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矢量控制技术发展方向
矢量控制技术发展方向作者：张森蔚来源：《硅谷》2010年第05期摘要: 自1968年德国人发明矢量控制理论以来,迄今已有四十余年,产品开发也有20年左右历史,技术日趋成熟。
从1992年开始陆续有进口的矢量控制变频器进入国内市场,矢量控制变频器的知识含量高,体现在;一是应用自适应控制、模糊控制、人工神经网络控制等现代控制理论设计新的系统;二是新的功率器件层出不穷;三是最新微电子技术的采用十分普遍。
关键词: 自动化;矢量控制技术中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0310140-01目前世界上矢控技术的研究与产品开发方面,德国和日本处于领先地位。
我国学者早期发表文章时,常引用德国西门子公司和日本三菱电机公司中野孝良的有关文献。
矢量控制技术是德国人发明的,日本引进了德国理论,不过日本在产品开发上确实下了不少功夫。
1 矢量控制技术出现前电气传动控制的状况矢量控制的发明和发展对电力电子和交流调速都带来巨大的冲击,矢量控制的论文发表已30余年;但真正实用化不过20年左右历史。
自1957年美国通用电气(GE)公司发明SCR以来,以SCR整流器为电源的直流传动方式非常普及,可是直流调速存在如下缺点:1电动机容量、最高转速、环境条件受到限制。
2换向器、电刷维护不便。
人们在期望能弥补上述缺点的新型交流调速方案出现。
在1957年前后,由于快速SCR的出现,SCR变频调速的研究进展很快,并进入实用化阶段。
例如风机、水泵、传送带、轧钢辊道、纺织机、造纸机等生产设备上均能见到应用的例子。
特别是1973年发生石油危机时,社会上对变频调速的风机、水泵节能效果高的事实,评价很高。
销售量几乎达到和直流调速一样的水平。
但由于SCR易产生误触发而引起换相失败,造成短路,引起停机事故。
后来改用电流型逆变器,增加电流反馈闭环,保护短路的功能有所改善。
但总的来说,当时交流调速的技术水平不高。
处于有限调速范围内,外部几乎无干扰才能稳定运转的状态,它只是一种单纯的调速装置,在比较复杂的如轧钢机可逆传动方面尚不能应用。
矢量控制技术的原理与发展
矢量控制技术的原理与发展矢量控制技术是一种应用于电力系统的高级控制方法，被广泛用于实现电力系统的稳定运行和优化控制。
本文将介绍矢量控制技术的原理，并探讨其在电力系统中的发展前景。
一、矢量控制技术的原理矢量控制技术是一种基于矢量理论的控制方法，通过对电力系统中的电流和电压进行矢量分析和控制，实现系统的稳定运行和优化控制。
其原理可以归纳为以下几个方面：1. 矢量分析矢量控制技术通过对电力系统中的电流和电压进行矢量分析，将其表示为矢量的形式。
通过对矢量的运算和变换，可以得到电力系统中各个元件的状态和性能参数，为后续的控制提供依据。
2. 矢量控制矢量控制技术通过对电力系统中的电流和电压进行矢量控制，实现对系统的稳定和优化控制。
通过对电流和电压的控制，可以使电力系统中的各个元件达到预期的工作状态，提高系统的运行效率和可靠性。
3. 矢量变换矢量控制技术通过矢量变换的方法，将电力系统中的不同坐标系之间进行转换。
通过坐标系的转换，可以实现对电力系统中各个元件的状态和性能参数的准确描述和控制。
二、矢量控制技术的发展矢量控制技术在电力系统领域的应用日益广泛，并取得了显著的发展。
以下是矢量控制技术在电力系统中的主要发展趋势：1. 灵敏度分析矢量控制技术通过对电力系统中各个元件的灵敏度进行分析，实现对系统的故障和异常情况的快速响应和控制。
通过灵敏度分析，可以提前预测系统的故障风险，并采取相应的措施进行控制，从而提高系统的可靠性和稳定性。
