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电机驱动与运动控制领域的四大技术创新

新闻来源:搜狐发布日期:2020-07-07

       运动控制技术领域的一个重要发展包括电机驱动技术,功率开关晶体管和微处理器,控制的复杂度,软件影响。也许在过去的60多年里,电机驱动与运动控制研究领域不断发展的步伐放缓了,但关于那些成熟技术的创新能力仍在继续。 预计以下4个方面的进展将继续推动电机驱动和运动控制行业的发展。


    1 电机驱动技术的进步
       电机驱动技术,为世界上许多制造和生产线提供可靠的动力保障。随着时间的推移,这一研究领域最大的发展问题之一就是变频器,可为工业技术领域的交流感应电动机提供一个可靠的速度和转矩控制。新型变频器能够控制永磁交流同步电动机,从而增加其功能的多样性。伺服和步进驱动器,在各种不同类型的伺服和步进电机的转矩和位置控制取得了显著的性能改善。 它们用各自较低的功率范围适用于其合适的应用场景。
       硬件和软件创新是电机驱动发展的推动力。主要的硬件系统开发,包括工作电源开关晶体管和微处理器。软件创新包括新的软件开发工具,这些工具可以执行以前不能完成的复杂控制算法。随着可用性的提高,软件提高了电动机驱动对用户的友好性。


    2 功率开关设备和微处理器
       调节输入电流/功率开关晶体管是电机驱动装置的核心。早期中,可控硅整流器(固态开关)和栅极关断晶闸管(功率半导体)用作电源开关。它们可以代表着成熟技术,并且仅在某些大功率驱动器应用中才能真正起到有限的应用。
       随着计算机和数字技术的迅猛发展,电机驱动的逐渐转移到基于数字微处理器(MPU)设计中,这种设计仍然占主导地位。新出现的一种新型半导体——绝缘栅双极晶体管(IGBT),已成为当今电机驱动主要功率开关控制器件。
       微处理器和数字信号处理器(DSP)的功能不断增加。更高的计算发展速度可以更快地响应负载动态,并可以与运动控制系统的其它部分进行近乎实时的通信。 存储器可以将更多的容量压缩到微芯片中,从而在软件和硬件上实现更复杂的运动控制算法。


     3 控制复杂度
       多功能交流变频器提供了三种主要的电机控制方法。开环系统控制是第一个且最简单的方法。它提供了一个合理的速度调节,该装置无需反馈装置。 磁通矢量进行控制(FVC)处于变频器性能的最高处理水平,并具有发展多种方式变化。 磁场定向FVC通过独立产生磁通量和转矩产生的电流分量来模拟直流和交流电机的特性,从而获得电机转矩和功率的最优控制。FVC反馈装置(通常是一个编码器),以获得所述电机轴的位置和速度信息。控制系统算法依赖复杂的电机进行模型,并实现单独的速度和转矩环路。全矢量控制可以提供低转速高扭矩。
    在上述分析两个部分极端环境之间的是无传感器矢量控制(也称为开环矢量控制,SVC),这是我们另一种替代方案,可提高开环控制变频器的低速转矩、速度以及调节和启动转矩能力。 虽然SVC变频器在没有反馈装置的情况下工作,但它们可以利用电机电流和电压信号来估算转矩电流、励磁电流和它们之间的矢量关系来实现电机的精准控制,它们依赖于准确的电机模型。较新的变频器能够提供上述所有控制系统类型,甚至可以包括在某些应用中很有用的开环控制。


    4 软件的影响
       一些公式和电机模型很早就存在了,但他们在动态运动控制和算法的软件程序使用应用中直到计算机普及之后才实现的。同时,在运动控制器和变频器应用研究中所需要使用的MPU、数字控制信号处理器和微芯片,其性能也在不断发展提高,使得企业更高的执行速度和巨大的内存增长自己成为可能。在同一个驱动器中,可以整合多种上述电机控制拓扑结构,经济上也更合理。一个简单的软件参数变更,即可更改控制管理模式。
    ▎计算机模拟通过适当的软件来执行,则可以构建虚拟原型硬件之前测试,以评估不同的运动控制系统的设计

      
 

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