永磁電機(jī)調(diào)速仿真研究

III摘要自改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)一直處在快速發(fā)展，而電機(jī)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要產(chǎn)業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。近年來，隨著永磁電機(jī)制造成本的降低，還有電力電子器件工藝的快速發(fā)展以及全數(shù)字化控制技術(shù)的推廣，永磁同步電機(jī)在包括混合動(dòng)力汽車、軌道交通、電梯領(lǐng)域等廣泛的領(lǐng)域中都有非常多的應(yīng)用前景，而且永磁同步電機(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì)也非?？捎^。因此，研究永磁同步電機(jī)的控制符合當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展。而永磁同步電機(jī)控制的難點(diǎn)在于靜止啟動(dòng)和無傳感器條件下的控制。本文通過閱讀大量國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)，了解目前永磁同步電機(jī)控制的研究現(xiàn)狀，從而確立了采用無位置傳感器的矢量控制方法來實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的控制。通過建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析永磁同步電機(jī)的矢量控制原理，提出了采用P-I低速外環(huán)啟動(dòng)的控制策略，采用滑模觀測(cè)器的無位置傳感器的矢量控制策略以及采用簡(jiǎn)化算法的空間矢量脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)。通過MATLAB中的SIMULINK仿真平臺(tái)構(gòu)建仿真系統(tǒng)來研究永磁同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的可行性。最后，在實(shí)際的控制平臺(tái)上編寫控制程序調(diào)試電機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)波形分析來驗(yàn)證基于無位置傳感器的永磁同步單機(jī)的矢量控制系統(tǒng)的正確性和可行性，以及分析系統(tǒng)的調(diào)速性能和魯棒性。關(guān)鍵字：永磁同步電機(jī);矢量控制;滑模觀測(cè)器;P-I控制策略;空間矢量脈寬調(diào)制AbstractSincereformandopeningup,China'seconomyhasbeeninrapiddevelopment,andthemotorinthemajorindustriesofthenationaleconomysuchasindustry,agriculture,transport,thereisawiderangeofapplications.Inrecentyears,withthepermanentmagnetsynchronousmotormanufacturingcostisreduced,therapiddevelopmentofpowerelectronicstechnologyandtheexpansionoffulldigitalcontroltechnology,therearesomanyapplicationprospectofpermanentmagnetsynchronousmotorinawiderangeoffieldssuchasofhybridcars,railtransportation,elevatorsandsoon.Therefore,researchofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolinlinewiththecurrentdevelopmentofTheTimes.Andthedifficultyofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolisstandingstartandsensorlesscontrol.Inthisarticle,throughreadingalargenumberofreferencesathomeandabroad,analyzedtheresearchdevelopmentofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrol,adoptthesensorlessvectorcontrolmethodtorealizecontrolofpermanentmagnetsynchronousmotor.Byestablishingthemathematicalmodelofpermanentmagnetsynchronousmotor,analysisofpermanentmagnetsynchronousmotorvectorcontrolprinciple,putforwardusingP-Ilow一speedopen-loopstart-upcontrolstrategy,usingtheslidingmodeobserverofsensorlessvectorcontrolstrategyandthesimplifiedalgorithmofspacevectorpulsewidthmodulation.BybuildingthesimulationsystemintheSIMULINKplatformofMATLABtoverifythefeasibilityofthedesignsystem.Finally,writethecontrolprogramstodebugthemachineinanactualmotorcontrolplatform.Throughtheexperimenttestandtheexperimentalwaveformanalysistoverifythecorrectnessandfeasibilityofpermanentmagnetsynchronousmotorvectorcontrolsystem.Andanalysissystemofspeedcontrolperformanceandrobustness.Keywords:permanentmagnetsynchronousmotor;vectorcontrol;theslidingmodeobserver;P-Icontrolstrategy;thespacevoltagevectorpulsewidthmodulation目錄TOC\o"1-3"\h\u5483安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院 I12703前言 II31389Abstract III22722目錄 IV7467第一章緒論 1217141.1課題背景 1314621.2發(fā)展概況及意義 112702結(jié)論 3913496參考文獻(xiàn) 402185附錄： 41第一章緒論1.1課題背景隨著社會(huì)的進(jìn)步，高效與節(jié)能逐漸成為當(dāng)代工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，因此企業(yè)對(duì)于工業(yè)化自動(dòng)控制設(shè)備的要求也越來越高。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)作為工業(yè)自動(dòng)化控制的核心設(shè)備，其性能表現(xiàn)將直接影響到生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量?？v觀人類工業(yè)的發(fā)展史，都與電機(jī)的發(fā)展密不可分。早期的工業(yè)生產(chǎn)廣泛運(yùn)用直流電機(jī)控制系統(tǒng)。直流電機(jī)由于機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，起動(dòng)扭矩大，動(dòng)態(tài)性能好，具有優(yōu)越的可控性。但是直流電機(jī)必須安裝機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過程中電刷和換向器不斷接觸和摩擦，容易引起火花，從而導(dǎo)致直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障多、維護(hù)困難、可靠性低，難以運(yùn)用于一些惡劣的工作環(huán)境中。隨著交流調(diào)速控制理論的不斷提高和完善，特別是電力電子器件、脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)、矢量控制技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸將研究目標(biāo)從直流電機(jī)轉(zhuǎn)移到交流電機(jī)上來。尤其是鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的出現(xiàn)，它具有耐用性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便以及適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，使交流調(diào)速控制理論得到了關(guān)注和更加深入的研究。但是感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)不可測(cè)、調(diào)速性能差，因此學(xué)者們也投入了大量精力來開發(fā)新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。80年代初，大功率交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開始使用電勵(lì)磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。同步電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流來進(jìn)行控制，而且始終運(yùn)行在同步速，沒有轉(zhuǎn)差功率，效率會(huì)更高。但是需要維護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁所需要的滑環(huán)電刷，降低了可靠性。在這樣的大環(huán)境下，永磁電機(jī)逐漸發(fā)展起來。與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)相對(duì)比，永磁電機(jī)直接通過永磁體勵(lì)磁，取消了勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁電源，從而消除了勵(lì)磁系統(tǒng)帶來的損耗，效率得到提高;其次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，提升了可靠性;電機(jī)尺寸和形狀靈活多樣，適用性好。所以它不但能部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電勵(lì)磁電機(jī)，而且可以獲得更加優(yōu)異的性能。目前，永磁電機(jī)由于極廣的功率范圍，被運(yùn)用在國(guó)民生產(chǎn)的各行各業(yè)，產(chǎn)量劇增。由于永磁電機(jī)的一系列優(yōu)點(diǎn)，世界各國(guó)的電機(jī)電器行業(yè)和科研院所都把對(duì)永磁電機(jī)的開發(fā)和研究列為熱點(diǎn)。其中，研究的主要內(nèi)容包括永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制和性能優(yōu)化等。