交流拖动作业1精选.docx

作业1：查找、总结异步电机与同步电机(永磁式和绕线式)的控制原理、应用领域和研究热点一、异步电机1、控制原理1）工作原理：三相交流异步电动机工作原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。2）控制方式：传统的异步电机变压变频调速系统的控制量是交流电动机的定子电压幅值和频率，只能按电动机稳态运行规律进行控制，不能任意控制定子磁通和转子磁通矢量大小和位置，所以输出的电磁转矩只能按稳态规律变化，动态性能差，系统的响应慢。采用矢量或者直接转矩控制技术的异步电动机可以像直流电动机一样进行控制，从而大幅度提高交流电机的动态性能和使用范围。通过对异步电动机数学方程进行解耦，从而对异步电动机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，在空间磁场中根据控制的动态要求，计算出满足要求的电流或电压矢量，电动机的电磁转矩可以瞬时变化，不受控制规律的影响，这样就大大方便高精度的控制技术现实。以下是几种常用的异步电动机控制方法及其原理。①矢量控制技术在异步电动机中，定子电流不但建立旋转磁场，也建立了电动机的电磁转矩。假如能将定子电流的总效应等效两个虚拟的彼此垂直的直流分量，一个控制转子磁链，另一个控制电磁转矩，那么对异步电动机的控制就如同对直流电动机的控制一样简单了。矢量控制正是基于这一想法而提出的。矢量控制根据矢量变换理论，采用按转子磁场方向定向，把定子电流矢量分解为在同步旋转坐标系中的两个互相垂直的励磁电流分量与转矩电流分量，实现了定子电流励磁分量与转矩分量的解耦；通过控制转子磁链幅值保持恒定不变，实现了转矩的线性化处理，得到了与他励直流电动机一样的线性机械特性。异步电动机经过矢量变换控制后获得了与他励直流电动机一样的控制特性，采用矢量控制技术的交流传动系统的动、静态性能达到了直流双闭环传动系统的水平。实现矢量控制的关键是要解决沿转子磁场定向的问题，即MT同步旋转坐标M轴要沿转子磁场方向定向。直接磁场定向控制需要获得电机转子磁链的知识，一般采用磁链反馈控制方式。电机转子磁链可直接检测，或用磁链观测器得到。②直接转矩控制直接转矩控制系统是继矢量控制系统后的又一种高动态性能的交流传动控统。其特点是在静止的两相坐标系中控制定子磁链幅值基本保持恒定并实现转矩反馈控制。其核心问题是转矩和定子磁链反馈模型，以及如何根据转矩和磁链控制信号来选择电压空间矢量控制器的开关状态。直接转矩控制磁场定向所采用的是定子磁链，只要知道定子电阻就可以把它观测出来，因此直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题;而且直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，控制电机的磁链和转矩，不需要为解祸而简化交流电机数学模型，即省掉矢量旋转变化等复杂的变换和计算。但是其缺点是:输出转矩有脉动，低速性能较差，限制了系统的调速范围。③自适应控制 具有固定的控制器参数的线性控制系统利用经典设计理论可以较容易的实现。理想状态下，矢量控制的交流传动系统可以认为是线性的，就像直流电机传动系统一样。但是在实际的工业应用中，控制对象参数很少保持不变，另外负载转矩也变动，而且结果系统性能可能恶化，在极端情况下引起不稳定，这个问题能够用自适应控制技术来解决。因此，能够克服参数变化影响的各种自适应控制便成为研究工作的重要课题。主要的自适应控制有自校正控制、模型参考自适应控制、滑模变结构控制、专家系统、模糊控制、神经网络控制等。④无速度传感器高动态性能控制 高精度、高分辨率的速度和位置传感器价格昂贵，而且在恶劣环境下无法使用。为了克服这个缺点，无速度传感器控制技术的研究进展很快。无速度传感器控制技术的核心问题是如何获取电机的旋转速度，解决的出发点是利用容易测量到的定子电流、定子电压量推算出速度或估计出速度，常用的方法有：利用电机模型计算转差频率，进行补偿。(2)利用电机模型推导出转速方程式，从而计算转速。(3)根据模型参考自适应控制理论，选择合适的参考模型和可调模型，利用自适应算法辩识转速，或者同时辩识转子磁链和转子转速。(4)利用增广卡尔曼滤波方法。(5)利用电机的齿谐波电势计算转速。(6)利用滑模变结构控制，同时辨识转子磁链和转子转速。目前，已有若干品种的无速度矢 量控制变频器问世，但是电机参数变化问题，当电动机接近零速情况下速度的正确估算，仍需要进一步研究。⑤基于人工智能的异步电动机控制 在经典和各种近代