【《单机调速系统的发展和研究现状文献综述》2500字】

单机调速系统的发展和研究现状文献综述多电机控制技术的发展依托于单电机控制技术，因此需对单机调速系统进行必要的研究。永磁同步电机是目前单机调速系统最受关注的研究对象，并且针对永磁同步电机的调速策略研究也是目前极其热门的研究课题。1.1永磁同步电机的发展永磁同步电机诞生于上世纪二十年代，一经发明便因其天生的结构优势受到了相关专家学者的瞩目[1]。经过多年的研究，永磁机体积小、设计方便、重量轻、功率密度大以及结构尺寸可以灵活设计等特点被慢慢发掘出来，并在很多领域迅速取代了直流电机和带励磁系统的交流电机，成为主要应用对象。事实上，永磁同步电机的发明要早于电励磁电机，但是发明初期性能并不好，工业表现不及电励磁电机，因此前期并没有得到大面积应用。到了六、七十年代，稀土永磁材料诞生，这才使得永磁电机的发展进入了快车道。这在二十多年间，新的永磁才来基本每五年迭代一次并且其性能都有大幅提升[2]。不断更新的材料不仅提升了永磁同步电机的综合性能，并且拉低了其成本，使得永磁同步电机的应用范围拓展到了很多行业之中。永磁同步电机的发展主要依托于永磁材料的发展，目前主要使用稀土材料生产永磁体。我国有十分丰富的稀土资源，稀土储存量占全球首位，这个先天优势将引领我国电机行业的发展方向。目前我国高性能永磁材料已经产业化，稀土永磁电机大规模产业化的根基已经具备。依据国家发改委数据统计，我国电机耗能占全国产业用电量的80%，电机体系容量约7亿千瓦，每一年新增容量达到1.5亿千瓦，但是高效节能电机占市场份额不到3%，这是个巨大能源缺口，稀土永磁电机的发展在我国有巨大的前景。1.2电机控制技术的发展 永磁同步电机调速技术是伴随着永磁同步电机性能的改善而发展的，受限于前期永磁材料的低性能，该技术没有受到重视，到了六、七十年代永磁机性能得到大幅提升后，该领域也成了行业热门，得到了广泛的关注和突飞猛进的发展。电机控制理论发展到今天已经有了很多成熟的控制策略。针对不同的被控对象、参数变化、应用场景，应该综合考虑各策略的优缺点及适用对象，选择最优的控制策略，这样才能最大化整个控制系统的优点，实现尽可能高的效率和性能。下面简要介绍几种常见的控制策略：1.2.1矢量控制 矢量控制又叫磁场定向控制(FieldOrientedControl)[3]。电机定子电流包含有磁场分量和转矩分量，两者耦合不易于控制。经过磁场定向对二者进行解耦就可以相对独立地设计各自的控制器以实现矢量控制。解耦后的永磁同步电机定子电流分为两部分，一部分用于生成磁场记为，另一部分用来控制转矩大小记为，独立控制两者的幅值和相位可使得交流电机的控制可以如直流励磁电机控制一样简单。改变和配合，可以使调速系统产生不同的功率因数、效率、响应速度以及转矩输出性能。这种控制方式在目前是最主流的控制方式，其控制算法较为简单，并且可以获得较高的控制性能。1.2.2直接转矩控制 直接转矩控制（DirectTorqueControl,DTC）诞生于上个世纪80年代[4]。大概同时期由控制专家M.Depenbrock和ITakahashi两位教授分别独立提出。该方法也需要定子磁场定向，但不同于矢量控制，它不进行解耦操作，而是在静止坐标系下直接计算电机的磁链和输出转矩，再运用Band-Band控制产生PWM波。该控制方法在实际应用中由于需要估计定子的相关位置，受限于当前估计算法不够精确，控制效果并不够理想。1.2.3无传感器控制 电机控制中，转速和位置信息是一个十分关键的环节，一般都通过传感器来获取这些信息[5]。但在应用中有时会面临一些很实际的问题，例如高精度、速度快的传感器成本较高。安装传感器可能还会带来同轴度不强、系统可靠性降低、位置偏差等机械问题。应用无速度传感器控制策略替代原有的速度和位置传感器可解决上述问题，物理层面降低了成本，减小了系统体积重量。并且该控制策略还可以作为有传感器控制方式的一种补充功能，当原控制系统传感器出现故障时不至于使整个系统停运甚至崩溃。该控制方法近些年在学术界受到了很多关注。1.2.4智能控制实际控制系统中有很多参数都是非线性的，并且在系统运行过程中还会有大量的噪声、干扰，这些原因都可能使传统基于建模的控制方法效果大打折扣，而智能控制绕过了控制对象而更看重控制器本身的优化调整，会获得更贴近实际的效果。近些年来，针对智能控制的研究已经入工程应用领域，该技术也将成为未来业界研究的重点方向[6]。参考文献程明.微特电机及系统[M].中国电力出版社,2008.张梦霏.基于最大转矩电流比的永磁同步电机调速系统研究[D].冶金自动化研究设计院,2020.王成元，夏加宽，孙宜标．