交流电机控制技术作图题交流电机控制技术的发展与展望
电动机的控制技术有哪些发展趋势

电动机的控制技术有哪些发展趋势在现代工业和日常生活中,电动机扮演着至关重要的角色。
从工厂的生产设备到家用电器,从交通工具到自动化系统,电动机的应用无处不在。
随着科技的不断进步,电动机的控制技术也在不断发展和创新,以满足日益增长的性能要求和多样化的应用需求。
高效节能是当前电动机控制技术发展的一个重要趋势。
随着能源问题的日益突出,提高电动机的运行效率成为了关键。
通过采用先进的控制算法和策略,如矢量控制、直接转矩控制等,可以实现对电动机的精确控制,减少能量损耗。
同时,结合智能功率模块和高效的驱动电路,能够进一步提高系统的整体效率。
智能化控制是另一个显著的发展趋势。
借助传感器技术和智能算法,电动机控制系统能够实时监测电机的运行状态,包括转速、转矩、温度等参数。
基于这些数据,系统可以进行自我诊断和故障预测,提前采取措施避免故障的发生,从而提高系统的可靠性和稳定性。
例如,当检测到电机温度过高时,控制系统可以自动调整运行参数,降低负载或增加散热,以保护电机。
在控制精度方面,也有了显著的提高。
高精度的位置控制和速度控制在数控机床、机器人等领域至关重要。
通过采用高性能的编码器和反馈装置,结合先进的控制算法,能够实现亚微米甚至纳米级别的位置精度和极高的速度稳定性。
这使得工业生产中的加工精度和产品质量得到了极大的提升。
多电机协同控制也是一个重要的发展方向。
在许多复杂的系统中,如自动化生产线、电动汽车的驱动系统等,往往需要多个电机协同工作。
通过先进的通信技术和协调控制策略,实现多个电机之间的同步运行、负载分配和能量管理,提高整个系统的性能和效率。
此外,随着电力电子技术的飞速发展,高频化和小型化成为了电动机驱动系统的发展趋势。
高频开关器件的应用使得驱动系统的体积更小、重量更轻,同时提高了功率密度和响应速度。
这对于空间有限的应用场景,如航空航天、电动汽车等,具有重要意义。
在网络通信方面,电动机控制系统逐渐与工业网络和物联网融合。
交流电机控制技术II

东北大学继续教育学院交流电机控制技术II 试卷(作业考核线上2)A 卷(共6 页)一、判断题(20分)正确用√表示,错误用X表示,请将判断结果填入各题的()中:1. 间接变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的属于电压源变频装置。
(X)2. 恒磁通变频调速协调控制原则是U/f为常数(√)3. 异步电动机矢量控制中,MT坐标系的电磁量是直流量。
(√)4. 在矢量控制中以转子a轴为参考轴的坐标系是dq坐标系。
(X)5. 在SPWM的正弦参考信号中加入3次谐波后,可以拓宽线性控制范围(X)6. 交-交变频器的最大输出频率是50Hz。
(X)7. 规则采样法的采样区间是等宽的(√)8. 串联二极管的电流型逆变器换流中的尖峰电压与负载漏抗有关(√)9. 在选择逆变器的开关器件时,可以不考虑元件承受反压的时间。
(X)10. 交直交变频器是直接变频器。
(√)11.按照VT1~VT6顺序导通逆变器主开关为三相异步电动机提供变频电源,ABC三相的下桥臂开关编号分别是VT2、VT3、VT6。
(X)12.变频调速时,在基频以下通常采用恒磁通变频调速,其协调控制原则为U/f等于常数。
(X)等于常数。
(√)13.恒功率变频调速,其协调控制原则为14.基频以下调速时为了维持最大转矩恒定,在频率较低时应适当提高转子电压。
(X)15.变频器按变换的环节分为交—交变频器和交—直—交变频器。
(√)16.变频器按直流环节储能元件不同分为电流型变频器和电压型变频器。
(√)17.矢量控制理论中涉及的三个主要坐标系分别是ABC 、αβ 和 MT ;其中ABC和αβ是静止坐标系。
( X )18.通过坐标变换将定子电流分解为两个相互独立的量,其中为1T i 磁场分量; 1M i 为转矩分量,可以实现解耦控制。
( X )19.在矢量控制理论中将三相坐标系下的三个时间变量写成2[()()()]A A B C x k x t ax t a x t =++形式的空间矢量,是以任意x 轴为参考轴的空间矢量表达式。
电机控制技术的最新发展与趋势

电机控制技术的最新发展与趋势在现代工业和日常生活中,电机扮演着至关重要的角色。
从家用电器中的风扇、洗衣机,到工业生产中的机床、输送带,电机的应用无处不在。
而电机控制技术的不断发展,更是为其性能的提升和应用的拓展提供了强大的支持。
本文将探讨电机控制技术的最新发展动态以及未来的趋势。
