摘要:在当前智能化装备不断出现在各个领域的背景之下微电机的智能化程度也得到了一定的发展。为了更好的实现微电机功能,对当前的微电机控制技术进行有效的研究,并且对其发展现状进行一定的判断能够更好的评估微电机设备的发展前景。
关键词:智能化装备;微电机;控制技术;发展现状;展望
引言:电机所指的是一切能够使机械能转化成为为电能的机器和能够将电能转化成为机械能的机器。电机的种类主要包括发电机和变压器记忆电动机等。而微电机所指的是那些体积和容量都比较小并且一般情况下输出功率在几百瓦以下的电机。在当前的智能化发展过程中微电机被广泛应用于控制系统中,其具体的功能是对电信号和能量进行有效的检测和准确的解算,并且对这些电信号进行一定程度的放大和转换,微电机也被经常用于传动机械负载和作为设备的直流和交流电源。在智能化技术不断被应用于微电机发展的过程中微电机的控制技术正在朝着小型化和智能化方向发展。本文从微电机中的交流电机的控制技术发展现状进行总结来分析面向智能化装备的微电机控制技术发展现状。
一、交流电机的控制技术的发展历程
1、恒定压频比控制技术
这种控制方式主要是通过对异步电机等效电路进行变频调速。其主要特点是:具有比较简单的控制电路结构,并且它的控制成本比较低。在正常情况下电压所指的是基波的有效值,但是在实际的控制过程中通过改变电压只能实现对电动机的转矩和稳态磁通进行控制,不能实现动态控制。而且控制曲线会由于负载的不断变化发生变化。转矩响应较慢的情况造成电机转矩的利用率不高。
2、矢量控制技术
交流传动控制的理论和应用得到了突破性的进展是在七十年代,首先出现的是矢量控制技术。这种控制技术的的应用能够将交流电动机等效为直流电动机后对电机进行控制并对速度和磁场两个分量进行分别的独立控制。通过对转子磁链进行控制和运用转子的磁通进行定向,在将定子中的电流进行有效的分解,一次来实现转矩分量和磁场分量的获取。通过坐标变换能够实现解耦控制和正交控制两种控制方法。在这个过程中主要是通过坐标的变换来对电动机模型进行有效的重建,使其能够被等效成为一台直流电动机。在一定的角度来看矢量控制的方法能够使异步电机磁通和转矩的解耦控制得到实现,极大程度的改善了交流传功系统的动态特性,使交流传功技术得到了一定的突破。但是在实际进行控制的过程中因为很难对转子磁通进行准确的观测,并且矢量旋转变换极为复杂不易掌握规律,所以运用矢量控制技术进行控制的时候所收到的效果往往很难达到预期。
3、直接转矩控制技术
这种控制技术能够使定子磁链严格的按照正六边形的轨迹进行运动,在具体应用的过程中能够使正六边形的六个边与六个非零电压空间矢量分别一一对应,所以能够通过对三个施密特触发器进行运用来对逆变器的六个工作状态进行简单的切换。这种控制技术相比于其它的控制方法在结构方面更加简单,并且在输出的频率相同的情况下运用直接转矩控制技术能够使元件的开关次数最小化,开关带来的损耗也最低,所以这就使其在一些要求用微电机进行作业的环境中得到了广泛的使用。由于这种控制技术的应用过程中定子磁链比较复杂的磁链的运动轨迹会使电流和电压的波动形畸比较严重,使低速运转时转矩的脉动变得极大,这就会使转矩控制的性能无法更好的发挥。
相比其它控制技术运用直接转矩控制技术具有以下几个大的优势:
3.1对交流电动机的数字模型进行分析可以直接在定子坐标系下进行,并且通过对电动机的磁链和转矩进行控制能够省去矢量旋转变化这些复杂的变换和计算,对信号进行处理的工作也比较简单,在实际应用中容易实现实时的控制。
3.2磁场定向使用定子磁链,相比矢量控制定向所用的转子磁链,其观测模型更加简单,并且受电机参数变化的影响要小得多。
3.3运用空间矢量概念对三项交流电动机的数学模型进行分析,并且对各个物理量进行控制,这样的过程能够使问题更加简明。
3.4直接转矩控制主要可以分为两层意思,分别是直接控制转矩以及对转矩进行直接控制。通过控制转矩的角度来进行直接转矩的控制,这种控制方法在采用的是离散的电压状态以及六边形磁链轨迹或者近似圆形磁链轨迹的概念的同时主要重视的是转矩的直接控制效果。对转矩的直接控制所指的是通过运用直接转矩控制技术来对转矩进行直接的控制。