2. 网络安全矢量控制技术在电力系统中的应用也面临着网络安全的挑战。
为了保证系统的安全运行，矢量控制技术需要加强对电力系统中的数据和信息的保护，防止黑客攻击和恶意操作对系统的影响。
3. 智能化控制随着人工智能和大数据技术的快速发展，矢量控制技术也将向智能化方向发展。
通过引入机器学习和人工智能算法，可以对电力系统中的数据进行深入分析和挖掘，实现对系统的快速调度和优化控制。
4. 新能源接入随着新能源的快速发展，矢量控制技术将在新能源接入方面发挥重要作用。
矢量控制技术
矢量控制技术矢量控制技术是一种基于数学算法的图形处理技术，它能够将图形对象转化为数学上的向量形式，并通过对向量的控制实现对图形的精细化操作。
矢量控制技术广泛应用于计算机图形学、动画制作、广告设计、工业设计等领域，成为了数字化时代中不可或缺的一部分。
一、矢量控制技术的基本原理1. 点、线和面在矢量控制技术中，点、线和面是最基本的图形元素。
点是二维空间中最简单的元素，用一个坐标来表示；线由两个点连接而成；面则由多个线段组成。
2. 点阵与矢量点阵和矢量是两种不同的表示图像方式。
点阵是将图像分割成一个个像素点来表示，每个像素点有自己的颜色值；而矢量则是将图像表示为若干个数学对象（如直线、曲线等），通过对这些对象进行变换来实现对图像的操作。
3. 坐标系在矢量控制技术中，坐标系用来描述二维或三维空间中各个点的位置。
常见的坐标系有笛卡尔坐标系、极坐标系等。
4. 矢量运算矢量控制技术中，常见的矢量运算包括平移、旋转、缩放等。
这些运算可以通过对矢量的坐标进行变换来实现。
二、矢量控制技术的应用领域1. 计算机图形学计算机图形学是矢量控制技术最主要的应用领域之一。
在计算机图形学中，矢量控制技术被广泛应用于三维建模、渲染、动画制作等方面。
2. 广告设计广告设计中，常常需要使用矢量控制技术来创建各种复杂的标志和图案。
通过对矢量对象进行变换和组合，可以创建出各种形态各异的图案。
3. 工业设计在工业设计中，矢量控制技术可以用来创建产品模型和原型。
通过对产品模型进行变换和操作，可以快速地生成多个不同版本的产品原型。
4. 印刷设计印刷设计中，矢量控制技术被广泛应用于文本排版和色彩管理方面。
通过使用矢量对象来表示文本和图形，可以保证印刷品的清晰度和质量。
三、矢量控制技术的发展趋势1. 三维矢量控制技术随着计算机图形学的发展，矢量控制技术也在不断地向三维方向拓展。
未来，三维矢量控制技术将成为计算机图形学中的重要组成部分。
2. 自动化矢量控制技术自动化矢量控制技术是一种新型的矢量控制技术，它可以通过机器学习和人工智能等方法来实现对矢量对象的自动化操作。
矢量数据的发展趋势
矢量数据的发展趋势
矢量数据的发展趋势主要表现在以下几个方面：
1. 数据量的增加：随着遥感技术的不断进步和数据获取方式的多样化，矢量数据的数量将会不断增加。
卫星、无人机、激光雷达等技术的应用使得大规模的矢量数据的生成变得更加容易和快速。
2. 数据质量的提高：随着新一代遥感与地理信息系统技术的不断发展，矢量数据的质量将会不断提高。
采集设备的精度提高、传感器技术的改进以及数据处理算法的优化，都有助于提高矢量数据的精度和准确性。
3. 数据格式的标准化：为了实现矢量数据的相互交换和共享，数据格式标准化已经成为矢量数据发展的一个重要趋势。
一些国际组织和标准制定机构已经开始制定和推广矢量数据的标准格式，以促进数据的互通互用。
4. 数据应用的拓展：矢量数据的应用范围也在不断扩大。
除了传统的地图制作、地理空间分析等领域，矢量数据在城市规划、环境保护、农业、交通运输等领域的应用也越来越广泛。
5. 数据可视化的创新：随着虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术的发展，矢量数据的可视化方式也将发生变革。
