(1)执行机械技术
包括电机的原理与设计;电机及传感器一体化;电机及驱动控制一体化;机械机构的动力学分析;一体化电机系统;电机机构的新结构、新原理、新材料新构成等等。 (2)逆变和电机驱动技术
包括电力变换技术功率驱动技术;精密驱动技术电力变换的调节控制;脉宽调制技术;驱动保护技术;电磁兼容与可靠性等等。 (3)运动信息及信号检测
包括传感器技术;信号处理技术;接口技术等。 (4)自动控制技术
包括控制理论;控制方法以及控制电路的模拟,仿真和调试技术。 (5)电机控制系统的数字集成
包括电机系统的一体化设计;电机系统的结构化设计;电机系统的模拟仿真和实现;电机系统的综合性能分析和评估。
(6)以嵌入式DSP和FPGA芯片为核心的单片电机系统SOC(System On a Chip)技术
将电机系统的主要结构做在一个单芯片中,它以嵌入式DSP 或FPGA芯片为核心,采用面向对象的片中软件现实控制系统的可重构、可扩充芯片为核心,采用面向对象的片中软件现实控制系统的可重构、可扩充和通用性。它可以 适用于无刷电动机,感应电动机,同步电动机,开关磁阻电机,步进电动机的反馈控制,矢量控制,智能控制等高层次控制。 (7)网络信息家电中的电机控制技术
“网络信息家电”是一种概念,是一种新领域。它是信息技术与家用电器智能控制技术的结合。它是信息时代的重要 物质基础。它是计算机、自动控制、信息技术、电工等学 科交叉融合产生的新兴领域。 三、国内外电机数字控制系统集成技术的应用情况
随着微电子技术的发展和应用,计算机用于控制,使交流变频控制系统由模拟式进入数模混合式,进一步发展到全数字式,实现控制方案和控制策略的软件化,在控制系统全数字化的情况下,由于改变软件即可改变控制模式和参数,这就大大提高了系统的通用性和灵活性,简化了系统的硬件结构,并可采用一些基
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于现代控制理论的控制算法来提高系统的性能。更重要的是,随着现代通信技术、远程控制技术、总线技术和自动化技术的发展,全数字方式是未来发展的必然趋势。因此全数字化交-直-交大功率同步电机矢量控制器的应用是未来应用的方向,这方面在我国的应用和研究还是空白,变频调整控制方法的进展主要体现在由早期的静态控制方式向高动态性能的四象限运行的矢量控制发展,采用这种控制方式可以有效的解决高压同步电机的动态响应,和调速比宽等要求,系统可以恒转矩输出,达到很好的效果。
①家电领域
随着政府部分对家电效率及节约能源的要求,基于DSP的电机控制器逐渐进入家电领域。
DSP擅长于数学运算,嵌入式DSP电机控制芯片把DSP内核与一系列功能强大的控制外设集成到一个芯片上,这样便能以快速的DSP内核作为计算引擎,加上片内的A/D模块提高了电机控制带宽,并且允许低成本实现更加复杂垢控制和无传感器的算法,因此能控制交流感应电动机、无刷直流电动机和开关磁阻电机,需不需要速度或位置传感器,甚至特殊的电流传感方式。这些计算能力和优化的外设使它很容易的完成更多的功能,如功率因数的校正;在不增加控制器成本的情况下,满足某些特殊应用的要求,如洗衣机、空调机的平衡控制。
采用扩展卡尔曼预测算法的无刷直流电动机无传感器控制相对于交流感应电动机,无刷直流电动机由于其特性更接近于有刷直流电动机而具有多方面的优势;同时也由于无刷直流电动机大都采用了永磁转子,具有更高的效率,因此特性适合于家用电器。它本身生来具有旋转平稳、噪声低电机尺寸小等显著特点,也使使其得到了许多家用电器厂家的青睐,在风扇、洗衣机、冰箱及空调压缩机中,都开始采用无刷直流尽可能动机。无刷直流电动机的控制有别于有刷直流电动机或交流感应电机,它需要一些位置传感信息来选择正确的换流顺序,而家电产品对费用的敏感,使得增加传感部件所带来的额外费用不受接受,也不切实际;同时容易降低系统的可靠性,而且对于象压缩机一类密封的无刷直流电动机,安装位置传感器是非常不现实的,也是不允许的。在这种情况下,无刷直流电动机的无传感器控制将被广泛采用,使之在家电领域铖为一个热门话题。 有多种算法可以实现无传感器控制,传统的方法(过零检测法)大都采用检测不导通相反电势的过零点判断转子的位置,根据过零点信息及换相逻辑来选择最佳的换流顺序。这些方法已经在许多家电上采用,如直流变频冰箱及直流变频空调。但由于过零检测法只能检测一些特定的点,而且随着电机转速在大范围内变化,反电势的变频率也会变化,检测电路中的滤波器件会带来一定的相移,这会大大影响检测过零点的准确性;同时由于功率器件上续流二极管的反向电流作用,在大电流情况下也会对过零点的检测带来一定的影响。
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②传动与运动控制领域
近些年,随着人们审美意识增强和生活水平的提高,高档色织产品愈加受到人们喜爱。不仅仅真丝绸,化纤丝、人造丝、混纺纱和棉纱等也可采用色丝织造,这就促使纱筒染色工艺在色织行业获得广泛应用。一般纱筒染色前需要将外购的坯纱络成适合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用,因此松式精密络筒机的需求日益增加。国内现有的松式络筒机整机结构一般采用单锭集中传动方式,通常包括卷绕、导纱、超喂等几种运动,采用机械齿轮和凸轮机构完成,针对各种纱线不同的络筒工艺,设备调整比较困难;导纱机构采用的是槽筒和旋转翼片,对一些高档纱线易产生损伤;同时由于采用的是机械传动结构,卷绕速度不高。高速精密松式络筒机电气控制方案运用电机数字控制系统集成技术,具有良好的性能价格比,大大提升了国产松式络筒机的自动化水平,主要技术指标达到了国外同类设备的水平。