永磁電機(jī)一般通過永磁體產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，而永磁體的形狀和放置位置靈活多樣，磁路結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，所以對(duì)永磁電機(jī)的分析計(jì)算要比普通電機(jī)困難。目前對(duì)于特定環(huán)境使用的永磁同步電機(jī)，必然需要在普通永磁電機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行性能的優(yōu)化改進(jìn)，但是這方面可借鑒的資料比較少。而且由于部分電機(jī)設(shè)計(jì)廠商缺乏全面的試驗(yàn)條件，這使電機(jī)設(shè)計(jì)者不可避免的要擔(dān)當(dāng)很大的風(fēng)險(xiǎn)，甚至付出過高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。所以繼續(xù)深入研究和探討有效的永磁電機(jī)分析設(shè)計(jì)方法和性能改進(jìn)措施十分有必要。1.2發(fā)展概況及意義永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠性高、功率因素高、效率好、啟動(dòng)力矩大、溫升低、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，使得永磁同步電機(jī)的使用從民用到國(guó)防，從日常生活到航天航空，從簡(jiǎn)單電動(dòng)工具到高科技產(chǎn)品都有涵蓋。1.2.1永磁同步電機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域下面介紹幾種永磁同步電機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域。(1}軌道交通2016年，阿爾斯通公司研發(fā)出了新一代永磁牽引系統(tǒng)的高速AGV列車V150。該試驗(yàn)車由前后兩輛牽引機(jī)車、三節(jié)雙層客運(yùn)車廂以及裝有永磁電機(jī)的新一代高速列車AGV轉(zhuǎn)向架組成。V150列車采用八臺(tái)功率為1950kW異步電動(dòng)機(jī)用于前后兩端的牽引機(jī)車，采用四臺(tái)功率為1000kW的永磁同步電機(jī)用于AGV轉(zhuǎn)向架，這樣的動(dòng)力系統(tǒng)比傳統(tǒng)列車更強(qiáng)勁，能耗更少，該列車創(chuàng)下列車速度新紀(jì)錄，達(dá)到574.8km/h。我國(guó)在2021年5月，由南車株洲公司試制采用600kW永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)的高速動(dòng)車組出廠試驗(yàn)表現(xiàn)優(yōu)異，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果吻合。這標(biāo)志著我國(guó)軌道交通領(lǐng)域最大功率的永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)試制成功。此次該公司研制成功的600千瓦永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)，是在此前地鐵用永磁同步牽引電機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)上，開發(fā)的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)高速動(dòng)車組用永磁同步牽引電機(jī)，也是我國(guó)目前軌道交通領(lǐng)域功率最大的永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)功率密度高、體積限制嚴(yán)。(2)電梯領(lǐng)域電梯拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了四個(gè)階段:交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速以及交流調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速。交流雙速是指利用電機(jī)內(nèi)的高速繞組和低速繞組的切換來實(shí)現(xiàn)電梯的兩段速度控制，并在啟動(dòng)和停止的時(shí)候采用能耗制動(dòng)等手段實(shí)現(xiàn)平滑過渡，缺點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗電量大。交流調(diào)壓調(diào)速通過電路采集電梯運(yùn)行速度模擬量，利用可控硅等電子開關(guān)調(diào)整電機(jī)輸入電壓，使其跟隨速度變換，缺點(diǎn)是電機(jī)要特制、能耗大、速度特性比較差。直流調(diào)速可以達(dá)到高速度以及高精度控制，不過電機(jī)體積龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比較難維護(hù)，成本也比較高?，F(xiàn)在比較普遍采用的是交流調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速技術(shù)。近年來，許多國(guó)內(nèi)外廠家都采用以永磁同步電機(jī)為主體的拽引系統(tǒng)，相較于傳統(tǒng)的齒輪驅(qū)動(dòng)電梯系統(tǒng)和采用感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)，永磁同步電機(jī)的效率更高，耗能更少，體積小設(shè)計(jì)更加緊湊。而且在交流調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速技術(shù)方面，永磁同步電機(jī)的矢量控制技術(shù)和直接扭矩控制技術(shù)都己經(jīng)非常成熟了。目前，有日本三菱公司推出的超薄PM拽引機(jī)，芬蘭KONE推出的ECODISC盤式的PM拽引機(jī)。此外，德國(guó)的WITTUR、日本的安川以及瑞士相關(guān)產(chǎn)品。(3)石油工業(yè)與港口機(jī)械在石油工業(yè)與港口機(jī)械等重工業(yè)行業(yè)內(nèi)，采用傳統(tǒng)電機(jī)不僅耗能多，而且工作效率也不高。在石油工業(yè)，采用37KW稀土永磁同步電機(jī)的抽油機(jī)的工作效率與采用55KW異步電動(dòng)機(jī)的工作效率是相同的，也就是說采用永磁同步電機(jī)可以克服低效率、低功率因數(shù)等問題，此外采用永磁同步電機(jī)技術(shù)提高電機(jī)機(jī)械性能和效率，節(jié)約能源損耗。當(dāng)然除了上述幾種領(lǐng)域之外，永磁同步電機(jī)還有很多應(yīng)用領(lǐng)域。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域、風(fēng)機(jī)水泵、船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)等，永磁同步電機(jī)也都發(fā)揮著重要的作用。通過上面介紹的幾種永磁同步電機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以看到，永磁同步電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)都是重負(fù)載、啟動(dòng)扭矩大、耗能高、要求效率高等，因而永磁同步電機(jī)控制的一個(gè)難題就是啟動(dòng)問題。在啟動(dòng)負(fù)載過重的時(shí)候，能不能使得電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)而不失步是一個(gè)至關(guān)重要的問題，如果電機(jī)不能成功啟動(dòng)，那么接下去電機(jī)的調(diào)速也就毫無意義可言。因此，解決電機(jī)的啟動(dòng)問題在永磁同步電機(jī)的控制里面是一個(gè)很要的問題，也是一個(gè)容易被忽視的問題。1.2.2永磁同步電機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)我國(guó)稀土資源豐富，產(chǎn)量位居世界第一。充分發(fā)揮我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，大力研究和推廣以稀土為原材料的永磁同步電機(jī)，不僅有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也可以促進(jìn)電機(jī)學(xué)科和相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。為了滿足不同的需求，永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工藝不斷提升，電磁結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，計(jì)算結(jié)構(gòu)也更加精確，因而永磁同步電機(jī)的發(fā)展前景非?？捎^。向機(jī)電一體化發(fā)展。機(jī)電一體化是將機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合并綜合運(yùn)用的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化是現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展方向。而作為中間重要的一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)備，永磁同步電機(jī)也要向機(jī)電一體化發(fā)展，比如體積更加緊湊，性能更加穩(wěn)定等。向高性能發(fā)展。日益更新的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)電機(jī)的發(fā)展提出了新要求。比如軍事產(chǎn)業(yè)需要各種高性能信號(hào)電機(jī);移動(dòng)電站和自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備需要伺服電機(jī);航天航空需要各種高性能、高可靠性的永磁電機(jī)等。高性能電機(jī)的發(fā)展可以促進(jìn)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。(3)向?qū)Ｓ秒姍C(jī)方向發(fā)展。永磁電機(jī)所帶的負(fù)載各種各樣，如果都采用通用電機(jī)，這樣不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)效益的浪費(fèi)，也會(huì)給控制技術(shù)的發(fā)展帶來不利。因而發(fā)展專用電機(jī)是必須的。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合以及不同的應(yīng)用需求，是偏向于工作效率還是偏向于節(jié)能省電，各種專用電機(jī)都有自己所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用市場(chǎng)。(4)向輕型化發(fā)展。稀土永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，輕型化是其特點(diǎn)。不管是在航天航空還是在精密產(chǎn)業(yè)，都需要結(jié)構(gòu)輕巧、重量較輕的電機(jī)。因而未來的電機(jī)肯定是往輕型化發(fā)展。通過上述的背景分析可以看到，永磁同步電機(jī)擁有良好的性能和優(yōu)點(diǎn)，廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域以及非?？