通过将矢量数据与虚拟世界结合，可以提供更加直观和交互性的数据展示和分析方式，提升用户体验和数据利用效率。
总之，矢量数据的发展趋势包括数据量的增加、数据质量的提高、格式标准化、应用拓展和可视化创新等方面，这些趋势将进一步推动矢量数据的广泛应用和发展。
矢量控制技术的现状与展望
矢量控制技术的现状与展望矢量控制技术的现状与展望● 矢量控制新技术磁通的快速控制：在直接磁场定向矢量控制异步电动机变频调速系统中，利用磁链预测值进行磁通快速控制的方法。
参数辨识和调节器自整定：基于模型参考自适应算法的一惯性系统及二惯性系统转动惯量参数的辨识方法。
非线性自抗扰控制器：在异步电动机系统的动态方程中，用自抗扰控制器取代经典PID控制器进行控制。
矩阵式变换器：一种适用于矩阵式变换器驱动异步电动机调速系统的组合控制策略，同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电动机的直接磁场定向矢量控制。
● 矢量控制技术的发展采用高速电动机控制专用DSP、嵌入式实时软件操作系统，开发更实用的转子磁场定向方法和精确的磁通观测器，使变频器获得高起动转矩、高过载能力，将是未来矢量控制技术的重要发展方向。
无速度传感器的交流异步电动机驱动系统和永磁电动机驱动系统控制也是开发热点之一。
永磁电动机驱动系统由于它的高效、高功率因数、高可靠性而得到越来越多的关注。
无刷电动机的无位置传感器控制和正弦波电流控制，在应用方面已趋成熟。
开关磁阻电动机在许多领域应用也取得了很多进展。
直接转矩控制技术的现状与展望● 直接转矩控制新技术直接转矩无差拍控制是基于离散化直接转矩控制系统提出来的一种控制方法。
无差拍控制可以在一个控制周期内，完全消除定子磁链模值和电磁转矩的动、静态误差，消除由于使用滞环比较器产生的转矩脉动，使电机可以运行在极低速下，扩大了调速范围。
转矩(磁链)跟踪预测控制方法认为磁链模值已经被准确控制或只发生缓慢地变化，没有考虑磁链模值的控制问题。
对磁链和转矩都进行了预测跟踪控制，控制效果明显优于单纯的转矩跟踪预测控制。
直接解耦控制(DDC)有两种方法，一种是预测直接解耦控制(P-DDC)，另一种是使用PI调节器的直接解耦控制(PI-DDC)。
PI-DDC控制方法具有很好的动、静态特性，能够在很大程度上消除转矩脉动，即使在极低速条件下，转矩脉动也非常小。
矢量控制在工业自动化生产中的作用与发展趋势
矢量控制在工业自动化生产中的作用与发展趋势自动化生产已经成为现代工业中的重要组成部分。
矢量控制作为一种先进的控制技术，在工业自动化生产中发挥着重要的作用。
本文将探讨矢量控制的概念、原理及其在工业自动化生产中的作用，并展望其未来的发展趋势。
一、矢量控制概述矢量控制是一种基于矢量量的控制方法，主要通过对多个电机的电流、转矩、速度和位置等参数进行精确控制，实现对机械系统的高性能运动控制。
相比于传统的标量控制方法，矢量控制具有更高的控制精度和动态性能，能够提高机械系统的运动平稳性和响应速度。
二、矢量控制的原理矢量控制的核心概念是对电机进行矢量分解，将电机的转子电流和磁通之间的关系表示为矢量形式，从而实现对电机的高精度控制。
通过精确控制电机的转子电流和磁通方向，可以实现对电机的转矩、速度和位置等参数的精确控制。
三、矢量控制在工业自动化生产中的作用1. 提高生产效率：矢量控制技术能够实现对电机的高精度控制，使得机械系统在工作过程中能够达到更高的运动精度和效率。
这可以大大提高生产效率，降低生产成本。
2. 提高产品质量：矢量控制技术能够实现对电机的精确控制，确保产品在生产过程中的准确度和一致性。
通过实时调整控制参数，可以降低产品的缺陷率，提高产品的质量稳定性。
