【正文】 T = CT Φm I2cosφ2 （ ） 式中： CT –轉(zhuǎn)矩常數(shù)； I2 –折算到定子上的電流； cosφ2 –轉(zhuǎn)子電路功率 因數(shù)。如此知： T與 Φm 、 I2成正比，要保持 T不變，則需要 Φm不變。 n T 10 20 30 40 1000 2023 3000 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性曲線(xiàn) 圖 即要求 u1 / f1 = 常數(shù) 此時(shí)，機(jī)械特性曲線(xiàn)族如 圖 。這些曲 線(xiàn)族的線(xiàn)性段基本平行，但最大轉(zhuǎn)矩 Tm隨 著 f1 的下降而減小。原因是： f1高時(shí) → u1 值大 → 定子電流子在定 子繞組中造成的壓降與 u1 相比，所占比例 很小，認(rèn)為 u1=Eg。 f1很低時(shí) → u1很小 → 定子電流在定 繞組中造成的壓降與 u1 相比所占比例很大 u1和 Eg相差很大； 所以 Φm減小， 使 T m下降。 3/9/2023 T n 10 20 30 40 1000 2023 3000 恒 Tm調(diào)速特性曲線(xiàn) 圖 2)恒最大轉(zhuǎn)矩（ Tm）調(diào)速 為了使低速時(shí)， Tm不下降，必須使 E1 / f1 = 常數(shù) 采取 E1 、 f1 協(xié)調(diào)控制。然而繞組中感應(yīng)電勢(shì)難以直接控制，亦采 用隨轉(zhuǎn)數(shù)的降低，定子電壓要適當(dāng)提高的辦法，以補(bǔ)償定子繞組 電引起的壓降。恒 Tm調(diào)速的機(jī)械特性如圖 。 從圖中可以看出 低速時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩得到了提高，與高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩一樣。 3/9/2023 10 20 30 40 50 60 1000 2023 n T 圖 6. 33 恒功率調(diào)速 基頻以上調(diào)速稱(chēng)為 恒功率調(diào)速。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，可以將 f1大于 額定 頻率 ，得到大于額定值的轉(zhuǎn)速。由于定子電壓不能超過(guò)額定電 壓，因此 Φm 將隨 f1的升高而降低，使轉(zhuǎn)矩下降。由 P = M↓n↑ = 恒定 故 功率不變 以上交流機(jī)的變頻變壓調(diào)速為非線(xiàn)性，不如直流電機(jī)調(diào)速性能好。 3/9/2023 矢量變換控制由德國(guó)于 1971年提出和實(shí)現(xiàn)。其原理是利用矢量變 換將交流機(jī)向直流機(jī)那樣控制，這是在理論和實(shí)踐上的突破。矢量變 換控制既適用于交流異步電機(jī)，也適用于交流同步電機(jī)。下面以交流 異步電機(jī)為例說(shuō)明。 直流伺服電機(jī) 具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，是因?yàn)? 被控量為二個(gè)獨(dú)立的量：磁場(chǎng) Φ和電樞電流 Ia(或 Ua)，并且互不影響。 電磁轉(zhuǎn)矩（ M=CMΦIa）與 Φ和 Ia分別成正比關(guān)系。 如果能 模擬 直流伺服電機(jī) ，求出交流伺服電機(jī)與之對(duì)應(yīng)的等效磁 場(chǎng)和等效 電樞電流，分別獨(dú)立控制，就會(huì)使交流電機(jī)具有直流電機(jī)相 似的優(yōu)良特性。為此，要進(jìn)行： 三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為直流（標(biāo)量） ，建立交流電機(jī)的 等效數(shù)學(xué)模型。 伺服電機(jī)的控制， 實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)矩的控制 。交流感應(yīng)電機(jī)的等效轉(zhuǎn)矩 T = CT Φm I2cosφ2 其中磁通為 矢 量，它是由定子電流 I1與轉(zhuǎn)子電流 I2合成電流 I0產(chǎn)生 的。與直流電機(jī)相比， 交流感應(yīng)電機(jī)沒(méi)有獨(dú)立的激磁回路。如果要把 轉(zhuǎn)子電流 I2比作 Ia， I2時(shí)刻影響 Φ的變化； 3/9/2023 其次， 交流感應(yīng)電機(jī)的輸入量是隨時(shí)間變化的量，磁通亦是空 間交變矢量 。如果 僅控制定子電壓和頻率，其輸出特性（ n=f(T)） 也不是線(xiàn)性。 為此，可利用等效概念，將三相交流輸入電流 變?yōu)榈刃У闹绷? 電機(jī)中彼此獨(dú)立的激磁電流 If和電樞電流 Ia。然后和直流電機(jī)一樣， 通過(guò)對(duì)這兩個(gè)量的反饋控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。最后，通過(guò) 相反的變換，將等效的直流量還原為三相交流量，控制實(shí)際的三相 感應(yīng)電機(jī)。 