一、电机控制技术的发展历程电机控制技术的发展可以追溯到上世纪初。
早期的电机控制主要采用简单的开环控制,通过机械开关或接触器来实现电机的启动、停止和调速。
这种控制方式精度低、效率差,而且对电机的保护也不完善。
随着电子技术的发展,模拟控制逐渐取代了机械控制。
模拟控制器通过对电机的电压、电流等参数进行检测和反馈,实现了一定程度的闭环控制,提高了电机的运行性能。
但模拟控制器存在着精度不高、稳定性差、参数调整困难等问题。
进入数字时代后,数字信号处理器(DSP)和微控制器(MCU)的出现使电机控制技术发生了革命性的变化。
数字化的控制算法能够实现更精确的控制,同时具备更强的抗干扰能力和可扩展性。
此外,现代电机控制技术还融合了电力电子技术、传感器技术、通信技术等多个领域的成果,使得电机的控制性能得到了极大的提升。
二、最新发展动态(一)高性能的电力电子器件电力电子器件是电机控制系统中的关键部件,其性能直接影响着电机的控制效果。
近年来,新型的宽禁带半导体器件如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)逐渐崭露头角。
与传统的硅器件相比,SiC 和 GaN 器件具有更低的导通电阻、更高的开关速度和更高的工作温度,能够显著提高电机驱动系统的效率和功率密度。
(二)先进的控制算法控制算法是电机控制的核心。
目前,矢量控制和直接转矩控制仍然是主流的控制策略,但一些新的算法也在不断涌现。
例如,模型预测控制(MPC)通过预测未来的系统状态,并选择最优的控制动作,能够实现更好的动态性能和鲁棒性。
此外,自适应控制、智能控制等算法也在电机控制中得到了应用,进一步提高了系统的控制精度和适应性。
交流电机行业发展现状及趋势

交流电机行业发展现状及趋势一、电动机定义及分类电动机是把电能转换成机械能的一种设备。
它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。
电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机。
二、交流电机产量交流电机与直流电机相比,由于没有换向器(见直流电机的换向),因此结构简单,制造方便,比较牢固,容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。
交流电机功率的覆盖范围很大,从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。
因此交流传动取代直流传动已逐步变为现实。
2018-2020年中国交流电动机产量逐年增长,2020年中国交流电动机产量为31705万千瓦,较2019年的28733万千瓦同比增长10.3%。
浙江交流电动机产量居全国首位,2020年浙江交流电动机产量为7120.5万千瓦;江苏排名第二,交流电动机产量为6108.4万千瓦;安徽、上海及山东依次位列第三、第四、第五,产量分别为2734.9万千瓦、2499.2万千万、2113.6万千瓦。
三、交流电机进出口量根据中国海关数据显示,2020年中国交流电动机进口量为1500万台,同比上升25%;进口金额为11.99亿美元,同比上升4.2%。
从中国进口的交流电动机产品来看,主要以单相交流电动机为主,2020年进口数量达到263.89万台,占总进口数量为84.04%;进口金额为0.80亿美元,占总进口金额的6.7%。
中国交流电动机出口数量和金额都大于交流电动机进口数量和金额,根据中国海关数据显示,2020年中国交流电动机出口数量为3.43亿台,较2019年减少了0.06亿台;出口金额为42.80亿美元,较2019年减少了1.97亿美元。
从出口的产品来看,2020年单相交流电动机出口数量为32521.4万台,占总出口数量的94.92%;出口金额为23.2亿美元,占总出口金额的54.2%。
四、交流电机发展趋势在车用驱动领域,交流电机的结构变化主导趋势还是在永磁同步框架下的结构调整:1、定子部分,从之前的平行齿,调整为平行槽结构,为了配合扁铜线的制造工艺;2、扁铜线目前的工艺是非连续性,后期通过调整定子结构改进,改进连续波绕组工艺;3、转子部分,主要是隔磁桥设计的调整,提高磁阻扭矩的占比;4、定转子的油冷结构调整;5、转子轴的结构调整,配合同轴等结构。
交流电动机自适应控制技术的发展现状及应用

