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电机控制和矢量控制浅析

电机控制和矢量控制浅析 2011年12月10日 来源： 新技术的发展给电机控制行业带来了新的发展机遇，从控制理论的发展

新技术的发展给电机控制行业带来了新的发展机遇，从控制理论的发展、电力电子技术的发展以及计算机技术在控制领域的应用等方面，结合目前的现状，介绍国内外这些领域内的最新进展。尤其是专用集成电路、DSP数字信号处理 和 FPGA近年来令人瞩目的发展，给电机控制系统带来新的契机。 　　关键词 电机控制 矢量控制 数字信号处理器可 编程门陈列 xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

廿世纪后期的电子技术(包括大规模集成电路技术、电力电子技术和计算机技术)的飞速发展以及现代电机控制理论的完善，仿真工业的日渐成熟，极大地推动了作为机电能量转换的基本单元电动机控制技术的发展，这种发展对各行各业的影响是巨大的。进入廿十一世纪后，电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显，促进电机技术以更快的速度发展着。本文总结这些新技术的发展给电机控制带来的新机遇，从控制理论、控制器、电力电子技术以及微型计算机技术的应用，结合电机控制的现状，介绍国内外的这些领域内的最新技术进展，展望今后的趋势，希望有助于大家了解并追踪电机控制领域中的最新技术和信息，把握行业的发展方向。

一、电机控制理论

自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制电机的励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样的良好的动态调速特性。这种控制方法现已较成熟，已经产品化，且产品质量较稳定。因为这种方法采用了坐标变换，需要进行快速、复杂的数学运算，所以对控制器的运算速度、处理能力等要求较高，微型计算机技术的发展为矢量变换控制的实现提供了良好的外部条件。近年来，围绕着矢量变换控制的缺陷，如系统结构复杂，非线性和电机参数变化影响系统性能等问题，国内外学者进行了大量的研究。

1985年，德国的Depenbrock教授提出一种新的控制方法，即异步电动机直接转矩控制系统。它就是上述研究的结果。它不需要坐标变换，也不需要依赖转子数学模型，理论上非常诱人。实验室条件下也已做出性能指标相当高的样机。只是还有些问题未解决，如低速时转矩观测器和转速波动等，未能产品化。现在市面上自称实现了转矩直接控制的系统，大多都是或者采用了将磁链定向与直接转矩控制相结合的方法，低速时采用磁链定向矢量变换控制，高速时采用直接转矩控制。或者同时观测转子磁链，作为直接转矩控制系统的校正。一来这种方法平稳切换的时机较难确定，目前德国大学的学者正在研究这问题；二来如果低速时采用磁链定向矢量控制，或者采用观测转子磁链的方法，还是要依赖转子参数。也就是说只要有转子磁链的成分在里面，就还是对转子参数较敏感。无法体现直接转矩控制的优势。看来，完全的转矩直接控制离产品化还有一段距离。

除此之外，基于现代控制理论的滑模变结构控制技术、采用微分几何理论的非线性解耦控制、模型参考自适应控制等方法的引人，使系统性能得到了改善。但这些理论仍然建立在对象精确的数学模型基础上，有的需要大量的传感器、观察器，因而结构复杂，有的仍无法摆脱非线性和电机参数变化的影响，因而需进一步探讨解决上述问题的途径。

纵观电机工业的发展史，几乎每一次大的发展都有理论方面的突破。但现在作为较成熟的电机控制理论，再提出具有划时代意义的理论不太容易。因此，今后相当一段时间内还会是将现有的各种理论加以结合，互相取长补短，或都将其它学科的理论、方法引入电机控制，走交叉学科的道路，以解决上述问题。近年业，智能控制研究很活跃，并在许多领域获得了应用。典型的如模糊控制、神经网络控制和基于专家系统的控制。由于智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，因而许多学者将智能控制方法引入了电机控制系统的研究，并预言未来的十年将开创电力电子和运动控制的新纪元。比较成熟的是模糊控制，它具有不依赖被控对象精确的数学模型、能克服非线性因素的影响、对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性等优点。模糊控制已在交直流调速系统和伺服系统中取得了满意的效果。它的典型应用如：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的研究等。近年来已有一些文献探讨将神经网络控制或专家系统引入异步电动机的直接转矩控制系统，相信不久会有实用的结果。

二、电机控制器

有了好的控制方法，还需要有能将其实现的控制器。可靠性高，实时性好是对控制系统的基本要求。最初的电机控制都是采用分立元件的模拟电路，后来随着电子技术的进步，集成电路甚至电机控制专用集成电路被大量在电机控

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