张雪峰谈机电一体化专业电机矢量控制的重要分析方法

在电机的运行中,我注意到是由电机定子和转子磁场同步旋转,建立的一个具有同步旋转速度的旋转坐标系,这个旋转坐标系就是常说的D-Q旋转坐标系。在该旋转坐标系上,所有电信号都可以描述为常数。为了方便电机矢量控制问题的研究,我想知道能否由仪器直接得到D-Q变换的结果呢? D-Q变换是一种解耦控制方法,它将异步电动机的三相绕组变换为等价的二相绕组,并且把旋转坐标系变换成正交的静止坐标,即可得到用直流量表示电压及电流的关系式。D-Q变换使得各个控制量可以分别控制,可以消除谐波电压和不对称電壓影響,由於應用了同步轉動座標變換,容易實現基波與諧波分離。

由于直流電機的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁電流決定,所以這是直流電機の数学模型及其控制系統比較簡單 的根本原因。如果能將交流電機物理模型等效地變換成類似直流電機模式,分析和控制就可以大大簡化。座標變換正是按照這條思路進行。

交流電機三相對稱靜止繞組A、B、C通以三相平衡之正弦電流時,產生合成磁動勢F,它在空間呈正弦分布,以同步轉速ws(即電流之角頻率)順著A-B-C之相序繞轉。此種物理模型畫圖如下。

我的理解是,不論是否為三相,也許僅限於兩相或其他多重對稱繞組,其任何一種形式皆可產生並運行,但以兩個最為簡單。我們來看看如何從一個更複雜的情況下找到一個較為簡化的情況。

當我們有兩個互補90度角差距且大小相同之两极端位置固定的静止绕组a与b,以及它们所产生的一致时间间隔90度不同平衡交流当前通过时产生的一致空间分布变化中的过渡性质F,我们发现其与图1中同样具备一个既保持稳定又不断运动着并随着时间而改变位置但保持一定规律性的固定点一样强大的力矩,这样的力量被称为“过渡性质”或“空间分布变化”。

因此,如果我们能够将这个新的力的效果应用到我们的系统当中,无论它是什么形态,只要它能提供足够强大的力矩来推动我们的系统向前发展,就像那些无需复杂计算或者不需要特别精确细节说明就能实现目标一样,我们就会发现自己站在了一条全新的道路上,一条既简单又高效并且充满可能性的大道。这就是为什么人们总是在寻找更简单,更有效、更易于理解和操作以及更加灵活适应各种情况下的解决方案,因为这样做会让他们拥有更多选择,从而提高工作效率并减少错误发生概率。

最后,在我看来,有几点关于使用这种简化方法的问题值得深入探讨:

我们应该如何确定哪些方面才算是一个简化过程?

在进行这样的简化时,我们应该考虑什么因素?

这样的简化过程是否可能导致一些重要信息丢失?

如果这些信息丢失了,那么我们该如何补救?

最终,这种简化方法是否真正适用于实际应用?

如何评估这种简化后的结果是否符合预期?

是否存在一种理想的情况下,使得一切变得尽可能简单,同时仍然保留所有必要信息?

如果有的情况下不能达到这样的理想状态,那么我们该怎样权衡利弊?

有没有一种方式可以让这种实践成为一种标准实践,而不是仅仅局限于某些特定的情景或者条件?

10 最后,我认为这些建议对于进一步探索和改进这一领域至关重要,因为只有通过不断尝试不同的策略,我们才能找到最优解,最终实现技术上的突破。

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