现代交流电机控制技术基础分解

本文对目前交流电机变频调速控制系统流行的矢量控制（VC)和直接转矩控制（DTC)的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及无速度传感器控制进行了比较与探讨.自1971年德国西门子公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机矢量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机矢量控制得到了广泛地应用。

经过30年的产品开发和工程实践,矢量控制原理日趋完善，大大小小的交流电机变频调速控制系统大多采用矢量控制,使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。

1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换矢量控制的另外一种交流电机调速控制原理—直接转矩控制（直接转矩控制（DTC)是一种革命性的电机控制方法,无需使用脉冲编码器从电机轴端反馈的信息，就能精确控制电机转速和转矩。

在DTC中,定子磁通量及转矩为主要的控制变量.电机状态的计算在先进的电机软件模型中通过高速数字信号处理器每秒更新40,000次（即,每25微秒更新一次）.由于对电机状态进行持续更新并进行实际值与给定值之间的比较，逆变器的每次开关都是单独确定的。

)DTC原理具有不同于VC的鲜明特点:·不需要旋转坐标变换，有静止坐标系上控制转矩和磁链（磁通是就磁路来说的。

在磁路上做一个假想面,所有磁力线均穿过这个面一次，磁力线总数即穿过这个面的磁通.磁链是就回路来说的.导线构成的闭合回路是一个面，磁力线穿过这个面的总数即磁链。

对单圈导线构成的回路,磁通和磁链相等，但对多圈(绕组)来说,磁力线可能穿过导线面多次。

）·采用砰—砰控制(在工程领域中，最为常见的一种综合控制形式是所谓的砰—砰控制。

在这类控制形式中,根据系统的运动状况，最优控制*的各个控制变量在整个过程中分段地取为容许控制范围的正最大值或负最大值。

砰—砰控制的原理是把最优控制问题归结为：将状态空间划分为两个区域，一个区域对应于控制变量取正最大值，另一个区域对应于控制变量取负最大值。

第一章机电设备的发展与分类第一节机电设备的发展机电设备广泛用于国民经济各行业。

机电设备的技术水平，在一定程度上反映了国家工业生产的水平和能力。

所以，采用先进的机电设备，管好、用好机电设备,对提高企业效益，促进国民经济的发展都起着十分重要的作用。

一、机电设备的发展过程机电设备是随着科学技术的发展而不断发展的。

传统的机电设备是以机械技术和电气技术应用为主的设备。

例如,普通机床，其运动的传递、运动速度的变换主要是由机械机构来实现的,而运动的控制则是由开关、接触器、继电器等电器构成的电气系统来实现的,这里的“机”、“电”分别构成各自独立的系统,两者的“融合性”很差，这是传统机电设备的共同特点.虽然,传统的机电设备也能实现自动化，但是自动化程度低，功能有限，耗材多，能耗大，设备的工作效率低，性能水平不高。

为了提高机电设备的自动化程度和性能，从20 世纪60 年代开始，人们自觉或不自觉地将机械技术与电子技术结合，以改善机械产品的性能，结果出现了许多性能优良的机电产品或设备。

到了20 世纪70、80 年代，微电子技术获得了惊人的发展，各种功能的大规模集成电路不断涌现,导致计算机与信息技术广泛使用。

这时人们自觉、主动地利用微电子技术的成果，开发新的机电产品或设备，使得机电产品或设备的发展发生了脱胎换骨的变化，机电产品或设备不再是简单的“机”和“电”相加，而是成为集机械技术、控制技术、计算机与信息技术等为一体的全新技术产品。

到了20 世纪90 年代，这种机电一体化技术迅猛发展,时至今日,机电一体化产品或设备已经透渗到国民经济和社会生活的各个领域。

二、现代机电设备的特点现代机电设备，如电动缝纫机、电子调速器、自动取款机、自动售票机、自动售货机、自动分检机、自动导航装置、数控机床、自动生产线、工业机器人、智能机器人等都是应用机电一体化技术为主的设备。

与传统机电设备相比，现代机电设备具有以下特点：1、体积小,重量轻机电一体化技术使原有的机械结构大大简化，如电动缝纫机的针脚花样主要是由一块单片集成电路来控制的，而老式缝纫机的针脚花样是由350 个零件构成的机械装置控制的.机械结构的简化,使设备的结构减小，重量减轻,用材减少。