捎^的發(fā)展前景。研究永磁同步電機(jī)的控制意義重大，不僅順從了電機(jī)發(fā)展的潮流，也可以借助電力電子技術(shù)以及微機(jī)技術(shù)的新發(fā)展，研究出更加精確和更加穩(wěn)定可靠的電機(jī)控制技術(shù)，服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)的需求。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是數(shù)字信號(hào)處理器的出現(xiàn)，使得永磁同步電機(jī)的無傳感器控制得到快速發(fā)展，也獲得了國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者的重視。無傳感器控制的研究可以追溯到二十世紀(jì)七十年代，由A.Abbondnati等學(xué)者推導(dǎo)出基于穩(wěn)態(tài)方程的轉(zhuǎn)差頻率估計(jì)方法，該方法調(diào)速范圍較小，動(dòng)態(tài)性能和調(diào)速精度無法得到保證，這是無傳感器控制的首次嘗試。1983年，由R0.Joetten將無傳感器技術(shù)與矢量控制相結(jié)合。早期的無傳感器技術(shù)主要都是通過檢測(cè)物理量的波形，根據(jù)某些特征位置來辨識(shí)轉(zhuǎn)子位置。從二十世紀(jì)九十年代以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在無傳感器控制技術(shù)上都進(jìn)行了深入的研究。美國(guó)Wisconsin大學(xué)的R.D.Lorenz教授及其研究團(tuán)隊(duì)于1993年最早提出采用高頻信號(hào)注入的方法進(jìn)行永磁同步電機(jī)的無傳感器控制，取得了許多研究成果。德國(guó)Wuppertal大學(xué)的JoachimHoltz教授主要研究的也是高頻信號(hào)注入法。在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)的賀益康教授及其團(tuán)隊(duì)主要研究基于凸極效應(yīng)的高頻信號(hào)注入法。天津大學(xué)把滑模變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法組合用于無傳感器控制中。國(guó)內(nèi)的其它高校也在不同控制算法進(jìn)行嘗試，并且都有了一定的研究成果。1.4MATLAB軟件MATLAB產(chǎn)品家族是美國(guó)MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計(jì)，算法開發(fā)，建模仿真，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。由于其完整的專業(yè)體系和先進(jìn)的設(shè)計(jì)開發(fā)思路，使得MATLAB在多種領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間，特別是在MATLAB的主要應(yīng)用方向一科學(xué)計(jì)算、建模仿真以及信息工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)上已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的首選設(shè)計(jì)工具。在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個(gè)體系的基座，它是一個(gè)語言編程型(M語言)開發(fā)平臺(tái)，提供了體系中其他工具所需要的集成環(huán)境(比如M語言的解釋器)。同時(shí)由于MATLAB對(duì)矩陣和線性代數(shù)的支持使得工具箱本身也具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。MATLAB產(chǎn)品體系的演化歷程中最重要的一個(gè)體系變更是引入了SIMULINK,用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模仿真。SIMULINK是另一種用于圖形輸入和非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的工具箱。它是由大量的積木式模塊組成的，可用于以這些模塊為基本單元的控制系統(tǒng)仿真。在MATLAB/SIMULINK基本環(huán)境之上，MathWorks公司為用戶提供了豐富的擴(kuò)展資源，這就是大量的Toolbox和Blockset。從1985年推出第一個(gè)版本以后的近二十年發(fā)展過程中，MATLAB已經(jīng)從單純的Fortran數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)演變?yōu)槎鄬W(xué)科，多領(lǐng)域的函數(shù)包，模塊庫(kù)的提供者。本次課題主要是基于在MATLAB軟件的SIMULINK平臺(tái)上模擬仿真研究。所以要熟練的運(yùn)用MATLAB軟件，清晰的分析電路仿真結(jié)構(gòu)示意圖，了解器件的功能。1.4本章小結(jié)（*有問題）本文的主要研究?jī)?nèi)容以MATLAB軟件的SIMULINK模塊為基礎(chǔ)，搭建了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在理論上研究永磁同步電機(jī)的仿真調(diào)速結(jié)論。全文按如下內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)，論文第二章概述永磁同步電機(jī)；第三章分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制策略的原理及實(shí)現(xiàn)方法;第四章研究永磁同步電機(jī)的仿真調(diào)速結(jié)果。第五章結(jié)論

第二章永磁同步電機(jī)的概述2.1永磁同步電機(jī)的簡(jiǎn)介永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子以及機(jī)體這三部分構(gòu)成。其中，定子是由三相繞組和鐵心構(gòu)成，這與繞組式電機(jī)相同。永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁鐵構(gòu)成，可以消除直流勵(lì)磁繞組所引起的勵(lì)磁銅耗，提高電機(jī)的功率密度;同時(shí)也可以使轉(zhuǎn)子的慣性降低。當(dāng)然，這也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)退磁效應(yīng)，使勵(lì)磁磁鏈控制的靈活性降低等。永磁同步電機(jī)的同步是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，也就是說永磁同步電機(jī)一定是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)速只與電源頻率有關(guān)，因此永磁同步電機(jī)比異步電機(jī)擁有更加高的效率。此外永磁體的性質(zhì)和材料的選擇都對(duì)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)以及性能有重要影響。2.1.1永磁電機(jī)的種類和基本結(jié)構(gòu)類似于同步電機(jī)，按照隱極和凸極的分類，永磁同步電機(jī)可以分為，具有轉(zhuǎn)子表面貼附永久磁鐵的表面貼裝式永磁同步電機(jī)(SurfacePermanentMagnet,簡(jiǎn)稱SPM)與轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部埋入永久磁鐵的內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)(InteriorPermanentMagnet，簡(jiǎn)稱IPM)兩種型式。圖2-1為這兩種PMSM的切面圖。2-1兩種PMSM的切面圖表面貼裝式永磁同步電機(jī)由于永磁體在轉(zhuǎn)子里面,電感小,可快速獲得感應(yīng)電流;同時(shí)且不會(huì)產(chǎn)生磁阻扭矩,扭矩特性的線性也很好,使用于高應(yīng)答速度的隨動(dòng)系統(tǒng),但是使用在高速范圍內(nèi),離心力強(qiáng)度提高,永久磁鐵有必要設(shè)置固定的保護(hù)環(huán)。2-1兩種PMSM的切面圖內(nèi)埋式同步電機(jī)由于永磁體埋入于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，因離心力而使磁鐵飛出這方面的問題，要比表面貼附式永磁同步電機(jī)有利的多。IPM①磁場(chǎng)的凸極性被設(shè)計(jì)成很小，此型式具有比較好的扭矩線性，另外，制造成本也比SPM低，使用于低應(yīng)答速度的隨動(dòng)系統(tǒng)。工PM②的轉(zhuǎn)子具有磁場(chǎng)的凸極，不僅產(chǎn)生磁場(chǎng)扭矩，而且也產(chǎn)生磁阻扭矩，磁阻扭矩是在線性的磁場(chǎng)回路場(chǎng)合不會(huì)產(chǎn)生的扭矩。由于凸極機(jī)使其產(chǎn)生非線性時(shí)的扭矩，若能靈活利用此磁阻扭矩可獲得高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)此方面的特點(diǎn)，尤其受到大家所關(guān)注。這兩種電機(jī)的分類與特點(diǎn)如表2-1所示。表2-1PMSM的分類及其特點(diǎn)分類特點(diǎn)功能用途技術(shù)的課題SPM非凸極性(Ld=Lq)電流應(yīng)答快速電壓殘流少高應(yīng)答隨動(dòng)系統(tǒng)始動(dòng)位置檢出磁鐵的溫度補(bǔ)償無位置傳感器控制IPM①凸極性弱(Ld≦Lq)高應(yīng)答隨動(dòng)系統(tǒng)始動(dòng)位置檢出磁鐵的溫度補(bǔ)償無位置傳感器控制參數(shù)變動(dòng)補(bǔ)償IPM②凸極性(Ld﹤﹤Lq)省能效率優(yōu)先廣闊的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍始動(dòng)位置檢出磁鐵的溫度補(bǔ)償無位置傳感器控制參數(shù)變動(dòng)補(bǔ)償扭矩的線性控制2.1.2永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用永磁同步電動(dòng)機(jī)由于其空載氣隙磁通密度空間分布接近正弦形，減少了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，從而減少了由諧波磁場(chǎng)引起的各種損耗和諧波扭矩以及由諧波扭矩引起的電磁振動(dòng)，提高了電機(jī)的效率，并且使得電機(jī)在運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)更加平穩(wěn)，噪聲也得到了降低。同時(shí)，正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)多種矢量控制方法來構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高性能、高精度的傳動(dòng)，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高的場(chǎng)合其應(yīng)用前景尤其看好。本小節(jié)先簡(jiǎn)單介紹永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)。永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要有:①高功率因數(shù)、高效率。