电磁转矩控制的关键性能优化

在电气传动系统中，电机向拖动负载提供驱动转矩，对负载运动的控制是通过对电机电磁转矩的控制而实现的，如图3-13所示。

图3-13　电机及负载

根据动力学原理，可写出机械运动方程为

式中，Te为电磁转矩，N·m；TL为负载转矩（包括了空载转矩，空载转矩是电机空载损耗引起的可认为是恒定的阻力转矩），N·m；ωr为转子机械角速度，ra d/s；J为系统转动惯量（包括转子），kg·m2；Rω为阻尼系数，通常是ωr的非线性函数。

如果电气传动对系统的转速提出控制要求，如能够在一定范围内平滑地调节转速，或者能够在所需转速上稳定地运行，或者能够根据指令准确地完成加（减）速、启（制）动以及正（反）转等运动过程，这就需要构成调速系统。

由上面机械运动方程可知，对系统转速的控制实则是通过控制动转矩（Te，TL）来实现的。这就意味着，只有能够有效而精确地控制电磁转矩，才能构成高性能的调速系统。在实际生产中，负载运动的表现不一定都是转速，也可能是电气传动对旋转角位移提出控制要求，这就需要构成位置随动系统。位置随动系统又称为伺服系统，主要解决位置控制问题，要求系统具有对位置指令准确跟踪的能力。

由图3-13，可得

式中，θr为转子旋转角度（机械角度），ra d。

由机械方程，可得(www.xing528.com)

显然，对电机转子位置的控制也只能通过控制动转矩（Te—TL）来实现。为构成高性能伺服系统，就需要对电磁转矩具备很强的控制能力。

在实际控制中，无论是调速系统还是伺服系统，都是带有负反馈的控制系统，然而对控制性能的要求各有侧重。例如，对调速系统而言，如果系统的给定信号是恒值，则希望系统输出量即使在外界扰动情况下也能保持不变，即系统的抗扰性能十分重要。对伺服系统而言，位置指令是经常变化的，是个随机变量。系统为了准确地跟随给定量的变化，必须具有良好的跟随性能，也就要求提高系统的快速响应能力。但是，提高系统的这些控制性能，其前提条件和基础是提高对电磁转矩的控制品质。或者说，对电机的各种控制，归根结底是对电磁转矩的控制，对电磁转矩的控制品质将直接影响到整个控制系统的性能。

复习思考题

2.1　简述基尔霍夫电流定律。

2.2　简述基尔霍夫电压定律。

2.3　简述安培环路定理。

2.4　简述法拉第电磁感应定律。

2.5　简述电磁力定律。

2.6　画出铁磁材料的磁化曲线并分析其原理。

2.7　画出铁磁材料的磁滞回线并分析其原理。