1) 電源係統

電源係統是指將輸入係統的動力電源轉換成用於驅動交流電機的直流或交流電源，根據實際控製方式的不同，一般可以分為“交直交”電壓源型逆變電路
，“交直交”電流源型逆變電路，“交交”型變頻電路以及泵電源電路等。圖1是“交直交”電壓源型電源係統的典型電路，如果將並聯的濾波電容去掉，在直流側串聯一個大濾波電感則為“交直交”電流源型電路。


2) 微處理器板

微處理器是用來實現交流電機各種數字控製算法的硬件平台。主要組成如下：

a) CPU
，通常根據係統的複雜程度選擇通用單片機或專用的DSP芯片
b) RAM，ROM，EPROM，CPU外圍驅動芯片組
c) 實時鍾，通訊接口
d) 總線係統
，用來連接主機板和各種外圍係統支持板
，接口板等。主要有STD總線，工業PC總線，VME總線等
e) 在實時內核上運行的各種控製算法（U/F控製，矢量控製，直接轉矩控製，無速度傳感器控製等）

3) 功率開關器件

gonglvkaiguanqijiantongguogenjulaiziweichuliqibandekongzhixinhaokongzhidagonglvshuchuqijiandeguanduanhedaotong，laishixianduijiaoliudianjideshuchudianliuhedianyadekongzhi。genjukongzhifangshidebutong

，qishuchufangshiyoufangboshuchuzhujianfazhandaoPWM輸出或SPWM輸出。開關器件也由原來的GTR，MOSFET
，發展到IGBT，IPM等。參見下麵的典型IGBT逆變輸出電路。


4) 接口和外圍設備

接口和外圍設備主要用來連接外部的輸入裝置和數字控製係統的各種數字量，模擬量等被控量的反饋信號。

a) 數字輸入輸出接口，主要分為並行輸入輸出接口擴展和串行輸入輸出接口擴展

，主要用來擴展係統外部存儲器和數字量的輸入輸出。
b) 模擬量輸入輸出接口，主要分為數/模轉換器和模/數轉換器。來自微處理器的數字量控製信號經過D/A轉換成模擬量信號輸出到外圍控製部件，同樣係統外部的各種傳感器信號（電壓，電流，溫度等）也經過A/D轉換成數字量信號經過總線係統傳送到CPU中進行相應的控製。
c) 通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)，主(zhu)要(yao)分(fen)為(wei)並(bing)行(xing)通(tong)信(xin)和(he)同(tong)步(bu)或(huo)異(yi)步(bu)串(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)。使(shi)用(yong)通(tong)信(xin)接(jie)口(kou)可(ke)以(yi)將(jiang)多(duo)個(ge)處(chu)理(li)器(qi)係(xi)統(tong)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai)實(shi)現(xian)故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)，軟(ruan)件(jian)監(jian)控(kong)
，多(duo)台(tai)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)聯(lian)動(dong)控(kong)製(zhi)等(deng)功(gong)能(neng)。
d) 鍵盤與顯示接口

，用來實現人機交互。

5) 信號檢測及處理

采用閉環控製的數字控製係統必須實時檢測被控對象的各個參變量，然後反饋給主CPU。交流電機的主要檢測物理量為

，電機電樞溫度
，定子電流
，電子電壓，電機轉速，電機位置等。

a) 電流檢測主要采用采樣電阻法，電流互感器法和霍爾元件檢測法。
b) 電壓檢測主要采用電阻分壓法，電壓互感器法和霍爾傳感器法
c) 溫度檢測主要采用熱電阻和熱開關繼電器等元件
d) 電(dian)機(ji)位(wei)置(zhi)和(he)速(su)度(du)檢(jian)測(ce)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)測(ce)速(su)電(dian)機(ji)和(he)位(wei)置(zhi)編(bian)碼(ma)器(qi)等(deng)反(fan)饋(kui)形(xing)式(shi)。其(qi)中(zhong)位(wei)置(zhi)編(bian)碼(ma)器(qi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)分(fen)別(bie)選(xuan)用(yong)旋(xuan)轉(zhuan)編(bian)碼(ma)器(qi)，光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)等(deng)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)。

一般數字係統的構成框圖請參見圖3：

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2. 異步電機調速通用控製方法：標量控製，矢量控製，無傳感器控製，直接轉矩控製的原理介紹及功能特點分析。

biaoliangkongzhishizhiduizhiduijiaoliuyibudianjideshurudianyaheshurupinlvjinxingfuzhidekongzhi
，bukaolvdianjizhonggewuliliangzhijiandexianghuouhexiaoying。zheliyibiaoliangkongzhizhongdianxingdeU/F方式為例介紹其工作原理。



