现代控制理论 样本.doc 全文免费在线阅读

  本文关键词：现代控制理论，，由笔耕文化传播整理发布。

文档介绍：
课程(论文)题目: 现代控制理论在电机控制中的应用现代控制理论在电机控制中的应用摘要新技术的发展给电机控制行业带来了新的发展机遇,从控制理论的发展、电力电子技术的发展以及计算机技术在控制领域的应用等方面,结合目前的现状,介绍国内外这些领域内的最新的进展。尤其是专用集成电路、 DSP 和 FPGA 近年来令人瞩目的发展, 给电机控制系统带来新的契机。关键词: 电机控制;现代控制理论;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 现代控制理论在电机控制上的发展现状: 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正在向实现无传感器控制方向发展,但是无传感器控制技术总体上还处于研究和开发阶段,只在部分产品上开始实用化。进一步加大和拓宽无传感器控制技术的应用,还有许多理论和技术问题需要解决。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。 2 三相感应电动机的矢量控制 2.1 、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 ABC 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。 2.2 、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,确定单轴线圈有效匝数为每相绕组有效匝数的倍,于是可以得出同理,有式中,是转子实际电流,是以静止轴系 ABC 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。 2.3 、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在电动机矢量控制中,一般是通过控制三个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 2.4 、定、转子磁链空间矢量由电工理论可知所以,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而以 ABC 轴系表示的转子磁链空间矢量为 3 永磁电动机矢量控制 3.1 、矢量控制在三相感应电动机转子磁通矢量控制中,是通过控制同步旋转 MT 轴系中的两个坐标矢量 iM 和 iT 来控制 is 的幅值和相位,为了能独立地控制励磁分量和转矩分量,就要先观测转子磁场轴线位置,然后使 M轴与转子磁场取得一致,即进行磁场定向。在 PMSM 中,同样可以通过控制同步旋转 dq 轴系中的两个坐标分量 id和 iq 来控制 is 的幅值和相位。由于 PMSM 的转子磁极在物理上是可观测的,因此可通过传感器直接检测到轴线位置,这要比观测感应电动机内的转子磁场容易得多。所以, PMSM 的矢量控制要比感应电动机容易实现。 3.2 、面装式 PMSM 矢量控制系统由于计算机技术的发展,特别是数字信号处理器( DSP )的广泛应用,加之传感技术或无传感器控制技术以及现代控制理论的日渐成熟,使得交流电动机矢量控制不仅理论上更加完善,而且实用化程度也越来越高。可以说,目前在高性能交流伺服驱动系统中,基本都采用矢量控制技术。当采用具有快速电流控制环的 PWM 逆变器时,电流控制环应该能对电流指令的变化做出快速反应,使实际电流能够严格地跟踪指令电流。但是当某些电流控制方法使逆变器达不到这种要求时,实际定子电流矢量就不能理想地跟踪参考定子电流矢量。 3.3 、插入式和内装式 PMSM 矢量控制系统插入式和内装式的转子结构与面装式转子结构相比,由于永磁体是嵌入或内装在转子铁心内,在力学性能上就比较坚固可靠,可允许在更高的速度下运行。这种转子结构决定了电动机直轴同步电感 Ld 要小于交轴同步电感 Lq ,通常 Ld/L q 可达到 5 倍左右。磁阻转矩大小 Lq 和 Ld 有关。因此利用凸极效应可以获得较高的转矩/ 电流比,或者减少永磁体的体积,降低永磁体励磁

1

  本文关键词：现代控制理论，由笔耕文化传播整理发布。