机数学模型的控制 , 三相感应 电动机 的转子磁场 定向受转子 电阻变化的影响很大 , 至今还是一个 有待解决的技术问题。在无传感器控制 中, 精度 和速度的估计也受电机参数的变化影响很大。 因此 , 必须进一步解决高性能伺服驱动 系统 中的非线性、 参数变化、 扰动和噪声等控制问题 , 才能进一步提高伺服驱动系统的控制精度和控制 性能 。为此 , 人们运用现代控制理论 , 不断寻求更 先进的控制方法 , 自适应技术被更 多的运用到 电 机控制中, 成为一种发展方 向。
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现代电机控制技术的发展现状与展望

现代电机控制技术的发展现状与展望摘要:本文介绍了现代电机控制技术的发展现状,包括各种现代电机控制系统的基本模式、组成模块和关键技术进行了系统介绍,最后对未来电机控制技术的发展方向进行了展望。
关键词:电机;新材料;矢量控制;直接转矩控制;发展与展望引言电机是把电能转换成机械能的设备,它在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业领域中都有着广泛的应用。
随着现代电力电子技术的飞速发展,现代电机控制技术正朝着小型化和智能化的方向发展。
1.电机的基本结构及分类普通电机主要由定子、转子、端盖、风扇、罩壳、机座和接线盒等组成。
以图1所示的最常见的三相鼠笼式电机为例,其主要由定子和转子构成,定子是静止不动的部分,转子是旋转部分,在定子与转子之间有一定的气隙。
定子由铁心、绕组与机座三部分组成。
转子由铁心与绕组组成,转子绕组有鼠笼式和线绕式。
图2所示即为三相线绕式电机转子结构示意图,值得一提的是鼠笼式与线绕式两种电机虽然具有不同的结构,但是工作原理却是相同的。
电机按其工作电源种类的不同可划分为直流电机和交流电机两种,常见直流电机按结构及工作原理可进一步划分无刷直流电机和有刷直流电机,常见交流电机按结构及工作原理的不同也可以进一步划分为单相电机和三相电机。
这些电机也因为其结构和工作原理的不同而具有不同的特性。
2.无刷直流电机控制技术的发展现状与展望自1978年,MAC经典无刷直流电机及其驱动器推出之后,国际上对无刷直流电机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。
三十多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电机得到了长足的发展。
2.1.各组成部分发展状况2.1.1.电机本体无刷直流电机在电磁结构上和有刷直流电机基本一样,但它的电枢绕组放在定子上,转子采用的重量、简化了结构、提高了性能,使其可靠性得以提高。
无刷电机的发展与永磁材料的发展是分不开的,基本上经历了铝镍钴,铁氧体磁性材料和钕铁硼三个发展阶段。
现代交流电机控制的现状与展望

目前。大功率半导体器件又向集成化智能化方向
中丰富的控制工具,充分利用其工具箱,即达到实时 仿真的目的又可以加快开发过程。目 前国际上也己有
此方面的论文。
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大家都知道 A L B软件中有一个 S un, M T A i lk 它 m i 是非常友好的图形界面仿真工具。但辛辛苦苦建立起 来的控制系统只能在计算机中以纯数学的方式仿真,
令周期内完成,并且通过并行处理技术,使一个指令 周期内可完成多条指令.D P采用改进的哈佛结构, S 具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数 据。内置高速的硬件乘法器,增强的多级流水线,使 D P器件具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂 S
产出A M x系列电机控制专用 D P D C x 3 S,性能与 T I 公司的产品相差不大, 也是基于A D公司的 1 位定点 6 D P A S27来设计的, S 核 D P 11 此外还集成了三相P M W
电动机及其控制技术的应用与展望

专业建设M AJOR93OCCUPATION2014 04摘 要:电动机及其控制技术的应用与发展,是现代工业赖以生存和发展的基础。
本文就电动机及其控制技术的应用与展望,谈谈笔者个人的观点和看法。
关键词:电动机 控制技术 应用与展望电动机及其控制技术的应用与展望文/崔亦军电动机及其控制技术的应用与发展,是现代工业赖以生存和发展的基础。