二、交流电机的直接转矩控制技术发展现状
直接转矩控制技术的不断发展使交流电机的各个方面性能都得到了一定程度的提高。国外在大功率高速电力机车等主传功系统之中较多的开始应用其直接转矩控制技术。但是由于直接转矩控制技术的出现比较晚,相关的理论和技术研究尚不够完善,在很多方面都有一些不成熟的体现,在应用的过程中仍然有很多无法突破的技术壁垒。所以直接转矩控制技术是当前世界范围内控制技术的研究重点,对直接转矩控制技术的研究主要可以从以下几个方面着手:
1、定子磁链补偿和定子电阻辨识
在传统的直接转矩控制系统中对磁连进行计算的过程中比较依赖定子电阻,当速度达到中高速的时候,忽视定子电阻不会对计算结果产生太大的影响,这种情况下系统的控制精度会保持在很高的程度。但是如果在处于低速运转状态的时候定子电阻上压降分量的比重会变得比较大,这个时候如果对定子电阻进行忽略或者认定其为常数就会使所计算的磁链幅值和相位都出现极大的误差。由于这种情况在运用直接转矩控制技术的时候就需要对定子电阻进行在线的辨识来消除定子电阻变化的过程中造成的影响。主要的方法是以电机的数学模型为出发点,进行大量的数学运算和变换,使计算出的定子电阻的数值具有较强的准确性。对求解的过程进行总结可以发现由于需要用到很多的电机参数,而且对这些参数过于依赖性,还需要引入转子电阻值,这就使求解的过程变得极为复杂。在当前的研究中在线辨识虽然具有一定的可行性,但是却无法满足实际需求。
2、转速辨识
在对速度进行检测的过程中,传统的控制系统需要依赖于速度传感器,其检测成本比较高,而且安装维护起来比较困难,系统非常容易受到一些因素的干扰,这就影响了它的可靠性,无法应用于恶劣的环境中。而如果能够实现在线对转速进行辨识,就可以有效的解决速度传感器的问题。在现有的一些方案中大都是从转子磁通和定子磁通之间进行切入,以此来推导出运用起来比较简单的转速估算公式,这种估算公式只需要我们知道定子的电流和电压就能够实现对转速进行计算。但是这种方法只能应用于那些高速和对系统动态的性能要求不那么高的场合。
3、低速区存在的一些问题
在低速的情况下转矩脉动和开关频率以及死区效应等问题都比较明显,在用全数字化实现对系统进行控制的过程,采样的频率是固定的,由于在固定的采样周期里所测得的转矩增加量和转矩的减少量都存在着一定的不同,这种情况下就极为容易造成低频锯齿波分量的出现,在低速的情况下频率比较低,并且幅值极大,很容易对系统的低速性能造成影响。
三、交流电机的直接转矩控制技术的发展前景
直接转矩控制技术由于现代科学技术的不断进步出现了极为迅速的发展态势,越来越多的高性能信号处理器和新型器件的出现使直接转矩控制技术的改进工作得到了极大的物质基础保障。当前人们对直接转矩控制系统的研究主要是对系统中的一些性能进行深入的研究研究来对其所用的一些理论思想进行有效的改进。这种情况就决定了当前整个领域的研究知识处在局部完善的水平,并没有达到全面的提高。
结束语:
通过对交流电机的控制技术发展现状进行总结来分析面向智能化装备的微电机控制技术发展现状能够更好的分析出未来智能化背景下微电机控制技术的发展前景。对当前微电机控制技术进行有效的研究能够保证在对微电机进行应用时使其功能得到充分的运用。
参考文献:
[1]马正君,余建波.基于ECRS原则的微电机样品生产管理流程精益化研究[J].机械制造,2017,55(02):95-98+102.
[2]牛学锋,牛冬梅,朱书杰.微电机的应用现状及发展趋势分析[J].科技视界,2015(26):40-41.
[3]谢志平,伍卫,洪剑锋.直流微电机电枢电流特性及故障多特征量研究[J].电机与控制学报,2015,19(08):107-114.
[4]张朴,延石.微电机行业经济运行分析及未来展望[J].电器工业,2013(08):26-29.
[5]唐向华,张俊,陈凌,阳钦.微电机关键零部件制造误差对其质量的影响权重分析[J].机械工程师,2013(07):137-140.