现代运动控制要点.docx

交流电机高性能控制的本质是什么？为什么直流电机能自然地实现高性能控制而交流电机 不能？如何改造交流电机使之具有如同直流电机那样优良的调速性能？ 本质是实现交流电机励磁磁通（励磁电流）和电枢磁势（电枢电流）的解耦。直流电动机的 励磁磁通和电枢磁势在空间上垂直，且励磁电流和电枢电流分别在不同绕组当中，因此直流 电机是一个自然解耦系统，可实现磁场、电枢的解耦控制并且产生的转矩值最大，当磁通恒 定时，对电枢电流动态控制就能实现转矩的动态控制；交流电机磁通和电枢电流之间存在强 烈耦合，无法单一地对应控制，因此难以利用一般的调速方法对其进行转矩动态控制。通过 坐标变换，将交流电机变换成为一台旋转的等效直流电机，将复杂的矢量系统变换为简单的 标量系统，将矢量形的电机电分解成磁通电流和转矩电流两分量，像直流电机那样通过对两 解耦分量电流的间接调节，实现转矩的动态控制，从而获得如同直流电机的良好动、静态特 性。 什么是直接矢量变换控制？什么是间接矢量变换控制？详述直接矢量变换控制系统中如何 检测转子磁链（磁通）的空间位置？间接矢量变换控制中又是如何实现转子磁链（磁通） 空间位置的计算？特别是如何在动态中修正转子磁链（磁通）空间位置计算的准确性？ 直接矢量控制是指磁链检测式，作为M轴线的转子磁通矢量位置角通过磁通检测或磁通观 测器检测得到；间接矢量控制指转差频率控制式，转子磁通位置角由实测的转子位置角与转 差角相加求得。检测转子磁通空间位置有两种方法：直接检测法和间接检测法，直接检测法 采用诸如霍尔元件之类的磁传感器直接测量磁通，间接检测法利用测得的定子电压、电流， 根据电机数学模型进行计算构成磁通信号，实现从电机外部对内部磁通的观测。间接矢量控 制中，由电流转矩分量和转子磁链可获得转差角频率，与转子实测角频率相加，得到转子磁 通旋转角频率，然后经积分可得到空间位置角。 绘出转差频率控制系统框图，并对磁场定向过程进行解说，特别说清如何确保动态中转子 磁链（磁通）空间位置计算的准确性的具体做法。 磁场定向过程：由电流转矩分量和转子磁链可获得转差角频率，与转子实测角频率相加，得 到转子磁通旋转角频率，然后经积分可得到空间位置角。 具体做法：定子电流激磁电流和转矩电流在同步速旋转坐标系中KP变换得到定子电流相对 于转子磁通矢量空间位置角，其给定值8 *和实测值8的差值信号经角度调节器产生修正信 号，对给定值进行修正，经过修正的8角加转子磁通矢量位置角，获得了实际定子电流矢量 的真正空间位置。由于这种方法对瞬态过程中定子电流的初始相位进行了修正，所产生转矩 在时间上相对于一般转差频率控制提前一个转子回路时间常数，加快了系统响应的快速性。 采取了这种修正措施后，能及时准确地控制定子电流的切换，获得良好的动态性能。 ，稳态中以4=j（泌国将为咧空间位罟角进行磁场定向 ；动态中须保持转子磁链相位不变一侦修正转差角速度， /J I I 即以0=［（知一悠+冬忍尚 为阮空间位宵角进行磁场定向 if 永磁同步电机恒转矩运行区如何实现最大转矩/电流比控制？ 每个数值的电磁转矩都可由无数组id和iq来实现，在这无数组组合中必然存在一组数值使 得定子电流幅值为最小，即在dq坐标系中离原点最近，不同转矩下最小定子电流构成最小 定子电流轨迹，此轨迹上每一个定子电流都可产生最大转矩/电流比。根据最小电流分量与 最大转矩的关系，可得到id=f1(Te)和 iq=f2(Te)，根据给定的电磁转矩可以得到两个电流分 量的指令函数，利用矢量变换，可将其变换为ABC轴中的三相参考电流，从而实现恒转矩 运行区的最大转矩/电流比。 面装式的最大转矩/电流比轨迹为q轴，插入式或内置式的最大转矩/电流比轨迹为一曲线。 永磁同步电机弱磁控制的基本原理和控制方式？ 面装式一一电压极限圆，插入式/内置式一一电压极限椭圆(逆变器输出电压限制，转速增 加，椭圆变小) 电流极限圆(逆变器容量限制) 基速一一空载电动势达到定子电压极限值luslmax时转子的速度；转折速度是指恒转矩区域， 定子电流为额定值，定子电压达到极限值时的转子速度。面装式，二者基本相等。内置式和 插入式，转折速度略低于基值速度。 弱磁控制原理： 弱磁控制控制方式： r （最大括矩/电说比轨迹） —Z 卜 / “sniax （A点已达恒转矩控制的速度上限一一转折速度）当电动机运行于A点时，电流调节器已 处于饱和状态，使控制系统丧失了对定子电流的控制能力，定子电流不能跟随电流指令，只 能沿电压极限椭圆摆动，此时q轴指令电流限幅器减小iq指令电流，迫使指令电流回到电 压极限椭圆内，电流调节器恢复调节功能，定子电流再次跟随指令电流is*，于是is向左摆 动，Aid又趋向于0，直轴电流负反馈结束，此过程中交轴分量iq减小，直轴分量id增加， 转子