探析运动控制技术的时代特点和发展趋势

运动控制具有明显的时代特点，它是多种高新技术的综合，用来将工业自动化、办公自动化和家庭自动化推向更高阶段。今天的运动控制，一般由变频器、电动机、控制器组成。

（1）变频器部分

变频器的核心是电力电子器件及控制方式。

1）电力电子器件。变频器随着逆变器件的发展而发展，逆变器件是向着耐压高、电流大、调制频率高及集成度高的方向发展的。晶闸管为半控器件，属于第一代产品，其调制频率低、控制复杂、效率低、容量大、电压高，不管用作整流还是用作逆变，都是比较成熟的。

用全控器件GTO晶闸管和双极型器件BJT来组装变频器，尚存在以下缺点：GTO晶闸管的关断电流增益太小，过电流保护比较困难，而且调制频率过低；BJT器件的输出电压不超过460V，容量不超过400kW。BJT器件为电流驱动，功耗大，调制频率也不高。

在运行控制中，新一代的电力电子器件IGBT是MOS管驱动BJT，优点是容量和电压都超过了BJT，本身集合了MOS管与BJT器件的两大优点，产品已发展到第四代。把IGBT的驱动电流和保护电路复合在一起的智能功率器件称为IPM（有的还将开关电源集成于一体）（见图1-7），这样使变频器更加可靠，已成为交流调速的主导产品。

图1-7 PM100VR120IPM智能逆变功率模块(www.xing528.com)

2）控制方式。变频器采用不同的控制方式，得到的调速性能、特性及用途是不同的。控制方式大体上分为开环和闭环控制。开环控制有U/f（电压/频率）成正比例的控制方式；闭环有转差频率控制和矢量控制。从发展历史看，也是从开环到闭环，如今的矢量控制可以与直流电动机电枢电流控制相媲美。现在还可以直接对交流电动机参数进行直接转矩控制，这样就更容易实现方便准确和高精度的控制。

（2）电动机部分

运行控制中的对象主要是电动机，但又不完全是人们熟知的电动机，这里有很多新概念值得重视。

电力电子器件将交流电变为直流电很容易，而从直流电变为交流电则比较困难。将电力电子器件串联、并联也有一定的困难。因此希望电动机的电压和相数要和器件密切配合，综合设计，统一考虑，不要困于原来的传统和标准。

近年来，同步电动机在运行控制中升为一颗新星，第21届IEEE国际电力电子会议曾讨论过“永磁或磁阻同步电动机是否将取代异步电动机在变速传动中应用”的问题，永磁同步电动机采用自控后，虽然增加了转子位置反馈环节，但去掉了起动绕组，摆脱了起动和牵入同步造成的设计和运行上的困难。永磁同步电动机可以是自然解耦的，电磁时间常数也较小，控制性能已经优于直流电动机，在伺服系统中取得了“盟主”地位。