3. 增强设备的适应性：矢量控制技术具有良好的适应性，能够应对不同工况下的需求变化。
通过改变控制策略和调整参数，可以实现对不同生产工艺和产品要求的快速适应。
4. 增加设备的可靠性：矢量控制技术将传感器等外部设备的信息融入到控制系统中，能够实现对设备状态的实时监测和故障诊断。
通过及时发现和处理故障，可以有效提高设备的可靠性和稳定性。
四、矢量控制的发展趋势1. 多轴联动：随着工业自动化生产的发展，越来越多的生产设备需要进行多轴联动控制。
未来的矢量控制技术将更加注重多轴间的协调控制，提高多轴联动的精度和效率。
2. 高性能化：未来的矢量控制技术将更加注重提高控制精度和动态性能。
矢量控制在风电变流器中的作用与发展趋势
矢量控制在风电变流器中的作用与发展趋势随着可再生能源的快速发展，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式正得到越来越广泛的应用。
风电变流器作为风力发电系统的核心组件之一，在风能的有效转换和电能的高效利用中起着关键作用。
本文将探讨矢量控制技术在风电变流器中的作用，并对其发展趋势进行分析。
一、矢量控制技术的作用1. 提高电能转换效率矢量控制技术通过实时监测电机的电流和转速等参数，精确地控制电机转子磁场的方向和大小，实现最佳匹配。
这样可以降低电机的损耗，提高电能转换效率。
在风电变流器中，矢量控制技术可以使风轮机械能高效转化为电能，提高整个风力发电系统的性能。
2. 提高系统的稳定性和响应速度矢量控制技术可以实现对电机的精确控制，使其运行更加稳定。
通过对电机转矩和速度的准确控制，可以降低系统中的振动和噪声，提高系统的稳定性。
同时，矢量控制技术具有快速响应的特点，可以在短时间内对电机的状态进行调整，适应系统的变化，提高系统的响应速度。
3. 提高系统的可靠性和可调节性矢量控制技术可以对电机的各种工作参数进行精确调节，使系统能够适应不同的工作条件和负载要求。
同时，矢量控制技术可以实现对电机的保护和故障检测，提高系统的可靠性。
在风电变流器中，矢量控制技术可以对电机的转子磁场进行动态调整，以适应风能的变化和电网的要求，提高系统的可调节性。
二、矢量控制技术的发展趋势1. 多级矢量控制技术的应用传统的风电变流器采用单级矢量控制技术，其输出电压和频率都是通过对IGBT开关管的控制来实现的。
然而，随着风力发电的规模不断扩大，传统的单级矢量控制技术在大功率应用中存在一些问题，如成本高、容量限制等。
因此，多级矢量控制技术作为一种新的解决方案被提出。
多级矢量控制技术通过将变换器拆分为多个级联的电路，实现对电压和频率的精确控制，从而在大功率应用中具有更好的性能和可靠性。
2. 智能化控制技术的应用随着物联网和人工智能等技术的迅速发展，风电变流器也逐渐向智能化方向发展。
矢量控制技术在电机控制中的发展趋势
矢量控制技术在电机控制中的发展趋势矢量控制技术是一种应用于电机控制领域的先进技术，它通过对电机磁场和电流进行准确的控制，以实现电机的高效运行和精准定位。
近年来，随着信息技术和电力电子技术的迅速发展，矢量控制技术在电机控制中的应用逐渐增多，并呈现出以下几个主要的发展趋势。
一、磁场定向控制技术的研究与应用磁场定向控制技术是矢量控制技术的核心内容，它通过精确地调节电机的磁场和电流，实现电机的高效运行。
随着电力电子技术和高级控制算法的不断发展，磁场定向控制技术在电机控制中的应用也日益广泛。
例如，磁场定向控制技术可以实现电机的高速响应和精确定位，大大提高了电机的运行效率和性能。
此外，随着磁场定向控制技术的不断发展，矢量控制技术在电机控制中的应用也将更加广泛。
二、无位置传感器矢量控制技术的研究与应用无位置传感器矢量控制技术是矢量控制技术的一个重要分支，它通过对电机电流和磁场进行准确的控制，实现电机的无位置传感器控制。
