时，分别产生沿着各自绕组轴线脉动的空间磁动势波，取其基波并记为、、，显然它们都是空间矢量。对于分布和短矩绕组，定义正向电流产生的空间磁动势波基波的轴线为该相绕组的轴线，亦即、、是以为轴线沿圆周正弦分布的空间矢量，各自的幅值是变化的，取决于相电流的瞬时值，即有（1）（2）（3）式中，为极对数；为每相绕组匝数；为绕组因数。当相电流瞬时值为正值时，磁动势矢量方向与该相绕组轴线一致，反之则相反。1、定、转子电流空间矢量与定、转子磁动势矢量类似，转子电流也可能理解为三相矢量。考虑到功率不变约束，确定单轴

5、线圈有效匝数为每相绕组有效匝数的倍，于是可以得出（4）同理，有（5）或者（6）式中，、、是转子实际电流，、、是以静止轴系表示的转子电流，也就是上面提到的经转子频率归算后的电流。2、定、转子电压空间矢量感应电动机在运行中，就控制相电流而言，外加相电压相当于系统的外部激励，可以通过调节相电压来改变相电流，进而控制电动机内的磁动势和空间磁场，实现对电动机物理量的矢量控制。从这个角度说，可以将电压看成是空间矢量。同定子电流空间矢量一样，可以将定子电压空间矢量定义为（7）在电动机矢量控制中，一般是通过控制三个

6、相电压来控制电压空间矢量。当A相绕组正向连接，B和C相绕组同时反向连接时，则有（8）（9）即（10）1、定、转子磁链空间矢量由电工理论可知（11）所以，若电流是空间矢量，则磁链一定也是空间矢量。同定子电压空间矢量一样，可将定子磁链空间矢量定义为（12）式中，是链过定子A相绕组磁链的总和，包括它的自感磁链，也包括其他定、转子绕组对它的互感磁链，对和也是如此。同理，在以转子自身旋转的abc轴系中，定义转子磁链空间矢量为（13）而以轴系表示的转子磁链空间矢量为（14）二、三相感应电动机直接转矩控制直接转矩

7、控制与矢量控制不同，它是直接将磁通和电磁转矩作为控制变量，因此无需进行磁场定向和矢量变换，这种对电磁转矩的直接控制，无疑更为简捷和快速，进一步提高了系统的动态响应能力。正因如此，虽然直接转矩控制从理论提出到实际应用都滞后于矢量控制，但由于该方法本身固有的优势，使直接转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。直接转矩控制是把转矩作为直接控制变量，利用离散的逆变器开关电压矢量对定子磁链矢量轨迹控制的同时实现对转矩的直接控制。由于直接转矩控制不是通过定子电流来间接控制转矩，因此省掉

8、了电流或电压的控制环节，这对提高系统的快速响应能力是有利的。直接转矩控制是直接将转矩检测值与转矩给定值进行滞环比较，根据比较结果选择开关电压矢量，开关电压矢量可以直接控制定子磁链矢量的速度，也就实现了对转矩的直接控制。滞环比较器相当于两点式调节器，滞环比较器属于Bang-Bang控制，使转矩能快速调节。另外，直接控制的运算均在静止的定子坐标系中进行，不需要旋转轴系到静止轴系的变换，也就不需要像矢量控制那样进行复杂的矢量变换或坐标变换；由于不需要磁场定向，也就不需要复杂