永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)，減少定子電流和定子銅耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以因總損耗降低而減小風(fēng)扇容量甚至去掉風(fēng)扇，從而減小甚至省去了相應(yīng)的風(fēng)摩損耗。這樣，它的效率比同規(guī)格的異步電動(dòng)機(jī)可以提高2}-8個(gè)百分點(diǎn)。與電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)省去了勵(lì)磁功率，提高了效率。而且，永磁同步電動(dòng)機(jī)在25%^'120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可以保持較高的功率因數(shù)和效率，使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著，在長(zhǎng)期的使用中可以大幅度地節(jié)省電能。②扭矩紋波小，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確，過載能力強(qiáng)。同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)扭矩的擾動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，能做出比較快的反應(yīng)。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩發(fā)生變化時(shí)，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)差率也跟著變化，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生相應(yīng)的變化，但是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性阻礙電機(jī)響應(yīng)的快速性。同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩變化時(shí)，只要電機(jī)的功角做適當(dāng)變化，而轉(zhuǎn)速始終維持在原來的同步速不變，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的慣性不會(huì)影響電機(jī)對(duì)扭矩的快速響應(yīng)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的最大扭矩可以達(dá)到額定扭矩的3倍以上，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)在負(fù)載扭矩變化較大的工況下穩(wěn)定運(yùn)行非常有利。③體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動(dòng)機(jī)來，體積和重量都有較大的減少，從而使其在許多特殊場(chǎng)合得到應(yīng)用。④結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣，可靠性高。永磁同步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)極其多樣，產(chǎn)生了特點(diǎn)和性能各異的許許多多的品種，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國(guó)防，從日常生活到航空航天，從簡(jiǎn)單電動(dòng)工具到高科技產(chǎn)品，幾乎無所不包。與直流電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)相比，它沒有電刷，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，增加了可靠性。2.2永磁材料永磁材料具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。又稱硬磁材料。實(shí)用中，永磁材料工作于深度磁飽和及充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料。永磁同步電動(dòng)機(jī)采用磁鋼作為勵(lì)磁，永磁電機(jī)的推廣與應(yīng)用與永磁材料的發(fā)展息息相關(guān)。2.2.1永磁材料的發(fā)展永磁材料在20世紀(jì)獲得了巨大的發(fā)展，在現(xiàn)代高技術(shù)和人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重大的作用。1917年人們就發(fā)現(xiàn)鉆鋼具有永磁性能，在1937年用“Alnico”永磁材料制備了永磁體。本世紀(jì)50年代，鐵氧體BaFe12019被稱為第一代永磁材料，由于其具有高的矯頑力和大的磁晶各向異性，掀開了磁性材料新篇章。七十年代相繼開發(fā)出SmCoS和Sm2Co17永磁材料，將稀土元素和3d過渡族元素結(jié)合起來，提高了永磁體的磁特性，被稱為第二代永磁材料。進(jìn)入80年代中期，磁性材料的研究與開發(fā)給工業(yè)發(fā)展帶來了革命性的變化。1983年Sagawa等成功開發(fā)出NdFeB燒結(jié)永磁體，以其優(yōu)越的磁性能迅速取代了Sm-Co系永磁材料，成為一代磁王。NdFeB永磁體的磁性能逐年提高，以主要能指標(biāo)最大磁能積氣BH)max為例:1983年為291.2kJ/m3(36.4MGOe),1986年報(bào)道為404.8kJ/m3(50.6MGOe),1991年達(dá)到417.6kJ/m3(52.2MGOe),1993年日本住友特殊金屬公司報(bào)道為433.6k3/m3(54.2MGOe)oNdFeB合金，被稱為第三代永磁料，在永磁材料家族中迅速占據(jù)了主導(dǎo)地位。1990年，Coey等首先利用氣固反應(yīng)在Sm2Fe17化合物中引入N原子，成功開發(fā)了Sm2Fe17Nx永磁材料，從而推動(dòng)RE2Fe17Nx(M=C,N;x=2}-3)系永磁材料的研究與開發(fā)。Sm2Fe17Nx合金被稱為第四代永磁材料，由于具有高的居里溫(4810C)和優(yōu)異的各向異性場(chǎng)，被譽(yù)為21世紀(jì)的永磁材料。作為大量應(yīng)用于永磁同步電機(jī)制造的錢鐵硼永磁材料是永磁材料技術(shù)的一次突破，與第二代稀土永磁相比它的磁性能更高，比重小，機(jī)械強(qiáng)度好，而它性能價(jià)格比僅為前者的1/S，因此在民用產(chǎn)品中得到廣泛使用。隨著錢鐵硼永磁體的熱穩(wěn)定性和耐腐燭性的改善以及價(jià)格的進(jìn)一步降低永磁電機(jī)使用范圍必將進(jìn)一步擴(kuò)大性能也將會(huì)有很大提高。我國(guó)是稀土資源大國(guó)，豐富的原料資源使我國(guó)在生產(chǎn)欽鐵硼磁體上具有優(yōu)勢(shì)，目前我國(guó)多個(gè)大學(xué)和研究所，如沈陽工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)、清華大學(xué)相繼進(jìn)行稀土永磁電機(jī)的研制開發(fā)，取得了不少成果。2.2.2永磁材料幾種分類與特點(diǎn)下面簡(jiǎn)單幾種永磁材料及其特點(diǎn)。(1)鋁鎳鉆磁鐵。優(yōu)點(diǎn)是工作溫度高、熱穩(wěn)定性好和磁鏈密度高。缺點(diǎn)是永久退磁大，所以在實(shí)際中不適合用來做永磁電機(jī);(2)鋇和鋸鐵氧體。優(yōu)點(diǎn)是成本低、原料豐富、易于生產(chǎn)、較高的工作溫度以及幾乎線性的退磁曲線，因而被廣泛用作永磁鐵，不過電機(jī)體積較大，重量也很高;(3)鉆杉磁鐵。優(yōu)點(diǎn)是高剩磁、高能量密度、線性退磁特性和較高的工作溫度。不過由于杉供應(yīng)缺乏，這種材料非常昂貴;(4)欽鐵硼磁鐵。優(yōu)點(diǎn)是最高能量密度、最高剩磁和非常好的矯頑力，缺點(diǎn)是工作溫度低，容易被氧化，因而需要涂層保護(hù)。由于價(jià)格適中、電機(jī)重量降低，欽鐵硼磁鐵正在越來越多地應(yīng)用在永磁電機(jī)中。2.3影響永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的主要因素影響永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的因素有很多，除上一小節(jié)中的永磁材料外其主要還包括了:電力電子器件，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，高性能控制芯片以及智能控制理論。2.3.1電力電子器件電力電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，它們是密切相關(guān)和相互促進(jìn)的。電力電子器件是現(xiàn)代電力電子設(shè)備的心臟。電力電子時(shí)代是從50年代末晶閘管(SCR)的出現(xiàn)開始的，后來陸續(xù)出現(xiàn)了其他種類的器件，諸如:控制極可關(guān)斷晶閘管(GTO)，雙極型大功率晶體管(BJT)，功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET),絕緣門極雙極型晶體管(工GBT)，靜態(tài)感應(yīng)晶體管(S工T)，靜態(tài)感應(yīng)晶閘管(SITH),MOS控制的晶閘管(MCT)等。從發(fā)展來看，電力電子學(xué)一般是跟隨著電力電子器件的發(fā)展前進(jìn)的，而電力電子器件則是跟隨固體電子學(xué)的發(fā)展前進(jìn)的?？刂葡到y(tǒng)中大量使用的絕緣門極雙極型晶體管(IGBT)出現(xiàn)在20實(shí)際80年代。在IGBT中，用一個(gè)MOS門極來控制寬基區(qū)的高電壓雙極型晶體管的電流傳輸，這就產(chǎn)生了一種具有功率MOSFET的高輸入阻抗與雙極型器件的優(yōu)越通態(tài)特性相結(jié)合的器件。實(shí)際上，工GBT的通態(tài)特性比高電壓的晶體管還好，接近晶閘管的通態(tài)特性。目前，己有可提供數(shù)百安培額定電流和1500V阻斷電壓的商品化器件。IGBT等全控型器件具有自關(guān)斷能力，組成逆變器時(shí)不需要晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)提高了效率。由于工作頻率的大幅度提高，明顯的擴(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)速范圍，提高了調(diào)速精度，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，效率和功率因素。值得一提的是，新型控制系統(tǒng)中開始使用智能功率模塊(IntelligentPowerSupply，簡(jiǎn)稱為IPM)，這種模塊集成了控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件，包括了輸入隔離，能耗制動(dòng)，過溫，過壓，過流保護(hù)及故障診斷等功能。它的應(yīng)用顯著地簡(jiǎn)化了控制單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化和微型化。2.3.2計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，精確的仿真有助于大量減少設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，減少總成本和產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)階段使用仿真有諸多好處。一方面永磁電機(jī)本體的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要采用有限元遺傳算法等消耗大量機(jī)時(shí)的先進(jìn)算法，這在過去計(jì)算機(jī)速度很低的情況下是不可能實(shí)現(xiàn)的。