相对于传统的基于位置传感器的控制技术，无位置传感器矢量控制技术具有成本低、可靠性高等优点，因此在电机控制领域越来越受到关注。
未来，随着无位置传感器矢量控制技术研究的深入和发展，其在电机控制中的应用将越来越广泛。
三、矢量控制技术与人工智能技术的结合矢量控制技术和人工智能技术是两个不断发展的领域，它们的结合将为电机控制带来更大的突破。
例如，矢量控制技术可以通过结合人工智能技术实现电机的智能化控制，从而提高电机的运行效率和性能。
此外，矢量控制技术还可以通过结合人工智能技术实现电机故障的预测和诊断，提高电机的可靠性和可维护性。
因此，矢量控制技术与人工智能技术的结合将是电机控制领域未来的重要发展方向。
总结起来，矢量控制技术在电机控制中的发展趋势主要包括磁场定向控制技术的研究与应用、无位置传感器矢量控制技术的研究与应用以及矢量控制技术与人工智能技术的结合。
这些趋势的出现将进一步推动电机控制技术的发展，提高电机的运行效率和性能。
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矢量控制技术发展方向
目前世界上矢控技术的研究与产品开发方面, 德国和日本处于领先地位。
我国学者早期发表文章时, 常引用德国西门子公司和日本三菱电机公司中野孝良的有关文献。
矢量控制技术是德国人发明的,日本引进了德国理论, 不过日本在产品开发上确实下了不少功夫。
1矢量控制技术出现前电气传动控制的状况
矢量控制的发明和发展对电力电子和交流调速都带来巨大的冲击, 矢量控制的论文发表已30余年; 但真正实用化不过20年
左右历史。
自1957年美国通用电气（GE）公司发明SCF以来，以
SCR整流器为电源的直流传动方式非常普及,可是直流调速存在
如下缺点:1 电动机容量、最高转速、环境条件受到限制。
2 换向
器、电刷维护不便。
人们在期望能弥补上述缺点的新型交流调速方案出现。
在1957年前后，由于快速SCR勺出现,SCR变频调速的研究进展很快, 并进入实用化阶段。
例如风机、水泵、传送带、轧钢辊道、纺织机、造纸机等生产设备上均能见到应用勺例子。
特别是1973年发生石油危机时, 社会上对变频调速勺风机、水泵节能效果高勺事实, 评价很高。
销售量几乎达到和直流调速一样的水平。
但由于SCF易产生误触发而引起换相失败，造成短路, 引起停机事故。
后来改用电流型逆变器, 增加电流反馈闭环, 保护短路的功能有所改善。
但总的来说, 当时交流调速的技术水平不高。
处于有限调速范围内, 外部几乎无干扰才能稳定运转的状态它只是一种单纯的调速装置, 在比较复杂的如轧钢机可逆传动方面尚不能应用。
最初的变频调速是用开环恒定控制。
后来增加了电流环, 称它为转差频率控制, 改善了性能并已实用化。
但系统只是从稳态公式推导出的平均值控制,完全不考虑过渡过程。
这样一来,交流
调速系统的稳定性、起动及低速时的转矩动态响应与用瞬时值控制的直流调速相比就略逊一筹。
此外, 交流调速系统主回路由于采用半导体开关电路, 故转矩脉动、高次谐波、无功功率增大也成了问题。
在70 年代, 要说用交流电动机代替直流电动机几乎是没有人会相信的。
在此背景下, 人们当然会去努力探索更新的交流控制方案。
不管是SCR电压型还是电流型的逆变器,必须用换相电路。
用电容和电抗组成的换相电路, 存在体积大、重量重、换相时间长的缺点, 故希望开发出?不用换相电路的自励式逆变器。
1971年，器件生产厂做出高压GTR可用于线电压为200V的
系统。
这样，载波频率为3KHZ的PWM逆变器开始登场。
可以说，这是矢量控制研究的必经之路。
其后,又开发出GTR IGBT模块。
从此, 交流传动进入了伺服控制的高精领域。
选择器件为突破口,
无疑是正确的方向。