等效變換的準(zhǔn)則：變換前后有相同的磁動(dòng)勢(shì)（磁勢(shì)），即必須 生成同樣的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 F = (ωI)=ΦRm 磁路歐姆定律。 其中 F–磁勢(shì)（相當(dāng)于電勢(shì)）、 ω–線(xiàn)圈匝數(shù)、 I –電流、 Φ–磁通、 Rm –磁阻。 /二相變換（ A、 B、 C/α、 β） 即將 三相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У?二相 交流電機(jī) 。圖 a為三相 交流電機(jī)中彼此相差 120186?？臻g角度的三個(gè)定子繞組，分別通以時(shí)間 相差 120186。電角度的三相平衡 交流電流 iA 、 iB 、 iC。于是在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其矢量為 Φ ，角速度 ω0 。 3/9/2023 ω0 圖 三相交流機(jī) 二相直流機(jī)變換 a) 三相交流電機(jī) b) 等效的二相交流電機(jī) c)等效的直流電機(jī) 應(yīng)用 三相 /二相數(shù)學(xué)變換，轉(zhuǎn)化為 二相交流繞阻（ α 、 β ）的等效交流磁場(chǎng) 。 如圖 ，按空間相差 90186。布置，分別通以時(shí)間相差 90186。的平 衡 電流 iα、 iβ， 則產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，其矢量為 Φ ，角速度 ω0 。 與三相 A、 B、 C產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一致 。 A A B C d d q q Φ Φ Φ ω0 ω0 α β 3/9/2023 60o 60o FC FA FB Fα Fβ 圖 三相交流 二交流相磁勢(shì)變換 的計(jì)算圖 見(jiàn)圖 ， 其轉(zhuǎn)換磁勢(shì)為： 激磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)正交 按磁勢(shì)與電流成正比的關(guān)系， 同理，其轉(zhuǎn)換電流為： CBCBCBACBAFFFFFFFFFFFF232360sin60sin212160cos60cos???????????????? ?????????????CBCBAiiiiiii23232121?? 按三相平衡量與二相平衡量等 效的原則，其它物理量轉(zhuǎn)換可 以用相同的方法。 這樣三相交流電機(jī)轉(zhuǎn)換二 相交流電機(jī)。 3/9/2023 d id iq iα il q β α (F1) ? 激磁繞阻 （ ?） ? ? 電樞繞阻 iβ 圖 二相交流 二相直流變換的計(jì)算圖 即將 二相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У?直流 電機(jī)， 見(jiàn)圖 。直流電 機(jī)中，如果電樞反應(yīng)（電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響）得以完全補(bǔ)償， 激磁磁勢(shì)與電樞磁勢(shì)正交。圖 6. 34 c中的 d為激磁繞阻，通以激磁 電流 id， q為電樞繞阻，通以電樞電流 iq， 則 id 產(chǎn)生固定幅度的磁 場(chǎng) Ф， 以 ω0角速度旋轉(zhuǎn)。這樣就可看成直流電機(jī)了。 轉(zhuǎn)化過(guò)程中實(shí)質(zhì)是矢量向標(biāo)量的轉(zhuǎn)化，將靜止的直角坐標(biāo)系看 成旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系。這里，就是將 iα iβ轉(zhuǎn)化為 id與 iq。在圖 中， iα、 iβ 的合成矢量 i1在 Ф 方向和其垂直方向投影，即可 求出 id與 iq。其磁場(chǎng)在空間以 ω0角速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換公式為： ? ??? ??? ?? ?? ??????cossinsincosiiiiiiqd3/9/2023 以上變換是以磁通軸為基準(zhǔn)，所以，變換過(guò)程中要測(cè)得實(shí)際磁通，包括幅值和在空間的位置。 在 圖 ，由 id、 iq 求 i1 （用極角和極半徑表示），公式為： ????????dqqdiiiii?ta n221根據(jù)矢量變換的原理可以組成矢量控制的 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng) 3/9/2023 位置控制 作用 ：位置控制是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是保證位置精度的環(huán)節(jié)。 分類(lèi) ：位置控制按結(jié)構(gòu)分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制；按工作原理分為： 相位控制、幅值控制、數(shù)字控制 等。 