另一方面由于電機(jī)控制系統(tǒng)的性能不但跟電機(jī)本體結(jié)構(gòu)參數(shù)有密切關(guān)系，而且還要受到驅(qū)動(dòng)線路形式，負(fù)載性質(zhì)等多方面的影響，因此必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以得到最佳的性能，而這就需要有高速的計(jì)算機(jī)CAD系統(tǒng)來進(jìn)行仿真和設(shè)計(jì)。用于分析電力電子裝置變頻調(diào)速系統(tǒng)的CAD軟件不斷涌現(xiàn)，其中一些軟件得到了廣泛的應(yīng)用，如MATLAB（第一章中已有簡(jiǎn)單介紹）,SPICE等。（SPICE是California-Berkeley大學(xué)在70年代早期為集成電路仿真開發(fā)的，全稱為SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis(面向集成電路仿真程序)。它是低功率等級(jí)電力電子最廣泛應(yīng)用的仿真程序。SPICE程序既提供時(shí)域仿真，又可提供頻域仿真。SPICE在應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域時(shí)有些缺點(diǎn)，如果電路中或在控制器中有陡的斷電，那么電力電子的仿真解就難以收斂。SPICE中的器件模型用于電力半導(dǎo)體器件是不夠精確的，難以確定控制器的性能模型。SPICE有眾多的商業(yè)版本，熟悉面廣，易于應(yīng)用，在今后會(huì)繼續(xù)得到廣泛的應(yīng)用。）本次課題采用的是MATLAB軟件。2.3.3高性能的微處理器電力電子系統(tǒng)的控制要求有幾種不同特性的功能:數(shù)字濾波、整形、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生、測(cè)量、監(jiān)控、保護(hù)等等。在很長(zhǎng)一段時(shí)間，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠模擬技術(shù)，即利用硬連線的方法實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐返慕Y(jié)構(gòu)采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及數(shù)字集成電路等。微處理器的發(fā)展促進(jìn)了電力電子系統(tǒng)中數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，即采用軟件技術(shù)，提供了更大的靈活性和更好的性能。微處理器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域大多在計(jì)算和數(shù)據(jù)處理方面，如計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、語音和圖像處理系統(tǒng)等，在電力電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制中，微處理器的能力也可以得到發(fā)揮，并且在許多方面非常重要。為達(dá)到高的控制帶寬和能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，處理器必須具有很高的執(zhí)行速度。為控制一個(gè)大型的系統(tǒng)，往往有數(shù)個(gè)微處理器協(xié)調(diào)運(yùn)行于一個(gè)中央微處理器之下，設(shè)計(jì)時(shí)將需要具有高速通信能力的處理器。隨著微處理器性能的不斷改善，控制功能逐漸由硬件向軟件轉(zhuǎn)化。在全數(shù)字化控制系統(tǒng)中，多有功能由軟件實(shí)現(xiàn)，只有很少量的硬件用于控制系統(tǒng)和動(dòng)力回路之間的接口。應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)的微處理器，基本功能包括:(1)數(shù)據(jù)獲得和處理系統(tǒng)的電氣和機(jī)械參數(shù)(電壓、電流、位置、速度、加速度、扭矩、力等)是由不同的傳感器提供的，在采樣后由數(shù)據(jù)變換器(模擬一數(shù)字變換器、分解器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。獲得的數(shù)據(jù)被加工(濾波、換算等)而成為控制的信號(hào)。(2)通信通信功能需要接收來自操作人員及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)指令輸入，它還需要將高一級(jí)控制所需的不同系統(tǒng)變量傳輸?shù)较鄳?yīng)的計(jì)算機(jī)中。{3)系統(tǒng)邏輯和控制算法這部分要完成的是控制系統(tǒng)的主要功能。它實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)邏輯和控制算法。典型的控制邏輯包含一個(gè)實(shí)時(shí)執(zhí)行系統(tǒng)，它能同時(shí)調(diào)度和執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。(4)動(dòng)力回路接口這一功能是為使控制軟件和硬件與功率變換器的輸入相匹配，產(chǎn)生功率變換器所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。(5)輔助功能包括顯示、儲(chǔ)存、監(jiān)控和保護(hù)、試驗(yàn)和診斷近來推出的微處理器可按照其結(jié)構(gòu)劃分為三大類:C工SC處理器、R工SC處理器和數(shù)字信號(hào)處理器。新型高檔微處理器開始是為計(jì)算和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，但是控制系統(tǒng)也能從其增強(qiáng)的性能中受益。新型微處理器的搞執(zhí)行速度有助于增加采樣速度、帶寬，從而達(dá)到與模擬控制器可比的數(shù)值，抗負(fù)載擾動(dòng)的能力也得到加強(qiáng)。處理器的高速運(yùn)算能力使得人們有可能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制算法，如狀態(tài)反饋控制、最優(yōu)控制、狀態(tài)觀測(cè)器、Kalman濾波器以及具有高采樣速度的自適應(yīng)控制。下一代的基于專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的智能控制器也將會(huì)采用高級(jí)處理器和ASIC加以實(shí)現(xiàn)。2.3.4智能控制理論高性能永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展離不開先進(jìn)控制策略的成功應(yīng)用。這里主要介紹滑模變結(jié)構(gòu)控制以及作為智能控制理論的模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制的一種控制策略，它與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時(shí)變化的開關(guān)特性。其主要特點(diǎn)是，根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，有目地的使系統(tǒng)沿設(shè)計(jì)好的“滑動(dòng)模態(tài)”軌跡運(yùn)動(dòng)。這種滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)的，且與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動(dòng)無關(guān)，因而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性。另外，滑模變結(jié)構(gòu)控制不需要任何在線辨識(shí)，所以很容易實(shí)現(xiàn)。在過去10多年里，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于交流傳動(dòng)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，并己取得了一些有效的結(jié)果。但滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性使系統(tǒng)存在“抖振”問題，主要原因是:①對(duì)于實(shí)際的滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。其控制力總足受到限制的，從而使系統(tǒng)的加速度有限;②系統(tǒng)的J慣性、切換開關(guān)的時(shí)間空間滯后及狀態(tài)檢測(cè)的誤差，特別對(duì)于計(jì)算機(jī)的采樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，形成“準(zhǔn)滑?！钡?。所以，在實(shí)際系統(tǒng)中抖振必定存在且無法消除，這就限制了它的應(yīng)用。智能控制理論是自動(dòng)控制學(xué)科發(fā)展的一個(gè)新階段。首先，它突破了傳統(tǒng)控制理論中必須基于數(shù)學(xué)模型的框架，不依賴或不完全依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，按實(shí)際效果進(jìn)行控制。其次，它繼承了人腦思維的非線性，智能控制器也具有非線性的特性。利用智能控制的非線性，變結(jié)構(gòu)，自尋優(yōu)等各種功能來克服控制系統(tǒng)變參數(shù)與非線性等不利因素，可以提高系統(tǒng)的魯棒性。目前智能控制在控制系統(tǒng)應(yīng)用中較為成熟的有模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，而且大多是在模型控制基礎(chǔ)上增加一定的智能控制手段，以消除參數(shù)變化和擾動(dòng)的影響。模糊控制是利用模糊集合來刻畫人們?nèi)粘Ｋ褂玫母拍钪械哪：裕箍刂破髂芨普娴啬７率炀毑僮魅藛T和專家的控制經(jīng)驗(yàn)與方法，它包括精確量的模糊化、模糊推理、模糊判決三部分。早期的模糊控制器只是以取代傳統(tǒng)PID控制器為目的，魯棒性雖有所加強(qiáng)，但一般模糊控制器沒有積分作用，在傳動(dòng)系統(tǒng)有負(fù)載擾動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)靜差。而增加了積分效應(yīng)的模糊控制器，雖相當(dāng)于變系數(shù)PID調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)無靜差控制，但是單純地將一個(gè)簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)模糊控制器用于高精度電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，還不能得到令人十分滿意的性能。