在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，為(wei)了(le)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)鐵(tie)芯(xin)
，電(dian)機(ji)在(zai)額(e)定(ding)運(yun)行(xing)時(shi)設(she)計(ji)磁(ci)通(tong)處(chu)於(yu)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)，所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)的(de)每(mei)極(ji)磁(ci)通(tong)在(zai)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)保(bao)持(chi)基(ji)本(ben)不(bu)變(bian)。由(you)上(shang)麵(mian)兩(liang)式(shi)可(ke)知(zhi)隻(zhi)要(yao)同(tong)時(shi)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)控(kong)製(zhi)Es和Fs就可以達到上述控製要求。




2) 電機工作在額定頻率以上

當(dang)電(dian)機(ji)在(zai)額(e)定(ding)頻(pin)率(lv)以(yi)上(shang)調(tiao)速(su)時(shi)，逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)可(ke)以(yi)繼(ji)續(xu)升(sheng)高(gao)，但(dan)是(shi)輸(shu)出(chu)端(duan)電(dian)壓(ya)隻(zhi)能(neng)維(wei)持(chi)在(zai)額(e)定(ding)輸(shu)入(ru)值(zhi)，此(ci)時(shi)定(ding)子(zi)磁(ci)通(tong)和(he)調(tiao)速(su)頻(pin)率(lv)成(cheng)反(fan)比(bi)下(xia)降(jiang)
，異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)等(deng)同(tong)於(yu)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)弱(ruo)磁(ci)升(sheng)速(su)，電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)扭(niu)矩(ju)隨(sui)磁(ci)通(tong)變(bian)化(hua)，輸(shu)出(chu)扭(niu)矩(ju)隨(sui)速(su)度(du)增(zeng)加(jia)逐(zhu)漸(jian)變(bian)小(xiao)為(wei)恒(heng)功(gong)率(lv)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)。

標量控製模式除了上麵介紹的U/f模(mo)式(shi)外(wai)還(hai)有(you)帶(dai)轉(zhuan)差(cha)率(lv)調(tiao)節(jie)的(de)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)，帶(dai)轉(zhuan)矩(ju)和(he)磁(ci)鏈(lian)控(kong)製(zhi)的(de)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)等(deng)，這(zhe)些(xie)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)有(you)所(suo)改(gai)善(shan)
，但(dan)本(ben)質(zhi)還(hai)是(shi)標(biao)量(liang)控(kong)製(zhi)。標(biao)量(liang)控(kong)製(zhi)在(zai)技(ji)術(shu)上(shang)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)，也(ye)不(bu)需(xu)要(yao)高(gao)速(su)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)DSP處chu理li器qi等deng的de昂ang貴gui硬ying件jian，但dan是shi標biao量liang控kong製zhi由you於yu隻zhi是shi對dui電dian壓ya和he頻pin率lv等deng變bian量liang的de幅fu值zhi進jin行xing控kong製zhi，沒mei有you考kao慮lv異yi步bu電dian機ji是shi一yi個ge多duo變bian量liang耦ou合he關guan聯lian的de非fei線xian性xing係xi統tong，異yi步bu電dian機ji內nei轉zhuan矩ju和he磁ci鏈lian是shi電dian壓ya和he頻pin率lv的de函han數shu。當dang係xi統tong對dui異yi步bu電dian機ji進jin行xing高gao動dong態tai控kong製zhi時shi（快速控製電機的輸出扭矩）由you於yu電dian機ji磁ci鏈lian的de響xiang應ying比bi較jiao緩huan慢man
，當dang電dian機ji轉zhuan差cha率lv增zeng加jia時shi，磁ci鏈lian趨qu於yu減jian少shao
，輸shu出chu轉zhuan矩ju無wu法fa快kuai速su增zeng加jia，導dao致zhi係xi統tong的de動dong態tai特te性xing比bi較jiao差cha。另ling外wai當dang電dian機ji工gong作zuo在zai偏pian離li額e定ding轉zhuan速su的de低di頻pin狀zhuang態tai時shi，由you於yu無wu法fa準zhun確que保bao持chi磁ci鏈lian穩wen定ding，導dao致zhi電dian機ji或huo者zhe輸shu出chu扭niu矩ju下xia降jiang，或huo者zhe由you於yu磁ci鏈lian飽bao和he而er導dao致zhi銅tong損sun鐵tie損sun增zeng加jia。

