电机控制技术研究现状分析

就电机的控制目标来说，主要有速度控制和位置控制两大类。电机的速度控制系统也称为电机调速系统，它广泛地应用于机械、冶金、化工、造纸、纺织、矿山和交通等工业部门。电机的位置控制系统或位置伺服系统也称为电机的运动控制（motion contr0l）系统。电机的运动控制系统是通过电机伺服驱动装置将给定的位置指令变成期望的机构运动，一般系统功率不大，但有定位精度要求，并具有频繁启动和制动的特点，在雷达、导航、数控机床、机器人、打印机、复印机、扫描仪、磁记录仪、磁盘驱动器和自动洗衣机等领域得到广泛应用。

随着电力电子技术、微电子技术和稀土永磁材料的飞速发展，高性能电机控制技术不断地更新，成本不断地降低，新型电机不断地出现，交流电机驱动系统正不断地取代直流电机控制系统。电机控制技术的研究现状主要有以下几个方面。

1.新型功率控制器件和PWM技术应用

可控型功率控制器件的不断进步为电机控制系统的完善提供了硬件保证，尤其是新的可关断器件，如电力晶体管（giant transistor，GTR）、金属氧化物半导体场效应晶体管（metal—oxide—semiconductor field—effect transistor，MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）等的实用化，使得高频、高压、大功率脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）控制技术成为可能。电机控制的基本手段就是如何控制PWM波形使得功率控制器件输出的电压和电流波形能满足电机高性能运行的要求。目前电力电子技术正朝着高频、高压、大功率、多电平和智能化方向发展。

2.矢量变换控制技术与现代控制理论的应用

交流异步电机是一种多变量、强耦合、非线性的机电一体化执行元件，传统的电压与频率之比恒定的控制策略是以电机本身稳态运行为立足点，即从电机机械特性出发分析研究电机的运行状态和特性，其动态控制效果不够理想。20世纪70年代初，德国学者在前人提出的坐标变换基础上提出了异步电机矢量变换控制方法。该方法的基本思想是：将异步电机的定转子绕组分别经过坐标变换后等效成两相正交的绕组，并从转子磁场的角度观测实现了异步电机电气变量的解耦控制。矢量变换控制方法已经从最初的异步电机推广到了同步电机的控制，并出现了基于矢量变换的各种控制形式。

此外，为了解决矢量变换控制系统的复杂性和控制精度问题，又相继提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、空间矢量调制技术和定子磁场定向控制等。尤其是利用微处理器实时控制，使得现代控制理论中各种控制方法得到应用，如最优控制、滑模变结构控制、模型参考自适应控制、状态观测器、扩展卡尔曼滤波器和智能控制等，提高了控制过程的动态性能，增强了系统的鲁棒性等。

3.单片机（MCU）和数字信号处理技术（DSP）的应用

随着微电子技术的发展，微控制器的运算能力和可靠性得到很大提高，以单片机（microcontrol unit，MCU）为控制核心的全数字化控制系统不断地取代传统的模拟器件控制系统。但是单片机只能处理信息量不大的简单系统，对于交流电机这样复杂的控制系统，要求存储多种数据并具有快速、实时处理能力，可采用数字信号处理技术（digital signal processing，DSP）的嵌入式解决方案。这样可以将系统控制、故障监视、诊断和保护、人机交互接口等功能集成一体，实现高性能复杂算法的控制系统。此外，可编程逻辑控制器（programmablelogic：controller，PLC）、现场总线系统（field bus system，FBS）、现场可编程门阵列（field—program Mable gate array，FPGA）和控制局域网（controiler area network，CAN）与微机相结合在电机控制系统中的应用也不断深入。

4.新型电机和无传感器控制技术研究

各种电机控制系统的发展对电机本身也提出了更高的要求，需要研究新型电机设计、动态建模和控制策略，如直接联网高压电机设计、永磁电机设计、超声波电机设计、交流励磁发电机转子交流励磁控制、双馈感应电机设计和控制、磁悬浮直线电机设计、电子线路板元器件布置平面电机设计、开关磁阻电机设计与驱动控制、电机阻尼绕组的合理设计、异步电机转子鼠笼导条的故障诊断以及三维物理场的计算等问题。(www.xing528.com)

高性能的控制系统利用位置传感器或速度传感器检测转子位置或速度，而这类机械传感器使系统体积增大、可靠性降低、成本提高，而且易受环境的影响。为此，研究无传感器的控制系统成为研究的新热点。无传感器的电机控制方法是利用检测到的电机状态信号（如电压和电流信号），通过基于电机控制数学模型而设计的位置或速度观测器实时计算出电机转子位置或速度。由于算法复杂，计算量大，需要采用具有高速计算能力的微控制器芯片。

复习思考题

1.1 简述新能源汽车的定义。

1.2 简述新能源汽车的分类。

1.3 简述电动汽车的关键技术。

1.4 简述电动汽车对驱动电机的要求。

1.5 分析电动汽车电机驱动系统的组成。

1.6 简述电动汽车驱动系统的类型。

1.7 简述电动汽车用电机的类型。

1.8 简述电机控制技术的研究现状。