模糊控制系統(tǒng)只有與其他控制方法相結(jié)合，才能獲得優(yōu)良的性能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在交流傳動(dòng)中的應(yīng)用主要有下面幾個(gè)方面:①代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制;②由于實(shí)際的矢量控制效果對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)很敏感，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)、跟蹤，并對(duì)磁通及轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；③感應(yīng)電機(jī)矢量控制需要知道轉(zhuǎn)子磁通的瞬時(shí)幅值與位置，無速度傳感器矢量控制還需要知道轉(zhuǎn)速，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來精確估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通幅值、位置及轉(zhuǎn)速;④結(jié)合模型參考自適應(yīng)控制，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器用于自適應(yīng)速度控制器。雖然將智能控制用于交流傳動(dòng)系統(tǒng)的研究已取得了一些成果，但是有許多問題尚待解決，如智能控制器主要憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)性能(如穩(wěn)定性和魯棒性)缺少客觀的理論預(yù)見性，且設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)需獲取大量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩;另外，交流傳動(dòng)智能控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，它的實(shí)現(xiàn)依賴于DSP,FPGA等控制用電子器件的高速化。永磁同步電機(jī)的矢量控制在研究永磁同步電機(jī)的PMSM的數(shù)學(xué)模型包括電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程，物理方程和扭矩方程，這些方程是永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型應(yīng)能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)被控系統(tǒng)地靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，數(shù)學(xué)模型地準(zhǔn)確程度是影響控制系統(tǒng)性能好壞地關(guān)鍵。本文永磁同步電機(jī)常用于各種位置控制系統(tǒng)，本章將主要介紹永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（電流環(huán)，速度環(huán)，位置環(huán)的主要控制）的原理。3.1永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型三相永磁同步電機(jī)的定子和帶轉(zhuǎn)子繞組的同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)是相同的，永磁同步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)在數(shù)學(xué)模型上是相似的。為簡(jiǎn)化分析，在推導(dǎo)中，作如下的假設(shè):1)定子繞組為Y型連接2)反電動(dòng)勢(shì)為正弦，忽略飽和和諧波的影響3)不計(jì)渦流和磁滯損耗4)轉(zhuǎn)子上無阻尼繞組，永磁體也無阻尼作用5)勵(lì)磁電流無動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程（3-1）永磁同步電機(jī)矢量關(guān)系圖永磁同步電機(jī)地物理方程為:（3-2）（3-3）d,q變量可以由a,b,c變量通過park變換獲得，對(duì)恒相幅值的park變換定義如下:（3-4）同樣，通過逆變換可以由a,b,c變量獲得d,q變量。恒相幅值的逆變換定義如下:（3-5）由此，得到建立在轉(zhuǎn)子d,q坐標(biāo)系下PMSM的方程為:（3-6）（3-7）此時(shí)；（3-8）（3-9）式中Vd和Vq是d,q軸的電壓;Id和Iq是d,q軸的電流;La和Lb。是d,q軸的電感;Ψd和平Ψq是d,q軸的磁鏈;R和WS分別是定子電阻和逆變器頻率;平Ψaf是永磁轉(zhuǎn)子在定子上產(chǎn)生的磁鏈值;e為轉(zhuǎn)子磁鏈方向和a軸的夾角。改寫上式得到，（3-10）其中（3-11）電磁扭矩公式（3-12）（3-13）電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程（3-14）式中P表示極對(duì)數(shù);TL是負(fù)載扭矩;B是阻尼系數(shù);Wr是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;J是慣性系數(shù);逆變器的頻率，即定子頻率映射到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上，有以下關(guān)系:（3-15）流向電機(jī)的功率，a,b,c變量表示為:（3-16）用d,q變量表示則為:（3-17）永磁同步電機(jī)的模型中包含了轉(zhuǎn)速和Id及Iq的乘積，是非線性的模型。以Wr，iq，id作為狀態(tài)變量，得到的狀態(tài)方程如下（3-18）作為電機(jī)電磁扭矩的公式（3-19）式(3-19)的電機(jī)電磁扭矩可以分為兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是由定子電流與永磁體磁場(chǎng)勵(lì)磁磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁扭矩，稱為永磁扭矩，第二項(xiàng)是由轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)引起的，稱為磁阻扭矩。對(duì)于SPM的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，Ld=Lq，不存在磁阻扭矩;對(duì)于IPM的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Ld,Lq不同。系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為（3-20）式中，Te是電磁扭矩;P是磁極對(duì)數(shù);Ld,Lq是三相繞組在dq軸上的等效電感;J是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;B是阻尼系數(shù);T,,是負(fù)載扭矩。內(nèi)埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁扭矩基本上取決于定子交軸電流分量和直軸電流分量，在扭矩控制中，如果使得id=0，此時(shí)電磁扭矩將同樣正比于交軸的電流，控制將由此得以簡(jiǎn)化，這也是矢量控制的一種思路所在。永磁同步電動(dòng)機(jī)采用自控式變頻調(diào)速方法，在電動(dòng)機(jī)軸上安裝轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)器;能檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的磁極位置，控制定子側(cè)變頻器的電流頻率和相位，使定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈總是保持確定的關(guān)系，從而產(chǎn)生恒定的扭矩。3.2永磁同步電機(jī)外環(huán)控制在電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域中，外環(huán)控制是指沒有轉(zhuǎn)速或扭矩負(fù)反饋的控制系統(tǒng)，而恒壓頻比控制就是一種外環(huán)控制。恒壓頻比控制的思想是在基頻以下，調(diào)節(jié)電壓和頻率的比值，保持磁鏈大小為額定值，此時(shí)電機(jī)輸出扭矩只跟磁通有關(guān)，也會(huì)保持額定。使得電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電流維持在額定值，從而能夠在允許的溫升下保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。采用這種控制方法的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用。尤其是基于外環(huán)控制策略的永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于沒有轉(zhuǎn)速和位置反饋，可以省去旋轉(zhuǎn)變壓器和速度編碼器等裝置，節(jié)約了成本，簡(jiǎn)化了控制，故障率得到有效降低。近年來，國(guó)外己經(jīng)有許多專家學(xué)者致力于研究永磁同步電機(jī)的外環(huán)恒壓頻比控制策略，并取得了很多成果。永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻器外環(huán)控制系統(tǒng)在國(guó)外產(chǎn)品中得到了較好的開發(fā)和應(yīng)用。研究表明，此變頻器和電機(jī)的一體化系統(tǒng)在外形尺寸上與定速異步電動(dòng)機(jī)相同，但性能得到很大的提高。相對(duì)于國(guó)外的較廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)關(guān)于外環(huán)變頻永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品較少，主要原因在于其沒有考慮特定負(fù)載運(yùn)行而使得電機(jī)系統(tǒng)成本較高。但恒壓頻比控制始終沒有解決交流電機(jī)的高階非線性、多變量、強(qiáng)藕合問題，整個(gè)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較差，而且在低速時(shí)由于不能忽略定子阻抗壓降，使得調(diào)速性能變差，因此恒壓頻比控制不能滿足高精度控制的需要。所以本文以永磁同步電機(jī)外環(huán)采用P-I控制，以矢量控制為重點(diǎn)。3.2.1外環(huán)控制速度控制器基于P-I調(diào)節(jié)器，如圖（3-21）所示。該調(diào)節(jié)器的輸出是一個(gè)扭矩設(shè)定值應(yīng)用到矢量控制器。由圖（3-21）可知，設(shè)定轉(zhuǎn)速值N*與電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速N進(jìn)行比例積分換算得到扭矩Te*。該P(yáng)-I控制器通過換算得到的扭矩Te*輸出到內(nèi)環(huán)控制器中進(jìn)行矢量控制。由永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型最后得到公式即為（3-19）。（3-21）3.3永磁同步電機(jī)矢量控制原理圖為永磁同步電機(jī)的矢量控制框圖（采用MATLAB軟件所繪的的圖形）（3-22）如圖（3-22）所示，這是永磁同步電機(jī)矢量控制的基本框圖。從圖中可以看到，給定的參考速度和測(cè)量得到的轉(zhuǎn)子速度經(jīng)過速度控制器計(jì)算得到q軸的參考電流iq*，而d軸采用id*=o的控制策略，此時(shí)，采樣得到的定子三相電流iA、iB、iC經(jīng)過CLARKE變換再經(jīng)過PARK變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的iq和id，參考電流與iq、id經(jīng)過電流調(diào)節(jié)控制器比較輸出dq軸下的參考電壓ud*和uq*，ud*和uq*再經(jīng)過PARK逆變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓ud、和uq，這對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)模塊控制逆變器中IGBT的開關(guān)時(shí)間來輸出幅值和頻率可變的三相對(duì)稱正弦波電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。