现代电机控制技术
现代电机控制技术是电力驱动的系统的核心部分，能够满足现代电机多种要求。

由于发展迅速，越来越多的机械设备被自动化，越来越依赖电机的控制，电机的控制技术有着极其重要的作用。

本文主要介绍现代电机控制技术的基础：
1. 马达控制原理：马达控制通过电源和传动系统来控制电机，由于电源传输的能量可以控制电机驱动的机械元件，所以可以控制机械设备的运动状态。

2. 机器控制内容：机器控制是采用数字化电机控制系统来控制机械设备的运动状态。

它是将电机的控制信号与机器设备的动作联系起来，使机械设备可以根据电源传输的能量实现控制。

3. 电力控制：电力控制是指在指定的电流或功率中对电机进行控制，以实现特定的动作。

它通常是指根据电机控制信号调整电机输出参数，实现电机控制的能力。

4. 电源信号控制：电源信号控制是指用电源传输的信号来控制电机的运动状态，可以实现电机的高精度控制。

综上所述，现代电机控制技术已经发展得相当成熟，取得了很大的成就，它深刻地改变了机械设备的结构，并有效地提升了机械设备的性能，为各种机械设备的自动化提供了有力的支持。

交流伺服电机的控制研究摘要：随着科学技术的不断发展和计算机技术的不断进步，以及现代控制理论的不断创新，交流伺服系统作为现代主力驱动设备，在机器人、数控机床和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用，是现代化工业生产不可或缺的一部分。

因此对于电机控制的要求也越来越严格和多样。

本文以交流伺服电机的控制为题，简单介绍几种电机控制的方法。

关键词：交流伺服电机；矢量控制；永磁同步电机；直接转矩控制0 前言交流伺服电机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf 上;另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。

所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机[1]。

20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。

交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。

90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。

交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。

1 交流伺服系统的现状与发展方向1.1 交流伺服控制系统的现状伺服控制系统虽然应用已久，大量应用于结构简单的直流电机，在结构复杂的交流电机应用中还无法达到人们理想的效果，使得应用受到限制。

由于直流电机控制简单，长期应用于各种领域。

直到年，德国西门子工程师提出了矢量控制方法，将交流电机解耦后再控制，使交流电机能够和直流电机的控制性能有极高的相似之处，解决了长期阻碍交流电机发展的控制问题。

交流电机冰开始广泛在伺服控制领域应用起来，未来必将取代直流电机，在伺服控制领域中占主导地位。

由于各项相关技术理论的进一步完善，应用不断深入，验证了交流伺服系统的稳定性。

发达国家的电器公司在伺服控制领域，直流电机已经由交流电机完全代替。

交流电机的控制技术与应用电机是现代工业中最为常见的动力装置之一，广泛应用于各个领域，如制造业、交通运输、能源等。

而交流电机作为电机的一种，具有结构简单、运行可靠、效率高等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。

本文将重点探讨交流电机的控制技术与应用。

1. 交流电机的基本原理交流电机是利用交流电流产生的旋转磁场与电机中的磁场相互作用，从而产生转矩，驱动电机旋转。

交流电机的基本原理可以归纳为两个方面：电磁感应原理和洛伦兹力原理。

电磁感应原理指的是当交流电通过电机绕组时，产生的磁场与电机中的磁场相互作用，产生转矩。

洛伦兹力原理指的是当电机绕组中的电流与磁场相互作用时，会产生力矩，使电机旋转。

2. 交流电机的控制技术交流电机的控制技术主要包括转速控制、转矩控制和位置控制三个方面。

2.1 转速控制转速控制是指通过改变电机输入电压的频率和幅值，来控制电机的转速。

常用的转速控制方法有电压调制控制、频率调制控制和矢量控制等。

其中，电压调制控制是最为常用的方法，通过改变电压的幅值来控制电机的转速。

频率调制控制则是通过改变电压的频率来控制电机的转速。

而矢量控制则是综合了电压调制和频率调制的优点，可以实现更精确的转速控制。

2.2 转矩控制转矩控制是指通过改变电机输入电压和电流的幅值和相位，来控制电机的输出转矩。

常用的转矩控制方法有直接转矩控制和感应电机转矩控制等。

直接转矩控制是一种基于电流反馈的控制方法，通过测量电机电流来实现对转矩的控制。

感应电机转矩控制则是一种基于转子电流的控制方法，通过测量电机转子电流来实现对转矩的控制。

2.3 位置控制位置控制是指通过改变电机输入信号的频率和幅值，来控制电机的位置。

常用的位置控制方法有开环控制和闭环控制等。

开环控制是一种基于输入信号的预设值来控制电机位置的方法，但由于外界干扰和内部参数变化等因素的影响，其控制精度较低。

闭环控制则是一种基于位置反馈的控制方法，通过测量电机位置来实现对位置的控制，具有较高的控制精度。

1.机电能量转换：dt时间内磁能的变化d% =%dj +约由B + i A i B[dL AB（e r）/de r]dd r，由绕组A和B中变压器电动势从电源所吸收的全部电能加之运动电动势从电源所吸收电能的一半所组成；由运动电动势吸收的另外一半电能成为转换功率，成为机械功率。