现代电机控制技术（第2版）［M］：机械工业出版社，2017．袁进行,马瑞卿,郭绪猛.永磁同步电机模糊直接转矩控制研究[J].微电机,2008,041(002):43-46.王康．嵌入式永磁同步电机无位置传感器控制研究［D］．浙江大学，2013．王耀南.智能控制系统:模糊逻辑专家系统神经网络控制[M].湖南大学出版社,1996.齐东旭.多电机精确同步控制系统研究[D].沈阳工业大学，2016.ChenY,ChengY,XuJ.Finite-timesynchronizationforthebrushlessDCmotorsystemsunderthevariablesubstitutionandsinusoidalfeedbackcontrol[C].Proceedingsof201332ndChineseControlConference(CCC),2013:424-428.SrinivasanK,KulkarniPK.Cross-CoupledControlofBiaxialFeedDriveServomechanisms[J].JournalofDynamicSystemsMeasurementandControl,1990,112(2):225-232.KorenY.Cross-coupledbiaxialcomputercontrolformanufacturingsystems[J].JournalofDynamicSystems,Measurement,andControl,1980,102(4):265-272.FengL,KorenY.Cross-couplingmotioncontrollerformobilerobots[J].IEEEControlSystems,1993,13(6):35-43.KulkarniPK,SrinivasanK.OptimalContouringControlofMulti-AxialFeedDriveServomechanisms[J].AsmeJofEngineeringforIndustry,1989,111(2):140-148.SunD,ShaoX,FengG.Amodel-freecross-coupledcontrolforpositionsynchronizationofmulti-axismotions:theoryandexperiments[J].IEEETransactionsonControlSystemsTechnology,2005,38(1):1-6.TomizukaM,HuJS,ChiuTC,etal.SynchronizationofTwoMotionControlAxesUnderAdaptiveFeedforwardControl[J].Adaptive&LearningControl,1990,114(2):196-203.FPerez-Pinal,CalderonG,Araujo-VargasI.Relativecouplingstrategy[C].IEEEInternationalElectricMachines&DrivesConference.IEEE,2003.DengZ,ShangJ,NianX.Synchronizationcontrollerdesignoftwocouplingpermanentmagnetsynchronousmotorssystemwithnonlinearconstraints[J].IsaTransactions,2015.ChenCS,ChenLY.RobustCross-CouplingSynchronousControlbyShapingPositionCommandsinMultiaxesSystem[J].IndustrialElectronics,IEEETransactionson,2012,59(12):p.4761-4773.严姝,孙元章,黎雄,等.多机电力系统分散鲁棒励磁控制器的研究[J].电力系统自动化,2000.李建勇,王勤,戴先中,等.多电机同步系统的解耦控制[J].控制工程,2003(02):169-172.刘志鹏.双电机同轴驱动功率平衡研究[D].贵州大学,2007.蔡京甫.双鼠笼电机同轴驱动功率平衡系统的研究[D].贵州大学,2008.曹玲芝,李春文,牛超,等.基于相邻交叉耦合的多感应电机滑模同步控制[J].电机与控制学报,2008,012(005):586-592.周丽.基于模糊自抗扰控制的三电机同步控制系统[D].江苏大学,2011.刘星桥,唐琳,周丽.二阶自抗扰控制器在三电机同步系统中的应用[J].电工技术