六七十年代，日本只在SCR电动机（无换向器电动机）方面领先, 电力电子技术方面几乎都是引进欧美的技术。
而德国在交流调速方面, 无论是研究还是开发, 一直处于领先地
位。
当时, 他们学术界在交流电动机理论、瞬时值解析、空间矢量等电动机特性与过渡过程响应的研究均很盛行。
在这种背景下,
发明矢量控制是不奇怪的。
2发明矢量控制的先驱者们
矢量控制在国际上一般多称为磁场定向控制, 亦即把磁场矢量的方向作为坐标轴的基准方向, 电动机电流矢量的大小、方向均用瞬时值来表示。
这个理论是1968 年首先由Darmstader 工科大学的Hasse博士发表。
1971年西门子公司的Blaschke又将这
种一般化的概念形成系统理论, 并以磁场定向控制的名称发表。
前者是在学会的论文杂志上发表; 而后者是公司研究成果, 故以专利的形式发表。
新控制方式出台后, 在理论的新意和实用前景方面是不容置疑的。
但由于硬件复杂和价格高等原因, 故实际应用还不多。
到
70年代中期为止, 它只在一些电动力检测设备上作传动用。
以后, 德国人又积极开展解决硬件和系统简化的研究。
例如,1980 年
Leonhard 为首的小组在应用微处理器的矢量控制的研究中取得进展,促进了矢量控制的实用化。
矢量控制的信息最早传到日本是1972 年, 由《富士时报》发表了Blachke 的译文。
1 975年前后陆续有研究论文发表和专利
申请,大学和研究机关着手又稍晚一点。
80 年代初, 日本厂家竞相研究矢量控制技术, 大家认为从理论上并不否认其优越性; 但
要形成产品必须从性能和价格两方面解决一些实际问题, 即:
1)进一步消化理论, 提高应用水平。
2) 研究磁通矢量的直接间接检测方法。
3) 研制能进行复杂运算并能高速处理的控制装置。
4)研制能把时域、空间分开, 控制时滞小的电力变流装置。
与此同时, 大学方面应用现代控制理论把矢量控制的理论深化,开拓了解藕控制、速度观测、参数自设定等,促进了无速度传
感器矢量控制的发展。
3矢量控制技术的早期应用
矢量控制在大中容量交流传动中初次实际应用开始于1979
年, 用于驱动造纸机。
1980 年矢量控制在轧镶机主传动上用于异
步电动机和同步电动机传动, 但只在系统的二部分用微机控制。
产品化过程中最大的难题还是控制电路的研制。
矢量控制包括坐标变换和矢量运算以及含非线性的复杂运算。
对交流瞬时值进行控制的必要条件是高速运算。
其运算处理的规模要比直流调速大若干倍。
若用模拟电路来实现, 不用说价
格就连确保性能和可靠性也做不到。
这就是70 年代中期为什么不
能实用化的原因之一。
70 年代是微处理器、LSI 等微电子技术急速成长的时代。
虽说如此, 直到70年代末才把微处理器用于交流调速的控制, 在处
理能力上还没有充分把握。
若能用微机和数字电路相结合来解决四则运算和非线性运算, 则模拟电路的缺陷便可弥补。
矢量控制装置的实用性、可靠性便可达到满意的水平。
另一课题是研制快速的电力半导体变流装置。
当时虽然PWM逆变器已出现，但GTR 与GTO尚在开发之初。
SCR逆变器又不能适应急剧的加减速和负荷冲击。
因此，最早实用化的还只是用相位控制的SCF交一一交
变频器, 其性能可与直流调速比美。
4矢量控制技术的最新动向
矢量控制技术的最新动向为高压大容量矢量控制装置的研制。
现已研制出一种新型多电平逆变器，它又称为NPC逆变器。
般的6单元PWN逆变器输出电压只有正负两种电平,称为双电平逆变器。
但利用器件的不同组合, 可以做到3电平、5 电平等多电平逆变器。
目前应用最广泛的是3 电平逆变器。
其优点是可以提高逆变器容量并降低高次谐波, 可适用于轧钢机主传动。
应用
6KV,4.5KA GTO器件，已可做出总容量10MVA勺逆变器，为大容
量矢量控制打下基础。