原创 电机控制现状

传统的转速控制多用直流电动机，这是由于直流电动机可以通过改变电枢输入电压以及调节励磁电流实现无级调速。因为直流电机转矩与电枢电流和励磁磁通两者的乘积成正比，而且电枢电流和励磁磁通两者可以独立控制，动态性能好，所以在现代调速系统中仍然有一定的市场。但是直流电机存在着结构复杂，造价昂贵，机械换向器与电刷之间存在换向火花等问题，而且维修困难，尤其不适应在恶劣的环境中工作。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

交流电机具有结构简单，维护容易，价格便宜的优点，克服了电动机诸多机械方面的不足。但以前未得到大规模的应用，主要是调速的困难。随着现代科技的高度发展，现代电力技术、微电子技术、现代控制理论、微机控制技术等为交流电机调速提供了全新的理论和技术，使得可以与直流调速相媲美，并逐渐取而代之占据电力传动主导地位。

现代交流感应电机控制策略众多，常用的有如下几种：

（1）恒压频比控制与转差频率控制

要使电机的转速得到快速响应，必须有效地控制转矩。开环恒压频比控制只控制了电机的气隙磁通，而不能调节转矩，性能不高。转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩，但它依据只是稳态模型，并不能真正控制动态过程中的转矩，从而得不到很理想的动态控制性能。

   （2）矢量变换控制

矢量变换控制（Transvector Control）也称为磁场定向控制（Field-Oriented Control）.所谓矢量控制变换技术，就是经过一系列的矢量变换（对电压、电流、磁链等物理量），将感应电机数学模型变换至正交的旋转坐标系统中，并对各物理量的幅值和相位实现解耦。

为了保持转子磁场恒定的控制，必须观测转子磁场实现反馈控制，因此利用转子电压方程构成磁通观测器，由于转子参数（特别是电阻）受环境温度的影响较大，在一定程度上影响了系统的控制性能。目前有很多转子参数辨识的方法，实现实时补偿，提高了系统动态性能。

   （3）空间矢量调制控制

    空间矢量调制（Space Vector Modulation）控制技术是为了提高气隙磁场稳定性，减少谐波，优化功率控制器开关模型，降低开关损耗，根据定子磁场的运动规律，选择合适的基本电压空间矢量进行合成以产生其他所需的电压空间矢量。这种空间矢量调制方法产生的基波电压幅值要高于三角载波与正弦波比较实现的正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation,简称SPWM）产生的基波电压幅值，提高了电压的利用率。

   （4）直接转矩控制

    直接转矩控制（Direct Torque Control）是在1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授提出的新的交流电机控制理论。直接转矩控制是在定子坐标系统中计算磁通和电磁转矩的大小和位置角，通过磁通幅值和转矩的直接跟踪来实现高性能动态控制。由于磁链的幅值限制在较小的误差范围内，对转矩控制不会有大的影响，因此直接转矩控制方法对电机参数变化不敏感，与转子参数无关：同时，由于对电压空间矢量的优化控制，降低了逆变器的开关频率和开关损耗，提高了控制系统的效率。

   （5）智能控制

智能控制（Intelligent Control）系统主要根据人工智能理论，如模拟人脑物理模型的人工神经网络（Artifical Neural Network）、模拟人脑不确定思维或推理过程的模糊逻辑理论（Fuzzy Contrl Theory）等，更精确的模拟电机的非线性性，以此确定智能控制模型的输出量大小，进而确定功率控制开关模式。电机的智能控制系统算法极其复杂，需要具有高速、实时计算能力的微机或DSP芯片来实现，目前仍处于实验研究阶段，但智能控制系统将是电机控制的发展方向。

    随着电力电子技术、微电子技术和稀土永磁材料的飞速发展，高性能电机控制系统不断地更新，成本不断地降低，新型电机不断地出现，交流电机驱动正不断地取代直流电机控制系统。