1 數(shù)字交流伺服控制

1. 
   由于交流電動機(jī)定子側(cè)的各物理量都是交流量，其空間矢量以同步角頻率1旋轉(zhuǎn)，致使控制、計(jì)算很困難。因此，需借助于坐標(biāo)變換，使之從靜止坐標(biāo)系變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將空間矢量變換為直流量，并進(jìn)行控制。為說明變換原理，定義三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系如圖1a、b、c。

   在圖1a中，假設(shè)三相交流電動機(jī)通以三相平衡的正弦電流i_A、i_B和i_C，產(chǎn)生以同步角頻率w旋轉(zhuǎn)的三相定子合成磁動勢空間矢量F_j。在圖1b中，當(dāng)兩相固定繞組a、b(空間位置相差90°電角度)，通以兩相平衡電流i_a、i_b(時(shí)間上相差90°電角度)時(shí)，也可產(chǎn)生相同的F_j。前述坐標(biāo)系都是靜止的，在圖1c中，若對兩個(gè)相互垂直的繞組d、q通入直流電流id、1q，將分別產(chǎn)生兩個(gè)固定磁動勢F_d和F_q，并使d、q坐標(biāo)系同時(shí)以同步角頻率w旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)_d和F_q也隨之旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生與前述等效的F_j。因此，可以將電動機(jī)的三相繞組等效成d、q坐標(biāo)系下的兩組繞組。站在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上看，電動機(jī)各矢量都變成靜止矢量，其各分量都是直流量，因此易于確定轉(zhuǎn)矩和被控矢量各分量間的關(guān)系，實(shí)時(shí)地計(jì)算出被控矢量的各分量值(直流分量)。由于這些被控制矢量的直流分量在物理上是不存在的，還需經(jīng)坐標(biāo)變換，從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系回到靜止坐標(biāo)系，將上述直流給定量變換成物理上存在的交流給定量，在靜止坐標(biāo)系中對交流量進(jìn)行控制。
   

   磁場定向控制原理如圖2所示。速度差經(jīng)速度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)后輸出定子電流矢量的幅值給定：由轉(zhuǎn)子位置檢測電路檢測、計(jì)算后得到定子電流矢量的相位，且在電流給定環(huán)節(jié)中與定子電流矢量的幅值給定綜合，并變換產(chǎn)生瞬時(shí)三相電流給定信號：電流給定信號與經(jīng)過變換的實(shí)測電流信號相比較，再經(jīng)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)且輸出脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation-PWM)信號，以控制交流伺服電動機(jī)。其關(guān)鍵是通過解耦來控制定子電流矢量的幅值和空間位置。

2. 直接轉(zhuǎn)矩控制理論

   直接轉(zhuǎn)矩控制的原理如圖3所示。該理論摒棄了磁場定向控制理論中的解耦控制，而由定子磁場進(jìn)行定向。用空間矢量的分析方法，在定子坐標(biāo)下借助三相定子電流和電壓的測量值，計(jì)算磁通和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值，并與磁通和轉(zhuǎn)矩的給定值進(jìn)行比較，分別經(jīng)轉(zhuǎn)矩與磁通調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，利用逆變器的六種開關(guān)狀態(tài)，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制。即通過電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度和方向，以改變磁通角的大小，并利用轉(zhuǎn)矩與磁通角的比例關(guān)系達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的。它省掉了繁瑣的靜止坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)間的矢量變換以及大量的坐標(biāo)變換計(jì)算，無需進(jìn)行電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器。它具有控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制手段直接、信號處理的物理概念明確等特點(diǎn)。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，無超調(diào)，是一種具有較高動、靜態(tài)性能的交流調(diào)速方法。