我国经济社会正处于改革转型的关键时期,和世界许多国家一样,电动机及其控制技术取得了快速发展,存在着巨大的提升空间。
一、电动机的发展过程电动机的产生和发展可以分为四个阶段。
19世纪30年代到80年代是电动机发展的第一个阶段,以直流电动机的发明和逐步推广应用为标志,是直流电动机时代。
19世纪末叶到20世纪50年代,是电动机发展的第二个阶段,以交流电动机的发明和应用为标志。
交流电动机主要用于转速基本恒定的生产机械的拖动;在要求调速范围宽和高精度控制的领域,都采用直流电力拖动。
由于换向器结构复杂,故障率较高,需要维护,换向器还容易产生电火化,直流电动机单机容量和使用环境都受到限制。
20世纪60年代到21世纪初,是电动机发展的第三个阶段,也是其快速发展时期。
特别是交流变频调速技术的不断成熟,使交流异步电动机实现了调速范围宽,稳态精度高,动态性能好等许多直流电动机才有的性能,充分发挥了交流异步电动机结构简单、运行可靠、价格低廉、基本免维护、容易实现单机容量的突破等优势,交流电动机逐步取代直流电动机。
随着电动机理论的不断完善和制造技术的不断提高,高新技术的快速发展,新材料的不断应用,21世纪以来电动机发展进入第四个发展阶段——呈现高性能化、智能化、微型化和网络化。
二、我国电动机及其控制技术的应用现状电力拖动具有控制简单、方便经济、效率高、调节性能好、易于实现远距离控制和自动化控制等优点,在机械、冶金、石油等各行各业中被广泛应用。
我国电动机品种繁多,大小悬殊,形状各异,用途多样,目前约有300个系列,1500个品种。
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交流电机控制技术作图题交流电机控制技术的发展与展望引言与直流电机相比,交流电动机是多变量,强耦和的非线形系统,要实现良好的转矩控制非常困难。
20世纪70年代德国工程师F.Blaschke首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。
1985年,德国的Depenbrock教授提出了异步电动机直接转矩控制方法。
近年来,矢量控制和直接转矩控制技术不断发展,且有各自不同的应用领域。
随着现代控制理论和电子技术的发展,各种控制方法和器件不断出现。
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
矢量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(DDe)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。
PI调节器控制是使用PI调节器输出定子电压矢量的直接转矩控制技术,其中磁链调节器AψR和转矩调节器ATR都使用PI调节器,通过两个PI调节器给出相应定子电压分量,提高控制系统对参数变化的鲁棒性,同时也减少了控制算法的计算量。
间接转矩控制是通过计算相邻控制周期的磁链增量来决定定子电压空间矢量,并且在保证磁链轨迹为圆形的条件下,对电磁转矩进行控制。
直接转矩控制的发展方向
随着现代科学技术的不断发展,直接转矩控制技术必将有所突破。
一是交流调速向高频化方向发展,进一步提高控制性能,消除脉动,其中空间矢量脉宽调制(SVPWM)和软关断技术又是重点。
二是与智能控制相结合,使交流调速系统的性能有一个根本的提高,这是直接转矩控制的未来。
先进控制理论在电机控制中的应用
模糊控制和神经网络控制
模糊控制是根据人工控制规则组织控制规则决策表,采用人类思维中模糊量、控制量,由模糊推理导出。
典型应用如:用于电机速度控制的模糊控制器;模糊逻辑在电机模型及参数辨识中的应用;基于模糊逻辑的异步电动机效率优化控制;基于模糊逻辑的智能逆变器等。
神经网络控制是人脑神经系统的某种简化抽象和模拟,由大量的简单的神经元互相连接形成的高度复杂的非线性系网络系统,具有逼近任意非线性函数的功能、高容错性、多输入输出特性,易用于多变量系统的控制。
鲁棒控制和自抗扰控制器
鲁棒控制是针对时间域或频率域来说的,一般假设过程动态特性的信息和它的变化范围。
算法不需要精确的过程模型,但需要离线辨识。
近年来,在多电机协调控制中有重要的应用。
自抗扰控制器利用非线性结构克服经典PID的缺陷,抵消和估计出异步电动机高阶、非线性、强耦合的多变量系统中,同步旋转坐标系中定子电压方程存在的非线性耦合作用,使电机定子电流的转矩分量与励磁分量的相互影响,主要用于异步电动机的非线性控制。
复合控制