開(kāi)環(huán)控制用于步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行件的系統(tǒng)中，其位置精度由步進(jìn)電 機(jī)本身保證。 相位控制、幅值控制是早期直流模擬伺服系統(tǒng)中的位置控制方法， 原理是將控制信號(hào)變?yōu)橄辔换蚍?、并進(jìn)行比較，現(xiàn)在已不用。下面 主要介紹閉環(huán)數(shù)字伺服系統(tǒng)的位置控制。 位置控制環(huán)是伺服系統(tǒng)的外環(huán)，它接收數(shù)控裝置插補(bǔ)器每個(gè)插補(bǔ)采樣周期發(fā)出的指令，作為位置環(huán)的給定。同時(shí)還接收位置采樣周期 測(cè)量反饋裝置測(cè)出的位置值，與給定值進(jìn)行比較，得出位置誤差，該 誤差作為速度環(huán)的給定。 實(shí)際上，伺服系統(tǒng)根據(jù)各環(huán)節(jié)增益、倍率及其他要求，對(duì)位置環(huán) 3/9/2023 位置檢測(cè) 測(cè)速值 位置傳感器 測(cè)速計(jì) 電動(dòng)機(jī) 速度控制 位置控制 指令位置 Doi + DAi 實(shí)際 位置 ?Di Vpi ?Vi VDi KD KV 圖 模擬位置控制系統(tǒng)原理圖 的給定、反饋和誤差信號(hào)還要進(jìn)行處理。 比較方法分模擬比較和數(shù)字比較：脈沖比較和數(shù)字比較。現(xiàn)代 全數(shù)字伺服系統(tǒng)在位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)都進(jìn)行數(shù)字控制。采用 微處理器進(jìn)行數(shù)字處理。 3/9/2023 1. 系統(tǒng)的組成 脈沖比較是一種常用的方法。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常采用 由光電脈沖編碼器組成的位置檢測(cè)裝置，在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng) 常采用光柵及其電路作為位置檢測(cè)裝置。通過(guò)檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)、反饋，進(jìn)行脈沖比較。 比較 環(huán)節(jié) 伺服 放大器 D/A 工作臺(tái) 位置檢測(cè)器 （編碼器） 伺服 電機(jī) 脈沖 處理 指令脈沖 P 反饋脈沖 位置信息 圖 數(shù)字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng) pf 3/9/2023 2. 位置環(huán)的工作原理 位置環(huán)按負(fù)反饋、誤差原理工作，有誤差就運(yùn)動(dòng)，沒(méi)誤差就停 止。具體如下： ⑴ 靜止?fàn)顟B(tài) 指令脈沖 P = 0，工作臺(tái)不動(dòng)，則反饋脈沖 Pf= 0 經(jīng) 比較器比較得誤差（或叫偏差） e = P Pf = 0 ,速度誤差也為零，工 臺(tái)不動(dòng)。 ⑵ 指令為正向脈沖時(shí) P＞ 0， 工作臺(tái)沒(méi)有移動(dòng)前，反饋脈沖 Pf 為零，經(jīng)比 較器比較得誤差 e = P Pf ＞ 0 , 速度誤差也大于零，電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)向正方向移動(dòng)。隨著電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)出的反饋脈 沖信號(hào)通過(guò)采樣進(jìn)入比較器，按負(fù)反饋原理，誤差減小，當(dāng)誤差為 零時(shí)，工作臺(tái)達(dá)到指令規(guī)定的位置，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。 如按插補(bǔ)周期不斷的發(fā)出指令，工作臺(tái)就不斷的運(yùn)動(dòng)，誤差為 一穩(wěn)定值時(shí)，工作臺(tái)為恒速運(yùn)動(dòng)。 加速時(shí)，指令值由零不斷增加，誤差也不斷加大，使工作臺(tái)加 速運(yùn)動(dòng)。減速時(shí)，因誤差不斷減小，使工作臺(tái)減速運(yùn)動(dòng)。 ⑶ 指令為負(fù)向脈沖時(shí) P＜ 0，運(yùn)動(dòng)情況與指令為正向脈沖時(shí) 一 樣，只是 e = P Pf ＜ 0，工作臺(tái)向反方向進(jìn)給。 3/9/2023 見(jiàn)書(shū)中圖 特點(diǎn) ◆三環(huán)全部數(shù)字控制； ◆專(zhuān)用微處理器參與速度、電流環(huán)的數(shù)字處理和比較； ◆位置反饋比較由高速通訊總線(xiàn)（光纖通訊）、位控 CPU完成。 3/9/2023 謝謝聽(tīng)講 歡迎提出寶貴意見(jiàn)和建議 3/9/2023 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH