【正文】 下述三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用：（ 1）一般性能的節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速，（ 2）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)，（ 3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流傳動(dòng)。在 20 世紀(jì)大部分年代里，鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的可控性能，高性能可調(diào)速傳動(dòng)一般都用直流電機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?80%的不變速傳動(dòng)則采用交流電機(jī)，這種分工在當(dāng)時(shí)已成為舉世公認(rèn)的格局 。受到普遍重視還在開(kāi)發(fā)的有：交 交矩陣式變換器，它具有輸入電流和輸出電壓都接近正弦波、能量傳輸可逆、可省去直流濾波電容等優(yōu)點(diǎn)，但主電路略嫌復(fù)雜，如果能成功地開(kāi)發(fā)出雙向 IGBT 模塊，則結(jié)構(gòu)可大為簡(jiǎn)化。后者要求功率因數(shù)可控，各次諧波分量小于國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的限度，顯然這是一種治本的辦法。 隨著電力電子變換器的日益普及，諧波和無(wú)功電流給供電電網(wǎng)造成的 “電力公害 ”越來(lái)越值得重視。 在以上 4 種 PWM 變換器中，前兩種是以輸出電壓接近正弦波為控制目標(biāo)的，第3種以輸出正弦 波電流為控制目標(biāo)，第 4 種則以被控電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)接近圓形為電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 7 控制目標(biāo)。用于控制交流電機(jī)的主要是變壓變頻器，其中中、小容量的多為 PWM 變換器。電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展方向是；模塊化和集成化、高頻化、改善封裝、采用新材料（如 SiC）等。容量再大時(shí)，還得采用 GTO，而 GTO 的可靠性總是不能令人滿意的。 電力電子器件的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)三個(gè)平臺(tái) ：（ 1）晶閘管（ SCR） ,（ 2） GTR 和GTO，（ 3） IGBT。 2 電力電子變換器是信息流與物質(zhì) /能量流之間必需的接口 電力電子技術(shù)是信息流與物質(zhì) /能量流之間的重要紐帶，如果沒(méi)有電力電子變換，沒(méi)有弱電控制強(qiáng)電的接口，則信息始終就是信息，不可能真正用來(lái)控制物質(zhì)生產(chǎn)。目前，常用的微處理器有：?jiǎn)纹瑱C(jī)（ SCP）、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) (RISC)和包含微處理器的高級(jí)專(zhuān)用集成電路(ASIC)。近代的電氣傳動(dòng)控制 手段幾乎都是電子控制，常用的電子控制方法有兩種：模擬控制電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 6 和數(shù)字控制。當(dāng)然，電氣傳動(dòng)技術(shù)也必須在信息技術(shù)的推動(dòng)下，適應(yīng)信息化時(shí)代的需要而向前發(fā)展，才能真正成為以信息化帶動(dòng)工業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正如在人體中，信息技術(shù)好比是大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比是四肢，電氣傳動(dòng)則是牽動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)的肌肉與骨骼。因此，人們多熱中于通信、計(jì)算機(jī)以及軟件等行業(yè)，電氣傳動(dòng)技術(shù)多少有些受到冷淡。由于（ 1）電機(jī)的效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì)，（ 2）電能的傳輸和分配比較方便，（ 3）電能容易控制，因此現(xiàn)在電氣傳動(dòng)已經(jīng)成為絕大部分機(jī)械的傳動(dòng)方式，成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。 所謂電氣傳動(dòng)，是指用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，去帶動(dòng)各種類(lèi)型的生產(chǎn)機(jī)械、交通車(chē)輛以及生活中需要運(yùn)動(dòng)的物品。而我國(guó)還是以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家，根據(jù)去年第 5 次人口普查的統(tǒng)計(jì)，鄉(xiāng)村人口還占總?cè)丝诘?%,我國(guó)的工業(yè)化尚未完成，基礎(chǔ)工業(yè)還比較薄弱。我國(guó)在生產(chǎn)力特別是科學(xué)技術(shù)方面總體上雖然還比較落后，但在黨中央的英明領(lǐng)導(dǎo)下，正迎頭趕上信息化的浪潮，信息產(chǎn)業(yè)及其應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，成為覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù)包含三方面的主要內(nèi)容：（ 1）數(shù)字控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動(dòng)控制的主要手段，（ 2）電力電子變換器是信息流與物質(zhì) /能量流之間必需的接口，（ 3）可控交流電氣傳動(dòng)逐步取代直流傳動(dòng)已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。正如人體，信息技術(shù)好比大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比四肢，電氣傳動(dòng)則是牽動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)的肌肉與骨骼，大腦再聰明，如果肌肉與骨骼不靈，人體也只能癱瘓。 信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù) 當(dāng)前世界上正處于信息化的時(shí)代，而我國(guó)工業(yè)化尚未完成，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化是我們的重要任務(wù)。針對(duì)典型Ⅲ型系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法則是“工程設(shè)計(jì)方法”所未涉及而又實(shí)際需要的 ,故填補(bǔ)了“工程設(shè)計(jì)方法”的空白 。針對(duì)交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)魯棒性差的問(wèn)題則進(jìn)行了研究并提出了優(yōu)化方案。因此借鑒了“工程設(shè)計(jì)方法”的基本思想 ,以電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)為目的 ,在現(xiàn)有的調(diào)節(jié)器“工程設(shè)計(jì)方法”基 礎(chǔ)上 ,采用其采用少量典型系統(tǒng)、分步設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)思路 ,以系統(tǒng)閉環(huán)幅頻特性峰值、調(diào)節(jié)時(shí)間最小為最優(yōu)化原則 ,分別針對(duì)典型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型系統(tǒng)研究出一套更能滿足實(shí)際工程需要的設(shè)計(jì)方法。