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交流伺服電機(jī)控制策略大略。

內(nèi)容簡介:隨著交流伺服電機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛,對交流伺服電機(jī)控制策略的研究的重要性也不斷提高。作為一個電機(jī)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。
      我們說交流電機(jī)主要有兩大類:異步電機(jī)和同步電機(jī)。

      其中異步電機(jī)又稱感應(yīng)電機(jī),它的轉(zhuǎn)子運(yùn)動速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場的運(yùn)動速度不同步而得此名號。異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,運(yùn)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。
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      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(diǎn)。

      同步電機(jī)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(jī)中,工業(yè)和生活中應(yīng)用的最多的就是永磁同步電機(jī)。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(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體,所以不需要外加勵磁系統(tǒng),為運(yùn)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(yùn)行時功率因素比異步電機(jī)要高。
     ——內(nèi)部原因

      3.針對永磁同步電機(jī)的控制策略越來越成熟。

     ——外部原因

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

      隨著交流伺服電機(jī)的應(yīng)用日漸廣泛,對交流伺服電機(jī)控制策略的研究的重要性也不斷提高。作為一個電機(jī)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(jī)的控制策略大概可以分為以下幾類:

一、基于電機(jī)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(diǎn)。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(diǎn)。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(jī)、水泵機(jī)這一類對控制精度要求不高的電機(jī)上。

二、基于電機(jī)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(jī)的參數(shù)進(jìn)行解耦,分別對電機(jī)的磁鏈和電流進(jìn)行獨(dú)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(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的互感的影響,成功解耦。然后分別獨(dú)立對兩個分量進(jìn)行控制,達(dá)到動態(tài)控制電機(jī)速度的目的。

      究其實質(zhì),就是將復(fù)雜的交流電機(jī)控制通過坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換變成直流電機(jī)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(yùn)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(jī)控制的本質(zhì)就是控制轉(zhuǎn)矩),直接對電機(jī)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(jī)的運(yùn)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(qiáng)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(jī)的運(yùn)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(jī)模型的復(fù)雜性,導(dǎo)致運(yùn)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(qiáng),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(jī)的控制上,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是觀測估算電機(jī)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(diǎn)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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