（數(shù)學(xué)模型中已算出相關(guān)公式）為了使得在同樣的電流下產(chǎn)生最優(yōu)的扭矩，矢量控制通過光電編碼器實(shí)際測(cè)量的轉(zhuǎn)子位置角度計(jì)算出三相定子繞組電壓的相位來產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣就可以精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減小電機(jī)負(fù)載變化的擾動(dòng)。另一方面，通過轉(zhuǎn)子位置信息求出瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，經(jīng)過負(fù)反饋對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償，使控制性能更加穩(wěn)定。3.3.1矢量控制器矢量控制器是永磁同步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)中的核心器件（3-23）1.id=0控制，從電動(dòng)機(jī)端口看，相當(dāng)于一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電動(dòng)機(jī)扭矩中只有永磁扭矩分量，而不包含磁阻扭矩。（按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使id=0的正弦波永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)定子電流與轉(zhuǎn)子永磁磁通互相獨(dú)立(解藕)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，扭矩定性好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。）2.扭矩Te*和弧角r是永磁同步電機(jī)上傳感器直接測(cè)得到的。扭矩Te*通過換算得到iq*。弧角r是進(jìn)行軸角轉(zhuǎn)換器換算得到角度e。Iabc是輸入的三相電流。通過三相電流IABC

高考語文試卷一、語言文字運(yùn)用（15分）1．在下面一段話的空缺處依次填入詞語，最恰當(dāng)?shù)囊唤M是（3分）提到桃花源，許多人會(huì)聯(lián)想到瓦爾登湖。真實(shí)的瓦爾登湖，早已成為▲的觀光勝地，梭羅的小木屋前也經(jīng)常聚集著▲的游客，不復(fù)有隱居之地的氣息。然而虛構(gòu)的桃花源一直就在我們的心中，哪怕▲在人潮洶涌的現(xiàn)代城市，也可以獲得心靈的寧?kù)o。A．名聞遐邇聞風(fēng)而至雜居 B．名噪一時(shí)聞風(fēng)而至棲居C．名噪一時(shí)紛至沓來雜居 D．名聞遐邇紛至沓來?xiàng)?．在下面一段文字橫線處填入語句，銜接最恰當(dāng)?shù)囊豁?xiàng)是（3分）在南方，芭蕉栽植容易，幾乎四季常青?！劣谠掠辰队啊⒀簹埲~，那更是詩人畫家所向往的了。①它覆蓋面積大，吸收熱量大，葉子濕度大。②古人在走廊或書房邊種上芭蕉，稱為蕉廊、蕉房，饒有詩意。③因此蕉陰之下，是最舒適的小坐閑談之處。④在旁邊配上幾竿竹，點(diǎn)上一塊石，真像一幅元人的小景。⑤在夏日是清涼世界，在秋天是分綠上窗。⑥小雨乍到，點(diǎn)滴醒人；斜陽初過，青翠照眼。A．①③②④⑥⑤ B．①④②③⑥⑤C．②①④③⑤⑥ D．②③④①⑤⑥3．下列詩句與“憫農(nóng)館”里展示的勞動(dòng)場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)全部正確的一項(xiàng)是（3分）①笑歌聲里輕雷動(dòng)，一夜連枷響到明②種密移疏綠毯平，行間清淺縠紋生③分疇翠浪走云陣，刺水綠針抽稻芽④陰陰阡陌桑麻暗，軋軋房櫳機(jī)杼鳴A．①織布②插秧③車水④打稻 B．①織布②車水③插秧④打稻C．①打稻②插秧③車水④織布D．①打稻②車水③插秧④織布4．閱讀下圖，對(duì)VR（即“虛擬現(xiàn)實(shí)”）技術(shù)的解說不正確的是一項(xiàng)是（3分）A．VR技術(shù)能提供三個(gè)維度的體驗(yàn)：知覺體驗(yàn)、行為體驗(yàn)和精神體驗(yàn)。 B．現(xiàn)有的VR技術(shù)在精神體驗(yàn)上發(fā)展較快，而在知覺體驗(yàn)上發(fā)展較慢。C．VR技術(shù)的未來方向是知覺體驗(yàn)、行為體驗(yàn)和精神體驗(yàn)的均衡發(fā)展。D．期許的VR體驗(yàn)將極大提高行為體驗(yàn)的自由度和精神體驗(yàn)的滿意度。二、文言文閱讀（20分）閱讀下面的文言文，完成5—8題。臨川湯先生傳鄒迪光先生名顯祖，字義仍，別號(hào)若士。豫章之臨川人。生而穎異不群。體玉立，眉目朗秀。見者嘖嘖曰：“湯氏寧馨兒。”五歲能屬對(duì)。試之即應(yīng)，又試之又應(yīng)，立課數(shù)對(duì)無難色。十三歲，就督學(xué)公試，補(bǔ)邑弟子員。每試必雄其曹偶。庚午舉于鄉(xiāng)，年猶弱冠耳。見者益復(fù)嘖嘖曰：“此兒汗血，可致千里，非僅僅蹀躞康莊也者?！倍〕髸?huì)試，江陵公①屬其私人啖以巍甲而不應(yīng)。曰：“吾不敢從處女子失身也。”公雖一老孝廉乎，而名益鵲起，海內(nèi)之人益以得望見湯先生為幸。至癸未舉進(jìn)士，而江陵物故矣。諸所為附薰炙者，骎且澌沒矣。公乃自嘆曰：“假令予以依附起，不以依附敗乎？”而時(shí)相蒲州、蘇州兩公，其子皆中進(jìn)士，皆公同門友也。意欲要之入幕，酬以館選，而公率不應(yīng)，亦如其所以拒江陵時(shí)者。以樂留都山川，乞得南太常博士。至則閉門距躍，絕不懷半刺津上。擲書萬卷，作蠹魚其中。每至丙夜，聲瑯瑯不輟。家人笑之：“老博士何以書為？”曰：“吾讀吾書，不問博士與不博士也?！睂ひ圆┦哭D(zhuǎn)南祠部郎。部雖無所事事，而公奉職毖慎，謂兩政府進(jìn)私人而塞言者路，抗疏論之，謫粵之徐聞尉。居久之，轉(zhuǎn)遂昌令。又以礦稅事多所蹠戾②，計(jì)偕之日，便向吏部堂告歸。雖主爵留之，典選留之，御史大夫留之，而公浩然長(zhǎng)往，神武之冠竟不可挽矣。居家，中丞惠文，郡國(guó)守令以下，干旄往往充斥巷左，而多不延接。即有時(shí)事，非公憤不及齒頰。人勸之請(qǐng)托，曰：“吾不能以面皮口舌博錢刀，為所不知后人計(jì)?！敝复采蠒局骸坝写瞬回氁印！惫跁鵁o所不讀，而尤攻《文選》一書，到掩卷而誦，不訛只字。于詩若文無所不比擬，而尤精西京六朝青蓮少陵氏。公又以其緒余為傳奇，若《紫簫》、《還魂》諸劇，實(shí)駕元人而上。每譜一曲，令小史當(dāng)歌，而自為之和，聲振寥廓。識(shí)者謂神仙中人云。公與予約游具區(qū)靈巖虎丘諸山川，而不能辦三月糧，逡巡中輟。然不自言貧，人亦不盡知公貧。公非自信其心者耶？予雖為之執(zhí)鞭，所忻慕焉。（選自《湯顯祖詩文集》附錄，有刪節(jié)）[注]①江陵公：指時(shí)相張居正，其為江陵人。②蹠戾：乖舛，謬誤。5．對(duì)下列加點(diǎn)詞的解釋，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．每試必雄其曹偶 雄：稱雄B．酬以館選 酬：應(yīng)酬C．以樂留都山川 樂：喜愛D．為所不知后人計(jì) 計(jì)：考慮6．下列對(duì)原文有關(guān)內(nèi)容的概括和分析，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．湯顯祖持身端潔，拒絕了時(shí)相張居正的利誘，海內(nèi)士人都以結(jié)識(shí)他為榮幸。B．因?yàn)樯蠒u(píng)當(dāng)權(quán)者徇私情、塞言路，湯顯祖被貶官至廣東，做了徐聞尉。C．湯顯祖辭官回家后，當(dāng)?shù)毓賳T爭(zhēng)相與他交往，而湯顯祖不為私事開口求人。D．湯顯祖與鄒迪光相約三月份到江南一帶游玩，但沒準(zhǔn)備好糧食，因而作罷。7．把文中畫線的句子翻譯成現(xiàn)代漢語。（10分）（1）見者益復(fù)嘖嘖曰：“此兒汗血，可致千里，非僅僅蹀躞康莊也者?！保?）然不自言貧，人亦不盡知公貧。公非自信其心者耶？予雖為之執(zhí)鞭，所忻慕焉。8．請(qǐng)簡(jiǎn)要概括湯顯祖讀書為文的特點(diǎn)。（4分）三、古詩詞鑒賞（11分）閱讀下面這首唐詩，完成9—10題。學(xué)諸進(jìn)士作精衛(wèi)銜石填海韓愈鳥有償冤者，終年抱寸誠(chéng)?？阢暽绞?xì)，心望海波平。渺渺功難見，區(qū)區(qū)命已輕。人皆譏造次，我獨(dú)賞專精。豈計(jì)休無日，惟應(yīng)盡此生。何慚刺客傳，不著報(bào)讎名。9．本讀前六句是怎樣運(yùn)用對(duì)比手法勾勒精衛(wèi)形象的？請(qǐng)簡(jiǎn)要分析。(6分)10．詩歌后六句表達(dá)了作者什么樣的人生態(tài)度？（5分）四、名句名篇默寫（8分）11．補(bǔ)寫出下列名句名篇中的空缺部分。（1）名余曰正則兮，__________________。（屈原《離騷》）（2）__________________，善假于物也。（荀子《勸學(xué)》）（3）艱難苦恨繁霜鬢，__________________。（杜甫《登高》）（4）樹林陰翳，__________________，游人去而禽鳥樂也。（歐陽修《醉翁亭記》）（5）__________________，抱明月而長(zhǎng)終。（蘇軾《赤壁賦》）（6）浩蕩離愁白日斜，__________________。（龔自珍《己亥雜詩》）（7）道之以德，__________________，有恥且格。（《論語·為政》）（8）蓋文章，經(jīng)國(guó)之大業(yè)，__________________。（曹丕《典論·論文》）五、現(xiàn)代文閱讀（一）（15分）閱讀下面的作品，完成12~14題。表妹林斤瀾矮凳橋街背后是溪灘，那灘上鋪滿了大的碎石，開闊到叫人覺著是不毛之地。幸好有一條溪，時(shí)寬時(shí)窄，自由自在穿過石頭灘，帶來水草野樹，帶來生命的歡喜。灘上走過來兩個(gè)女人，一前一后，前邊的挎著個(gè)竹籃子，簡(jiǎn)直有搖籃般大，里面是衣服，很有點(diǎn)分量，一路拱著腰身，支撐著籃底。后邊的女人空著兩手，幾次伸手前來幫忙，前邊的不讓。前邊的女人看來四十往里，后邊的四十以外。前邊的女人不走現(xiàn)成的小路，從石頭灘上斜插過去，走到一個(gè)石頭圈起來的水潭邊，把竹籃里的東西一下子控在水里，全身輕松了，透出來一口長(zhǎng)氣，望著后邊的。后邊的走不慣石頭灘，盯著腳下，挑著下腳的地方。前邊的說：“這里比屋里清靜，出來走走，說說話……再呢，我要把這些東西洗出來，也就不客氣了?！闭f著就蹲下來，抓過一團(tuán)按在早鋪平好了的石板上，拿起棒槌捶打起來，真是擦把汗的工夫也節(jié)約了?？雌饋砗筮叺氖强腿?，轉(zhuǎn)著身于看這個(gè)新鮮的地方，有一句沒一句地應(yīng)著：“水倒是清的，碧清的……樹也陰涼……石頭要是走慣了，也好走……”“不好走，一到下雨天你走走看，只怕?lián)鷶嗔四_筋。哪有你們城里的馬路好走?！薄跋掠晏煲蚕匆路?”“一下天呢，二十天呢。就是三十天不洗也不行。嗐，現(xiàn)在一天是一天的事情，真是日日清，月月結(jié)?！笨腿穗S即稱贊：“你真能干，三表妹，沒想到你有這么大本事，天天洗這么多?！敝魅宋⑽⑿χ掷锎反反虼?，嘴里喜喜歡歡的：事情多著呢。只有晚上吃頓熱的，別的兩頓都是馬馬虎虎。本來還要帶子，現(xiàn)在托給人家。不過洗完衣服，還要踏縫紉機(jī)。”客人其實(shí)是個(gè)做活的能手，又做飯又帶孩子又洗衣服這樣的日子都過過?，F(xiàn)在做客人看著人家做活，兩只手就不知道放在哪里好。把左手搭在樹杈上，右手背在背后，都要用點(diǎn)力才在那里閑得住。不覺感慨起來：“也難為你，也虧得是你，想想你在家里的時(shí)候，比我還自在呢。”