所以 ,我國(guó)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的權(quán)威專(zhuān)家陳伯時(shí)教授總結(jié)出的調(diào)節(jié)器的“工程設(shè)計(jì)方法” ,目前在實(shí)際設(shè)計(jì)中仍然是主流設(shè)計(jì)方法。 近年來(lái)許多新理論新策略應(yīng)用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中 ,并獲得了良好的效果。隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)對(duì)環(huán)保、節(jié)能要求的日漸嚴(yán)格 ,電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在社會(huì)各方面的使用越來(lái)越廣泛。 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 4 1 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究概述 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)又稱電力拖動(dòng)系統(tǒng) ,是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的總稱。當(dāng)然電氣傳動(dòng)也要適合信息化時(shí)代的需要而發(fā)展。電氣傳動(dòng)是工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)在我國(guó)已有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。 我國(guó)電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于 1954 年，當(dāng)時(shí)第一批該專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)生從各大專(zhuān)院校畢業(yè)，同時(shí)在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司 ，這就是后來(lái)的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。 近年來(lái)交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類(lèi)原本不調(diào)速的機(jī)械越來(lái)越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能 (節(jié)約 15%～ 20%或更多 )，改善產(chǎn) 品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。電氣傳動(dòng)關(guān)系到合理地使用電動(dòng)機(jī)以節(jié)約電能和控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) (位置、速度、加速度等 )，實(shí)現(xiàn)電能 機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。 32 5 參考文獻(xiàn) 24 電梯傳動(dòng)控制系統(tǒng) 23 起重機(jī)電氣傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 23 人工智能在電氣傳動(dòng)中運(yùn)用的進(jìn)展 19 3 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)在具體實(shí)際生活的應(yīng)用 14 PLC 控制系統(tǒng)與智能化中央空調(diào) 12 2 電氣傳動(dòng)控制與 PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用 8 交流傳動(dòng)在我國(guó)的應(yīng)用和展望 6 信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù) 6 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究概述 4 1 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 2 前言 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 2 目錄 內(nèi)容摘要 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究是通過(guò)他的原理及其應(yīng)用而為人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 1 內(nèi)容摘要 隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展 ，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)也日新月異，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的概念從出現(xiàn)以來(lái) ， 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 又有了新的發(fā)展。 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是近年來(lái)引起人們很大興趣的一個(gè)領(lǐng)域：它的研究目標(biāo)是用機(jī)器，通常為傳動(dòng)控制系統(tǒng)、電腦等，盡可能地代替人的體力活動(dòng)，并且爭(zhēng)取在這些方面最終改善并超出人的能力；其研究領(lǐng)域及應(yīng)用范圍十分廣泛、例如，自動(dòng)控制、人工智能、PLC 控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人等等。 關(guān)鍵詞 ：傳動(dòng)控制 ， 自動(dòng)控制， PLC 控制， 智能控制 ， 信息化 ， 電氣傳動(dòng) ， 數(shù)字控制 。 14 利用 PLC 控制的自動(dòng)配料系統(tǒng) 27 4 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)論 33 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 3 前 言 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置 3 部分組成。電氣傳動(dòng)分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類(lèi)，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。在我國(guó) 60%的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此調(diào)速傳動(dòng)是一個(gè)重要行業(yè)，一直得到國(guó)家重視，目前已有一定規(guī)模。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。長(zhǎng)期以來(lái)，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。我國(guó)電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史見(jiàn)表 1。 當(dāng)前世界上正處于信息化的時(shí)代，而我國(guó)工業(yè)化尚未完成，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化是我們的重要任務(wù)。正如人體，信息技術(shù)好比大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比四肢，電氣傳動(dòng)則是牽動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)的肌肉與骨骼，大腦再聰明，如果肌肉與骨骼不靈，人體也只能癱瘓。