交流伺服電機交流電機控制策略大略。

時間：2019-08-13 13:17

      我們說交流電機主要有兩大類：異步電機和同步電機。

      其中異步電機又稱感應(yīng)電機，它的轉(zhuǎn)子運動速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場的運動速度不同步而得此名號。異步電機結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，運行比較安全可靠，容易安裝傳感器和反饋裝置，轉(zhuǎn)矩脈動比較小。因此，在生產(chǎn)和生活中得到廣泛的應(yīng)用。

      但它同時也存在：調(diào)速特性較差，難以實現(xiàn)平滑的調(diào)速，功率因素較低等缺點。

      同步電機因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度相同而得此名。而在同步電機中，工業(yè)和生活中應(yīng)用的最多的就是永磁同步電機。原因主要有3方面：

      我國是資源大國，擁有豐富的磁鐵礦和稀土礦。而且掌握了先進(jìn)的永磁材料煉制技術(shù)?！镔|(zhì)基礎(chǔ)。
      永磁同步電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，所以不需要外加勵磁系統(tǒng)，為運行帶來了方便。而且轉(zhuǎn)矩阻尼效應(yīng)大，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)性比較好，運行時功率因素比異步電機要高。
     ——內(nèi)部原因

      3.針對永磁同步電機的控制策略越來越成熟。

     ——外部原因

      故而，永磁同步電機的相關(guān)研究和應(yīng)用如火如荼。

      隨著交流伺服電機的應(yīng)用日漸廣泛，對交流伺服電機控制策略的研究的重要性也不斷提高。作為一個電機控制的小白，從宏觀上去了解一下它的主要類別還是有必要的。交流伺服電機的控制策略大概可以分為以下幾類：

一、基于電機穩(wěn)態(tài)的控制策略

      比較有代表性的就是恒壓頻比控制。它忽略了控制變量的相位，只關(guān)注他們的幅值，而且其反饋量和輸入量之間的比值為直流量，本質(zhì)上是一種標(biāo)量控制方法。

      它具有操作簡易，投入成本低，實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。但同時也不可避免的存在動態(tài)性能差，低速時轉(zhuǎn)矩響應(yīng)低，參數(shù)設(shè)計難，沒有解決非線性、多變量的問題等缺點。因此，不能用在高精度要求的場合上，也就是說只能用于如風(fēng)機、水泵機這一類對控制精度要求不高的電機上。

二、基于電機動態(tài)的控制策略

      比較有代表性的就是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制

      1.矢量控制方法的基本思想就是對電機的參數(shù)進(jìn)行解耦，分別對電機的磁鏈和電流進(jìn)行獨立的控制。

      具體實現(xiàn)方式是把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場作為參考系，將定子電流分解成與轉(zhuǎn)子同向的分量，即直軸分量和與轉(zhuǎn)子正交的分量，即交軸分量。從而來消除了電機轉(zhuǎn)子和定子之間的互感的影響，成功解耦。然后分別獨立對兩個分量進(jìn)行控制，達(dá)到動態(tài)控制電機速度的目的。

      究其實質(zhì)，就是將復(fù)雜的交流電機控制通過坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換變成直流電機的控制。但是，因為要實現(xiàn)這種控制方法，就必須在系統(tǒng)中增設(shè)位置傳感器，觀測轉(zhuǎn)子的實時位置。這樣就是的成本增加，而且加大了操作難度。另一方面，由于坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)換，增加了大量的運算，降低了效率，帶來了諸多不便。

      2.直接轉(zhuǎn)矩控制（direct torque control，簡稱DTC）1985年，德國魯爾大學(xué)的Depenbrock教授和日本的Takahashi教授提出了直接轉(zhuǎn)矩控制這一控制策略。這一控制策略并沒有繼承前人提出的矢量控制策略的解耦思想，而是另辟蹊徑，把轉(zhuǎn)矩作為被控量（電機控制的本質(zhì)就是控制轉(zhuǎn)矩），直接對電機進(jìn)行控制。

      3.反饋線性控制，反饋線性控制主要分為兩類：第一類是微分幾何反饋線性控制；第二類是動態(tài)逆控制，又稱直接反饋線性控制。這兩種方法都是針對解決非線性問題而提出的。微分幾何反饋線性法因為要將問題轉(zhuǎn)換到幾何域里，比較抽象，在實際應(yīng)用中不如物理概念清晰的動態(tài)逆控制法。

      4.自適應(yīng)控制，自適應(yīng)控制能根據(jù)電機的運行情況不斷提取實時參數(shù)，然后根據(jù)新的參數(shù)合理地修改控制策略。這樣，有利于加強動態(tài)性能。自適應(yīng)控制主要包括模型自適應(yīng)、參數(shù)自適應(yīng)和非線性自適應(yīng)。這種控制方式的不足在于當(dāng)電機的運行狀態(tài)變化太快的時候，無法很好地跟蹤其參數(shù)，提取的結(jié)果與實際結(jié)果誤差較大，導(dǎo)致修改后的控制策略不合理。另一方面，由于電機模型的復(fù)雜性，導(dǎo)致運算時間過長，降低了控制的效率。但這一不足隨著微處理器的不斷更新?lián)Q代，得以克服。

三、不依賴對象的數(shù)學(xué)模型的控制策略

      模糊控制：模糊控制是利用模糊集合制造出模糊性和不確定性，從而模仿在實際控制過程中的人手操作。模糊控制主要包括三部分：分別是精確量的模糊化，模糊推理和模糊判斷。

      早期的模糊控制沒有加入積分環(huán)節(jié)，雖然控制的魯棒性有所加強，但同時在帶負(fù)載時出現(xiàn)了較大的靜態(tài)誤差。經(jīng)改進(jìn)后，如今的模糊控制已經(jīng)有了積分效應(yīng)，能做到無靜態(tài)誤差控制。但是，如果單靠模糊控制，特別是在控制精度要求高的場合，得到的效果不是很好。所以，模糊控制一般與其他的控制策略相配合使用。

      神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的新型控制策略，它是智能控制的一個分支。它是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和自動控制理論結(jié)合起來的產(chǎn)物。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)像人一樣，擁有學(xué)習(xí)和記憶能力。在電機的控制上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是觀測估算電機的磁鏈和轉(zhuǎn)速，并作出自適應(yīng)調(diào)整。但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種比較新的控制策略，所以技術(shù)還不是很成熟，有時會導(dǎo)致估算值出現(xiàn)很大的誤差或者系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。

      這里只是簡單的從原理和優(yōu)缺點上提了一下這些控制策略，比較淺顯，專家輕拍。假如想要進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容更深入的研究和學(xué)習(xí)，就得研究生同志們努力了。不管是SIMULINK仿真也好，寫C代碼燒到板子里調(diào)試也罷，評價一個控制策略的好壞，不是看起來公式有多么的復(fù)雜，仿真起來多么的高端，關(guān)鍵還是其“實用性”。我上面提到的有些控制方法也只適合寫寫論文，評評職稱了。

      
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