現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望作者：穆素祥來源：中國(guó)科技縱橫2010年第15期摘要:本文介紹了現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,包括各種現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)的基本模式、組成模塊和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹,最后對(duì)未來電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:電機(jī);新材料;矢量控制;直接轉(zhuǎn)矩控制;發(fā)展與展望引言電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備,它在機(jī)械、冶金、石油、煤炭、化學(xué)、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)正朝著

2、小型化和智能化的方向發(fā)展。1.電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及分類普通電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、風(fēng)扇、罩殼、機(jī)座和接線盒等組成。以圖1所示的最常見的三相鼠籠式電機(jī)為例,其主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成,定子是靜止不動(dòng)的部分,轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分,在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。定子由鐵心、繞組與機(jī)座三部分組成。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成,轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。圖2所示即為三相線繞式電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖,值得一提的是鼠籠式與線繞式兩種電機(jī)雖然具有不同的結(jié)構(gòu),但是工作原理卻是相同的。電機(jī)按其工作電源種類的不同可劃分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種,常見直流電機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可進(jìn)一步劃分無刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī),常見交流電機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原

3、理的不同也可以進(jìn)一步劃分為單相電機(jī)和三相電機(jī)。這些電機(jī)也因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)和工作原理的不同而具有不同的特性。2.無刷直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望自1978年,MAC經(jīng)典無刷直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器推出之后,國(guó)際上對(duì)無刷直流電機(jī)進(jìn)行了深入的研究,先后研制成方波無刷電機(jī)和正弦波直流無刷電機(jī)。三十多年以來,隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展,無刷電機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。2.1.各組成部分發(fā)展?fàn)顩r2.1.1.電機(jī)本體無刷直流電機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電機(jī)基本一樣,但它的電樞繞組放在定子上,轉(zhuǎn)子采用的重量、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高了性能,使其可靠性得以提高。無刷電機(jī)的發(fā)展與永

4、磁材料的發(fā)展是分不開的,基本上經(jīng)歷了鋁鎳鈷,鐵氧體磁性材料和釹鐵硼三個(gè)發(fā)展階段。2.1.2.電子換相電路(1)控制電路。無刷直流電機(jī)通過控制驅(qū)動(dòng)電路中的功率開關(guān)器件,來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩以及保護(hù)電機(jī),包括過流、過壓、過熱等保護(hù)?？刂齐娐纷畛醪捎媚M電路,控制比較簡(jiǎn)單。目前,控制電路一般有專用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成形式。(2)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞繞組,并受控于控制電路,它一般由大功率開關(guān)器件組成。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了全控型功率開關(guān)器件。目前,全控型開關(guān)器件正在逐漸取代普通晶閘管,驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài),

5、同時(shí)電路組成也由功率管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。2.1.3.轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路永磁無刷電機(jī)是一閉環(huán)的機(jī)電一體化系統(tǒng),它是通過轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)作為電子開關(guān)線路的換相信號(hào)。目前,磁敏式的霍爾位置傳感器廣泛應(yīng)用于無刷直流電機(jī)中,另外還有光電式的位置傳感器。為了適應(yīng)無刷電機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展,無位置傳感器應(yīng)運(yùn)而生;近年來,一種新型無位置傳感器的無刷電機(jī)正處于研制之中。2.2.無刷直流電機(jī)的發(fā)展方向隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展,位置檢測(cè)可以通過芯片配合適當(dāng)?shù)乃惴▉韺?shí)現(xiàn)。高速微處理器和DSP器件以及專用的控制芯片的出現(xiàn),使得運(yùn)行速度、處理能力有很大的提高。DSP固有的計(jì)算能力可用來在無刷電機(jī)上實(shí)現(xiàn)無傳感器控制。

6、采用DSP實(shí)現(xiàn)無位置傳感器控制成為研究的熱點(diǎn),低成本DSP無位置傳感器無刷電機(jī),成為無刷直流電機(jī)的發(fā)展方向。3.交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望20世紀(jì)70年代德國(guó)工程師F.Blaschke提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。1985年,德國(guó)的Depenbrock教授提出了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法。近年來,矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不斷發(fā)展,且有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代控制理論和電子技術(shù)的發(fā)展,各種控制方法和器件不斷出現(xiàn)。3.1.矢量控制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望目前,在矢量控制方面出現(xiàn)了許多新興的技術(shù),如磁通的快速控制、參數(shù)辨識(shí)和調(diào)節(jié)器自整定、非線性自抗擾控制器以及矩陣式變換器技術(shù)

7、等。在不久的將來,矢量采用高速電機(jī)控制專用DSP、嵌入式實(shí)時(shí)軟件操作系統(tǒng),開發(fā)更實(shí)用的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向方法和精確的磁通觀測(cè)器,使變頻器獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高過載能力,將是未來矢量控制技術(shù)的重要發(fā)展方向。3.2.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望直接轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制是基于離散化直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)提出來的一種控制方法。無差拍控制可以在一個(gè)控制周期內(nèi),完全消除定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的動(dòng)、靜態(tài)誤差,消除由于使用滯環(huán)比較器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),使電機(jī)可以運(yùn)行在極低速下,擴(kuò)大了調(diào)速范圍。轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測(cè)控制方法認(rèn)為磁鏈模值已經(jīng)被準(zhǔn)確控制或只發(fā)生緩慢地變化,沒有考慮磁鏈模值的控制問題。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)必將有

8、所突破。一是交流調(diào)速向高頻化方向發(fā)展,進(jìn)一步提高控制性能,消除脈動(dòng),其中空間矢量脈寬調(diào)制和軟關(guān)斷技術(shù)又是重點(diǎn)。二是與智能控制相結(jié)合,使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能有一個(gè)根本的提高。目前,直接轉(zhuǎn)矩控制主要有以下幾種新興技術(shù):(1)模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。模糊控制是根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制規(guī)則決策表,采用人類思維中模糊量、控制量,由模糊推理導(dǎo)出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是人腦神經(jīng)系統(tǒng)的某種簡(jiǎn)化抽象和模擬,由大量的簡(jiǎn)單的神經(jīng)元互相連接形成的高度復(fù)雜的非線性系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),具有逼近任意非線性函數(shù)的功能、高容錯(cuò)性、多輸入輸出特性,易用于多變量系統(tǒng)的控制。(2)魯棒控制和自抗擾控制器。魯棒控制是針對(duì)時(shí)間域或頻率域來說的,一般假設(shè)過

9、程動(dòng)態(tài)特性的信息和它的變化范圍。自抗擾控制器利用非線性結(jié)構(gòu)克服經(jīng)典PID的缺陷,抵消和估計(jì)出異步電機(jī)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)中,同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中定子電壓方程存在的非線性耦合作用,使電機(jī)定子電流的轉(zhuǎn)矩分量與勵(lì)磁分量的相互影響,主要用于異步電機(jī)的非線性控制。(3)復(fù)合控制。將上述幾種控制方法組合起來使用,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)模復(fù)合控制;滑模、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合控制;自調(diào)整模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)路滑模變結(jié)構(gòu)控制等。4.結(jié)束語(yǔ)在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,新材料、矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制狀態(tài)觀測(cè)器等方法已得到廣泛采用。在未來,現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù),將隨著新材料、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展而取得更快的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 董永貴等。 精密測(cè)控與系統(tǒng)M。 清華大學(xué)出版社。 2005,9。2 鄒緊跟, 符