信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù)包含三方面的主要內(nèi)容：（ 1）數(shù)字 控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動(dòng)控制的主要手段，（ 2）電力電子變換器是信息流與物質(zhì) /能量流之間必需的接口，（ 3）可控交流電氣傳動(dòng)逐步取代直流傳動(dòng)已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí) 。其目的是為了通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)合理的控制 ,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng) ,停止 ,速度、位置調(diào)節(jié)以及各種生產(chǎn)工藝的要求。如何優(yōu)化、設(shè)計(jì)電氣 傳動(dòng)系統(tǒng) ,以實(shí)現(xiàn)更低廉的成本、更好的性能就具有十分重要的意義。但對(duì)大部分系統(tǒng)而言 ,其基本的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)、利用調(diào)節(jié)器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行校正以使系統(tǒng)符合要求的方法基本未變。如何設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的調(diào)節(jié)器依然是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。并總結(jié)出了便于設(shè)計(jì)者使用的參數(shù)、性能指標(biāo)值計(jì)算公式及圖表。 利用 MATLAB 編程和 SIMULINK 仿真對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證 ,結(jié)果表明針對(duì)典型Ⅰ、Ⅱ型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)性能指標(biāo)及設(shè)計(jì)靈活性均好于“工程設(shè) 計(jì)方法” 。在交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中引入復(fù)合磁鏈觀測(cè)器及雙層模糊控制器后 ,系統(tǒng)的魯棒性及性能得到了提高。電氣傳動(dòng)是工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。當(dāng)然電氣傳動(dòng)也要適合信電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 5 息化時(shí)代的 需要而發(fā)展。 當(dāng)前，世界這艘航船正行駛在信息化的海洋中，信息技術(shù)已成為推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。然而，許多先進(jìn)的工業(yè)國(guó) 家是在完成了工業(yè)化的歷史任務(wù)后向信息化的時(shí)代邁進(jìn)的，他們開(kāi)發(fā)信息產(chǎn)業(yè)具有雄厚的基礎(chǔ)。所以必須在發(fā)展信息化的同時(shí)，特別強(qiáng)調(diào) “以信息化帶動(dòng)工業(yè)化 ”，才能 “發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展 ”（《中共中央十五屆五中全會(huì)公報(bào)》）。自從人類(lèi)發(fā)明并掌握各種機(jī)械幫助自己 勞動(dòng)以來(lái)，就需要有推動(dòng)機(jī)械的原動(dòng)力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和風(fēng)力，后來(lái)又發(fā)明了蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)， 19 世紀(jì)才發(fā)明電動(dòng)機(jī)。 在信息化浪潮中，信息技術(shù)帶動(dòng)著先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，這是無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)。但必須注意的是，電氣傳動(dòng)是工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，信息本身并不能直 接讓機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)，信息技術(shù)必須通過(guò)電氣傳動(dòng)才能帶動(dòng)工業(yè)化。大腦再聰明，如果肌肉和骨骼不 靈，人體也只能是癱瘓的。 1 數(shù)字控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動(dòng)控制的主要手段 最早的自動(dòng)控制手段是機(jī)械控制，后來(lái)逐步讓位于電氣控制和電子控制。自 20世紀(jì) 70 年代以來(lái)，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強(qiáng)、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經(jīng)商品化，把電子控制推上了一個(gè)嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制（簡(jiǎn)稱微機(jī)數(shù)字控制）成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)控制器的主要形式。 由于計(jì)算機(jī)除一般的計(jì)算功能外 ,還具有邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算的能力，因此數(shù)字控制和模擬控制相比有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種比較復(fù)雜的控制策略，（ 2）數(shù)字控制系統(tǒng)能夠完成故障的自診斷，提高診斷過(guò)程的智能化?，F(xiàn)在，電力電子技術(shù)的發(fā)展正處于壯年期，新的電力電子器件和變換技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)出來(lái)。目前，市場(chǎng)上能夠廣泛供應(yīng)的 IGBT 其電壓和電流容量有限，一般只夠中、小容量的低壓電氣傳動(dòng)使用。于是世界上很多電力電子企業(yè)和研究所都在努力開(kāi)發(fā)新型的高壓功率開(kāi)關(guān)器件，已經(jīng)問(wèn)世的有 IGCT,IEGT 以及 33006000V 的 IGBT等，可供中壓、大容量電氣傳動(dòng)使用。 在電力電子變換器中， 用于控制直流電機(jī)的主要是由全控器件組成的斬波器或PWM 變換器，以及晶閘管相控整流器。常用的交流 PWM 控制技術(shù)有： （ 1）基于正弦波對(duì)三角波脈寬調(diào)制的 SPWM 控制； （ 2）基于消除指定次數(shù)諧波的 HEPWM 控制； （ 3）基于電流滯環(huán)跟蹤的 CHPWM 控制； （ 4）電壓空間矢量控制（ SVPWM 控制），或稱磁鏈軌跡跟蹤控制。顯然第 4種的效果最好，而且是直接控制功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，算法簡(jiǎn)單，故應(yīng)用最廣。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法有二：（ 1）采用有源濾波和無(wú)功補(bǔ)償裝置，（ 2）開(kāi)發(fā) “綠色 ”電力電子變換器。 目前已經(jīng)應(yīng)用的綠色變換器有：雙 PWM 交 直 交變換器、多單元串聯(lián)的中壓變換器、多 電平中壓變換器等。 3 可控交流電氣傳動(dòng)逐步取代直流傳動(dòng)已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)