也可以将上述几种控制方法组合起来使用,如神经网络与内模复合控制;模糊与变结构控制,在滑模变结构控制系统中用模糊控制取代Bang-Bang控制;滑模、模糊、神经网络的复合控制;自调整模糊滑模变结构控制和自适应模糊神经网路滑模变结构控制等。
电机控制相关技术的发展
电机控制器电路集成化
目前用于电机控制的集成电路可分为三大类:电机控制专用集
成电路(ASIC)、专门为电机控制设计的MCU和DSP。
电路集成有两个途径,一是将电动机控制器和中等电流功率MOSFET集成在一个芯片上。
二是将硬件和程序基础结构放在一个模块里,如数字式智能电机控制模块,它集单片机数字化控制、键盘操作、LED显示电路于一身,通过设定可实现垒压起动、软起动、斜坡起动、阶跃起动,限流起动、限压起动、节能运行并可实现软停车。
另外,把微处理器、微控制器和数字信号处理器的能力集中于一块芯片上,能解决大多数工程问题。
对于少数需要大量并行处理的电机控制,可以采用专用的控制芯片,如FPGA或ASIC芯片。
电机控制微控制器的应用
MCU侧重于I/O接口的数量和可编程存储器的大小,非常适用
于有大量的I/O操作的场合,应用于一些精度要求不高的电机控制系统中。
世界上著名的集成电路芯片制造商均推出各自的产品。
如,最近ZiLOG公司推出了Z8Encore!MC(FMCl6100系列),据称是首例支持矢量控制性能的8位MCU,它将高速CPU(高达10MIPS)、高速ADC,集成运算放大器和优化的C言编译程序结合起来,提供与DSP矢量控制同样的功能。
又如,Infineon公司推出了8位XC886和XC 888产品家族,可实现磁场定向控制。
再如,Microchip公司推出的8位picl8fxx31系列,适合低成本的先进无刷直流和交流感应电机电机控制应用, 16位dspic30fdsc电机控制和功率转换系列,适用于精度更高、运行速度更快或无传感器控制的电机控制应用;picl6f7x78位单片机系列,适合对感应电机进行高效控制。
数字信号处理器(DSP)的应用
DSP芯片内部集成了模/数转换、数字输入/输出、串口通信,电机控制PWM信号输出等接口,因此使得电机控制系统硬件设计更加灵活、简易。
DSP的特长在于高速运算,侧重于运算速度,DSP一般用于高档工业电动机控制中,如伺服电动机控制。
近年来,随着DSP 价格的降低,逐渐用DSP代替MCU实现电动机控制。
TI、ADI、Freescale三家公司都生产满足电机控制要求的DSP。
TI公司的相关产品为TMS320C2000系列,ADI公司的相关产品为ADMC 系列,Freescale公司的相关产品为DSP56800系列,各系列产品中功能最强的DSP分别是TMS320LF2407A,ADMC401和DSP56FS07,三种产品性能比较。
未来,具有更高速、方便的周边功能模块的电机专用DSP是电机控制微处理器的方向。
直接集成FPGA、CPLD等大规模逻辑器件,将两者的优势相结合,设计混合式CPU/DSP也是发展方向之一。
更高效的支持C/C++等高级语言编程,采用更强大的集成调试环境,从硬件上更好地支持实时在线调试,实时操作系统在控制系统软件中的应用是软件方面的发展方向。
计算机辅助设计与仿真
计算机技术的发展为电机控制系统的设计了便利条件,如用MATLAB中的real-time workshop,可将Simulink生成的控制系统转化为C语言文件,将其编译成可执行文件后,在独立的机器上运行,通过接口卡,将计算机的信号输出到合适的控制系统的执行部分,即可实现在线仿真。
如建立异步电动机直接转矩控制的MATLAB/Simulink仿真系统,并进行仿真,同时对仿真结果进行分析。
又如,在MATLAB/Simulink 环境下对所建立的交流异步电机转差型矢量控制系统采用变步长方
法进行仿真等。
采用具有很强运算能力的数学软件Mathematica,也可以对控
制系统的控制理论进行仿真设计。
还有利用Orcad、Pspice模拟电路仿真软件,可以对控制系统的主电路和执行元件进行仿真。
目前在将不同的仿真软件结合起来的方面也有研究,例如将MATLAB的系统功
能与Pspice的器件功能相结合,对系统从控制器到主电路方面进行
完全的仿真。
结语
目前,异步电动机矢量控制技术、直接转矩控制技术乃至无传
感器的直接转矩控制技术已实用化,人工神经网络、自适应控制状态观测器等方法已得到广泛采用。
未来,交流电机控制技术将随控制理
论、计算机技术和电子技术的发展,围绕解决异步电动机非解藕性及参数依赖性等问题,致力于新的控制策略、器件及系统的研究。
内容仅供参考。