作为数控机床的执行机构,伺服系统集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体,并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步,经历了从步进到直流,进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多。进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象,产生机床的切削进给运动。为此,要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度,并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元,从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现,将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制,从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法(如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)成为可能。
③新能源应用领域
目前,车用电机驱动系统及其控制技术向永磁化、集成化、全数字化和智能化方向发展。首先是永磁化。其次是集成化。电机驱动系统的集成化包括两个方面。一是机电集成,包括车用电机与燃油发动机集成混合动力发动机,以及车用电机与变速箱集成,前者例如本田的ISA系统,后者例如丰田混合动力系统THS。这种集成可以减小整个系统的重量和体积,有效地降低系统制造成本。二是将电动汽车驱动控制器的开关器件、电路、控制、传感器、电源和无源器件都集成到标准模块中构成电力电子组第三是全数字化。随着微电子学及计算机技术的逐步发展,高速、高集成度、低成本的微机专用芯片以及DSP等广泛应用,全数字系统控制成为可能。这种用软件代替硬件、进行数字化驱动和控制的全数字化包括了驱动控制的数字化、驱动到数控系统接口的数字化以及测量单元数字化,不仅可以使改变控制策略、修正控制参数和模型更加简单易行,提高控制系统的可靠性和实用性,还可以具有保护、故障监视、自诊断等其它功能,完善车辆的整体运行状况。因此,全数字化是电动车控制乃至交流传动系统的重要发展方向之一。第四是智能化。非线性智能控制技术,包括变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等,有的对系统精确建模的要求不高,有的善
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于处理非线性问题。这些智能化技术在车用电机控制领域的应用,将使系统结构更加简单、响应更加迅速、抗干扰力加强、稳定性增加,以此大大提高整个系统的综合性能。
风力发电机由多个部分组成,而控制系统贯穿到每个部分,相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。具体控制内容有:信号的数据采集、处理,变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。目前计算机技术突飞猛进,更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备,目前功能上有较大提高。很多厂家也开始采用PLC构成控制系统。现场总线技术(FCS)在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛,以至于有些人已做出预测:基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。
在机车牵引电机方面速数字信号处理器(DSP)在交流传动系统中的应用,将会大大改善交流传动控制系统的性能,所以引起了人们的广泛注视。采用双DSP控制的交流传动系统由功率变换装置、双DSP控制系统、感应电机组成。其中DSP全数字控制电路由两个DSP为核心构成双DSP控制系统,用以完成数据采集(包括直流输入电压、交流输出电压电流、电机转速等),数据处理(电机电流基波分析计算、电磁转矩和磁通的估计等),系统保护(直流母线过压过流保护、缺相保护、过热保护等)控制功能。功率变换装置由两点式三相逆变器及IGBT驱动电路组成,根据控制系统送来的PWM信号产生正确的输出电压供给负载的三相感应电机。采用数字控制的传动系统,一方面要对电机的电磁转矩和磁通进行分析计算;另一方面,还需要有一个完整的控制功能和逻辑处理接口功能,以完成控制上的要求。
④宇航及国防应用领域
储能飞轮系统为了实现卫星飞行姿态控制和能量储存,要求系统中的无刷直流电机同时具有电动和发电两种功能。控制领域高速DSP的出现,使得无直流电机数字控制系统不仅能获得较高的控制性能,更具有方便灵活的特点。
针对永磁推进电机低转速、大转矩、轻噪声的运行要求,其控制应具备良好的低速性能根据最大转矩/电流矢量控制原理以数字信号处理器(DSP)为横心的全数字永磁同步电动机推进系统动态响应快,转矩脉动小,谐波含量少,低速性能良好,能移满足舰船电力推进的需要。
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