产生感应电动势是耦合场从电源吸收电能的必要条件，产生运动电动势是通过耦合场实现机电能量转换的关键。

转子在耦合场中运动产生电磁转矩，运动电动势和电磁转矩构成一对机电耦合项，是机电能量转换的核心部分。

2.磁阻转矩：t=-0.5（L^-LJi2sin26r。

当转子凸极轴线与定子绕组轴线重合，此时气隙磁导最大，定义ea q & 丁此时定子绕组的自感为直轴电感L d；当转子交轴与定子绕组轴线重合，此时气隙磁导最小，定义此时定子绕组的自感为交轴电感％；因此在转子旋转过程中，定子绕组的自感将发生变化。

由于转子运动使气隙磁导发生变化而产生的电磁转矩称为磁阻转矩。

转子励磁产生的电磁转矩称为励磁转矩。

3.直流电机电磁转矩：主磁极基波磁场轴线定义为d （直）轴，d轴反时针旋转90。

定义为q （交）轴。

直流电动机的电枢绕组又称为换向器绕组，其特征：电枢绕组本来是旋转的，但在电刷和换向器的作用下，电枢绕组产生的基波磁场轴线在空间却固定不动。

在动态分析中，常将换向器绕组等效为一个单线圈，若电刷放在几何中性线上，单线圈的轴线就被限定在q轴，称为q轴线圈。

因q轴磁场在空间是固定的，当q轴磁场变化时会在电枢绕组内感生变压器电动势；同时它又在旋转，在d轴励磁磁场作用下，还会产生运动电动势，q轴线圈为能表示出换向器绕组这种产生运动电动势的效应，它应该也是旋转的。

这种实际旋转而在空间产生的磁场却静止不动的线圈具有伪静止特性，称为伪静止线圈，它完全反映了换向器绕组的特征，可以由其等效和代替实际的换向器绕组。

电磁转矩Q =，控制i/不变，改变勿即改变Q，线性控制良好。

机电控制技术基础机电控制技术基础机电控制技术是现代工程领域中基本的技术之一，它使用多种技术如机械、电子、计算机和控制论等控制方法，综合利用这些技术来实现机械设备系统的自动化控制。

机电控制技术在工业生产、生活服务等领域中应用广泛，对于提高生产效率、降低成本、提高安全系数等方面都起到了至关重要的作用。

因此，本文将从机电控制技术的基础方面入手，介绍以下内容：机电系统概述、传感器、电机、电器元件、控制器及其应用。

一、机电系统概述机电控制技术是一种机电一体化的技术，它主要应用在工业领域中。

它的核心工作是将电气控制系统和机械设备整合在一起，形成一个相互作用的系统，然后通过合理地制定控制策略，实现对机械设备的自动化控制。

机电系统通常由以下三部分组成：1. 机械结构部分：包括设备的传动装置、支撑结构和形体结构。

机械结构部分是机电系统的基础之一。

2. 电气部分：包括设备的电气系统、电气元件和电路。

电气部分是机电系统的控制核心。

3. 控制器：用于控制机械和电气部分，实现对机械设备的自动化控制。

二、传感器传感器是一种能够将检测到的物理量转换成电信号输出的设备。

常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、光传感器、压力传感器、电流传感器等。

传感器可以将物理参数转换成电信号，然后将这些信号送到微处理器或控制器中进行计算和判断，控制设备的运转、维护和调试。

传感器是机电系统中不可或缺的部分，与机电系统中的电气部分紧密关联，有着重要的应用价值。

三、电机电机是机电系统中电气部分的核心元件，主要用于将电能转换成机械能。

常见的电机有直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机等。

电机的结构主要由转子（转动部分）和定子（不动部分）两部分构成。

在机械工程中，电机通常用作驱动力，从而实现各种机械设备的自动化运行。

四、电器元件电器元件是机电系统中的基础部分，其中包括了各种基本的电子元件、电容器、电感、二极管、三极管、场效应管等。

这些电器元件可以有效地控制电流和电压，使其达到合理的水平，并保证设备的安全运行。