主人放下棒槌，兩手一刻不停地揉搓起來：“做做也就習(xí)慣了。不過，真的，做慣了空起兩只手來，反倒沒有地方好放。鄉(xiāng)下地方，又沒有什么好玩的，不比城里。”客人心里有些矛盾，就學(xué)點(diǎn)見過世面的派頭，給人家看，也壓壓自己的煩惱：“說的是，”右手更加用力貼在后腰上，“空著兩只手不也沒地方放嘛。城里好玩是好玩，誰還成天地玩呢。城里住長(zhǎng)久了，一下鄉(xiāng)，空氣真就好，這個(gè)新鮮空氣，千金難買?！眴慰淇諝猓帽纫粋€(gè)姑娘沒有什么好夸的，單夸她的頭發(fā)。主人插嘴問道：“你那里工資好好吧？”提起工資，客人是有優(yōu)越感的，卻偏偏埋怨道：“餓不死吃不飽就是了，連獎(jiǎng)金帶零碎也有七八十塊?！薄澳鞘亲龆嘧錾僬諛幽醚?！”“還吃著大鍋飯。”“不做不做也拿六七十吧？”“鐵飯碗！”客人差不多叫出來，她得意。主人不住手地揉搓，也微微笑著。客人倒打起“抱不平”來：“你好脾氣，要是我，氣也氣死了，做多做少什么也不拿?！薄按蟊斫?，我們也搞承包了。我們家庭婦女洗衣店，給旅店洗床單，給工廠洗工作服都洗不過來?！薄澳且粋€(gè)月能拿多少呢？”客人問得急點(diǎn)。主人不忙正面回答，笑道：“還要苦干個(gè)把月，洗衣機(jī)買是買來了，還沒有安裝。等安裝好了，有時(shí)間多踏點(diǎn)縫紉機(jī)，還可以翻一番呢！”“翻一番是多少？”客人急得不知道轉(zhuǎn)彎。主人停止揉搓，去抓棒槌，這功夫，伸了伸兩個(gè)手指頭?？腿说哪X筋飛快轉(zhuǎn)動(dòng)：這兩個(gè)手指頭當(dāng)然不會(huì)是二十，那么是二百……聽著都嚇得心跳，那頂哪一級(jí)干部了？廠長(zhǎng)？……回過頭來說道：“還是你們不封頂好，多勞多得嘛。”“不過也不保底呀，不要打算懶懶散散混日子?！笨腿藘刹綋溥^來，蹲下來抓過一堆衣服，主人不讓，客人已經(jīng)揉搓起來了，一邊說：“懶懶散散，兩只手一懶，骨頭都要散……鄉(xiāng)下地方比城里好，空氣第一新鮮，水也碧清……三表妹，等你大侄女中學(xué)一畢業(yè)，叫她頂替我上班，我就退下來……我到鄉(xiāng)下來享幾年福，你看怎么樣？”（選自《十月》1984年第6期，有刪改）12．下列對(duì)小說相關(guān)內(nèi)容和藝術(shù)特色的賞析，不正確的一項(xiàng)是？A．小說開頭的景物描寫，以自由流動(dòng)的溪水所帶來的“水草野樹”以級(jí)“生命的歡喜”，暗示著農(nóng)村的新氣象。B．小說中“一路拱著腰身”等動(dòng)作描寫，以及“真是日日清，月月結(jié)”等語言描寫，為下文表妹承包洗衣服這件事做了鋪墊。C．表姐兩次提到鄉(xiāng)下空氣“新鮮”，第一次是出于客套，第二次提到時(shí)，表姐對(duì)農(nóng)村的好已有了更多體會(huì)。D．表妹說的“不要打算懶懶散散混日子”，既表達(dá)了自己對(duì)生活的態(tài)度，也流露出對(duì)自己得不到休息的些許不滿。13．請(qǐng)簡(jiǎn)要分析表姐這一人物形象。（6分）14．小說刻畫了兩個(gè)人物，作者以“表妹”為題，表達(dá)了哪些思想感情？（6分）六、現(xiàn)代文閱讀（二）（12分）閱讀下面的作品，完成15~17題。書家和善書者沈尹默“古之善書者，往往不知筆法?！鼻叭耸沁@樣說過。就寫字的初期來說，這句話，是可以理解的，正同音韻一樣，四聲清濁，是不能為晉宋以前的文人所熟悉的，他們作文，只求口吻調(diào)利而已。筆法不是某一個(gè)人憑空創(chuàng)造出來的，而是由寫字的人們逐漸地在寫字的點(diǎn)畫過程中，發(fā)現(xiàn)了它，因而很好地去認(rèn)真利用它，彼此傳授，成為一定必守的規(guī)律。由此可知，書家和非書家的區(qū)別，在初期是不會(huì)有的。寫字發(fā)展到相當(dāng)興盛之后（尤其到唐代），愛好寫字的人們，一天比一天多了起來，就產(chǎn)生出一批好奇立異、相信自己、不大愿意守法的人，各人使用各人的手法，各人創(chuàng)立各人所愿意的規(guī)則。凡是人為的規(guī)則，它本身與實(shí)際必然不能十分相切合，因而它是空洞的、缺少生命力的，因而也就不會(huì)具有普遍的、永久的活動(dòng)性，因而也就不可能使人人都滿意地沿用著它而發(fā)生效力。在這里，自然而然地便有書家和非書家的分別了。有天分、有休養(yǎng)的人們，往往依他自己的手法，也可能寫出一筆可看的字，但是詳細(xì)監(jiān)察一下它的點(diǎn)畫，有時(shí)與筆法偶然暗合，有時(shí)則不然，尤其是不能各種皆工。既是這樣，我們自然無法以書家看待他們，至多只能稱之為善書者。講到書家，那就得精通八法，無論是端楷，或者是行草，他的點(diǎn)畫使轉(zhuǎn)，處處皆須合法，不能四號(hào)茍且從事，你只要看一看二王、歐、虞、褚、顏諸家遺留下來的成績(jī)，就可以明白的。如果拿書和畫來相比著看，書家的書，就好比精通六法的畫師的畫；善書者的書，就好比文人的寫意畫，也有它的風(fēng)致可愛處，但不能學(xué)，只能參觀，以博其趣。其實(shí)這也是寫字發(fā)展過程中，不可避免的現(xiàn)象。六朝及唐人寫經(jīng)，風(fēng)格雖不甚高，但是點(diǎn)畫不失法度，它自成為一種經(jīng)生體，比之后代善書者的字體，要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)枚?。宋代的蘇東坡，大家都承認(rèn)他是個(gè)書家，但他因天分過高，放任不羈，執(zhí)筆單鉤，已為當(dāng)時(shí)所非議。他自己曾經(jīng)說過：“我書意造本無法。”黃山谷也嘗說他“往往有意到筆不到處”。就這一點(diǎn)來看，他又是一個(gè)道地的不拘拘于法度的善書的典型人物，因而成為后來學(xué)書人不須要講究筆法的借口。我們要知道，沒有過人的天分，就想從東坡的意造入手，那是毫無成就可期的。我嘗看見東坡畫的枯樹竹石橫幅，十分外行，但極有天趣，米元章在后邊題了一首詩，頗有相互發(fā)揮之妙。這為文人大開了一個(gè)方便之門，也因此把守法度的好習(xí)慣破壞無遺。自元以來，書畫都江河日下，到了明清兩代，可看的書畫就越來越少了。一個(gè)人一味地從心所欲做事，本來是一事無成的。但是若能做到從心所欲不逾矩（自然不是意造的矩）的程度，那卻是最高的進(jìn)境。寫字的人，也需要做到這樣。（有刪改）15．根據(jù)原文內(nèi)容，下列說法不正確的一項(xiàng)是（3分）A．善書而不知筆法，這一現(xiàn)象出現(xiàn)在寫字初期，當(dāng)時(shí)筆法還未被充分發(fā)現(xiàn)和利用。B．唐代愛好寫字的人漸多，有一批人好奇立異，自創(chuàng)規(guī)則，經(jīng)生體就是這么產(chǎn)生的。C．二王、歐、虞、褚、顏諸家都是嚴(yán)格遵守筆法的典型，他們都屬于書家的行列。D．元明清三代，書畫創(chuàng)作每況愈下，優(yōu)秀作品越來越少，與守法度的習(xí)慣被破壞有關(guān)。16．下列關(guān)于原文內(nèi)容的理解和分析，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．在寫字過程中，那些與實(shí)際不能完全切合的人為的規(guī)則，不具有普遍的永久的活動(dòng)性，因而不能稱之為筆法。B．書與畫相似，書家之書正如畫師之畫，謹(jǐn)嚴(yán)而不失法度，而善書者之書正如文人的寫意，別有風(fēng)致。C．蘇東坡天分高，修養(yǎng)深，意造的書畫自有天然之趣，但率先破法，放任不羈，成為后世不守法度的借口。D．一味從心所欲做事是不可取的，但寫字的人如能做到“從心所欲不逾矩”，卻能達(dá)到最高的境界。17．書家和善書者的區(qū)別體現(xiàn)在哪些方面？請(qǐng)簡(jiǎn)要概括。（6分）七、現(xiàn)代文閱讀（三）（12分）閱讀下面的作品，完成18~20題。天津的開合橋茅以升開合橋就是可開可合的橋，合時(shí)橋上走車，開時(shí)橋下行船，一開一合，水陸兩便，是一種很經(jīng)濟(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)。但在我國(guó)，這種橋造得很少，直到現(xiàn)在，幾乎全國(guó)的開合橋都集中在天津，這不能不算是天津的一種“特產(chǎn)”。南運(yùn)河上有金華橋，于牙河上有西河橋，海河上有全鋼橋、全湯橋、解放橋。這些都是開合橋。為什么天津有這樣多的開合橋呢？對(duì)陸上交通說，過河有橋，當(dāng)然是再好沒有了。但是河上要行船，有了橋，不但航道受限制，而且船有一定高度，如果橋的高度不變，水漲船高，就可能過不了橋。要保證船能過橋，就要在橋下預(yù)留一個(gè)最小限度的空間高度，雖在大水時(shí)期，仍然能讓最高的船通行無阻。這個(gè)最小限度的空間高度，名為“凈空”，要等于河上航行的船的可能最大高度。根據(jù)河流在洪水時(shí)期的水位，加上凈空，就定出橋面高出兩岸的高度。如果河水漲落差距特別大，如同天津的河流一樣，那么，這橋面的高度就很驚人了。橋面一高，就要在橋面和地面之間造一座有坡度的“引橋”，引橋不僅增加了橋梁的造價(jià)，而且對(duì)兩旁的房屋建筑非常不利。這在城市規(guī)劃上成了不易解決的問題。這便是水陸文通之同的一個(gè)矛盾。為了陸上交通，就要有正橋過河，而正橋就妨礙了水上交通；為了水上交通，就要有兩岸的引橋，而引橋又妨礙了陸上交通，因?yàn)樯弦龢虻能囕v有的是要繞道而行的，而引橋兩旁的房屋也是不易相互往來的。在都市里，除非長(zhǎng)度有限，影響不大的以外，引橋總是一種障礙物，應(yīng)當(dāng)設(shè)法消除。開合橋就是消除引橋的一種橋梁結(jié)構(gòu)。天津開河橋多，就是這個(gè)原因。開合橋的種類很多，一種是“平旋橋”，把兩孔橋聯(lián)在一起，在兩孔之間的橋墩上，安裝機(jī)器，使這兩孔橋圍繞這橋墩在水面上旋轉(zhuǎn)九十度，與橋的原來位置垂直，讓出兩孔航道，上下無阻地好過船。一種“升降橋”，在一孔橋的兩邊橋墩上，各立塔架，安裝機(jī)器，使這一孔橋能在塔架間升降，就像電梯一樣，橋孔升高時(shí)，下面就可以過船了。一種是“吊旋橋”，把一孔橋分為兩葉，每葉以橋墩支座為中心，用機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)，使其臨空一頭，逐漸吊起，高離水面，這樣兩葉同時(shí)展開，就可讓出中間通道，以便行船。一是“推移橋”把一孔橋用機(jī)器沿著水平面拖動(dòng)，好像拉抽屜是一樣，以使讓出河道行船。開合橋橋面不必高出地面，不用引橋，但開時(shí)不能走車，合時(shí)不能通船，水陸交通不可同時(shí)進(jìn)行。特別是，橋在開合的過程中，既非全開，又非全合，于是在這一段時(shí)間里，水陸都不能通行，這在運(yùn)輸繁忙的都市，如何能容許呢？因此，在橋梁史上，開合橋雖曾風(fēng)行一時(shí)，但在近數(shù)十年來，就日益減少了。那么，開合橋怎樣才能更好地服務(wù)呢？應(yīng)當(dāng)說，有幾種改進(jìn)的可能：一是將橋身減輕，改用新材料，使它容易開動(dòng)；二是強(qiáng)化橋上的機(jī)器，提高效率，大大縮減開橋合橋的時(shí)間；三是利用電子儀器，使橋的開合自動(dòng)化，以期達(dá)到每次開橋時(shí)間不超過3分鐘，如同十字道口的錯(cuò)車時(shí)間一樣。這些都不是幻想，也許在不久的將來就會(huì)實(shí)現(xiàn)。（有刪改）18．下列對(duì)文中“引橋”的理解，不正確的一項(xiàng)（3分）A．引橋是建造在河的兩岸有一定坡度的橋，其作用是引導(dǎo)車輛駛上正橋。B．在設(shè)計(jì)引橋時(shí)，需要綜合考慮空間高度、橋梁造價(jià)、城市規(guī)劃等因素。C．引橋方便了水上交通，但會(huì)妨礙陸上交通，因?yàn)樯弦龢虻能囕v必須繞道。D．在都市里，長(zhǎng)度過長(zhǎng)、影響太大的引橋是一種障礙物，應(yīng)該設(shè)法消除。19．下列對(duì)原文內(nèi)容的概括和分析，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．開合橋成為天津的“特產(chǎn)”，與天津河流水位漲落差距特別大密切相關(guān)。B．建橋時(shí)，正橋橋面高出兩岸的高度等于河流平時(shí)的