矢量控製是指根據電機運行狀況同時控製輸出量的幅值和相位。其基本的工作原理是通過電機內以同步轉速旋轉的參考d－q參考坐標係的數學方法，解藕出控製電機勵磁方向的電流分量Id和控製電機的轉矩方向的分量Iq，從而可以將異步電機的控製方法等效為傳統直流電機的控製。

直流電機忽略電樞效應和磁場飽和時，其扭矩表達式如下：



異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)的(de)方(fang)法(fa)克(ke)服(fu)標(biao)量(liang)控(kong)製(zhi)的(de)係(xi)統(tong)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)差(cha)，低(di)速(su)扭(niu)矩(ju)特(te)性(xing)差(cha)，電(dian)機(ji)損(sun)耗(hao)大(da)的(de)許(xu)多(duo)缺(que)點(dian)，使(shi)交(jiao)流(liu)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)和(he)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)特(te)性(xing)相(xiang)當(dang)。缺(que)點(dian)是(shi)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)複(fu)雜(za)需(xu)要(yao)高(gao)速(su)的(de)DSP處理器來完成複雜的控製運算，提高了係統的硬件成本和開發成本。

無wu速su度du傳chuan感gan器qi控kong製zhi模mo式shi其qi核he心xin還hai是shi前qian麵mian所suo述shu的de矢shi量liang控kong製zhi技ji術shu。基ji於yu磁ci場chang定ding向xiang的de矢shi量liang控kong製zhi技ji術shu必bi須xu依yi靠kao準zhun確que的de電dian機ji速su度du反fan饋kui值zhi

，在zai實shi際ji的de工gong業ye使shi用yong過guo程cheng中zhong由you於yu安an裝zhuang速su度du傳chuan感gan器qi會hui帶dai來lai係xi統tong硬ying件jian成cheng本ben增zeng加jia，係xi統tong可ke靠kao性xing降jiang低di，安an裝zhuang維wei護hu工gong作zuo量liang增zeng加jia等deng不bu利li因yin素su。因yin此ci在zai實shi際ji的de工gong業ye控kong製zhi中zhong開kai發fa了le基ji於yu電dian機ji運yun行xing參can數shu轉zhuan速su自zi動dong識shi別bie電dian機ji轉zhuan速su的de無wu傳chuan感gan器qi矢shi量liang控kong製zhi方fang法fa。

目前使用的轉速估算方法有一下幾種：

1) 轉差頻率計算法
2) 基於狀態方程的直接綜合法
3) 模型參考自適應係統（MRAS）
4) 速度自適應磁鏈觀測器
5) 擴展卡爾曼濾波器（EKF）
6) 轉子齒諧波法
7) 凸極高頻信號注入法

各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)速(su)度(du)辨(bian)識(shi)的(de)方(fang)法(fa)各(ge)有(you)其(qi)優(you)點(dian)和(he)缺(que)點(dian)
，無(wu)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)的(de)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)在(zai)於(yu)係(xi)統(tong)魯(lu)棒(bang)性(xing)較(jiao)差(cha)
，速(su)度(du)的(de)辨(bian)識(shi)精(jing)度(du)比(bi)較(jiao)依(yi)賴(lai)於(yu)電(dian)機(ji)的(de)參(can)數(shu)，當(dang)電(dian)機(ji)在(zai)低(di)轉(zhuan)速(su)運(yun)行(xing)或(huo)工(gong)作(zuo)在(zai)堵(du)轉(zhuan)狀(zhuang)態(tai)時(shi)速(su)度(du)計(ji)算(suan)值(zhi)偏(pian)差(cha)較(jiao)大(da)。在(zai)實(shi)際(ji)的(de)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)往(wang)往(wang)會(hui)在(zai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)一(yi)種(zhong)或(huo)兩(liang)種(zhong)以(yi)上(shang)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)來(lai)達(da)到(dao)比(bi)較(jiao)滿(man)意(yi)的(de)控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)。

直(zhi)接(jie)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)是(shi)用(yong)空(kong)間(jian)矢(shi)量(liang)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)直(zhi)接(jie)在(zai)定(ding)子(zi)坐(zuo)標(biao)係(xi)下(xia)計(ji)算(suan)和(he)控(kong)製(zhi)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)矩(ju)
，省(sheng)去(qu)了(le)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)中(zhong)解(jie)藕(ou)和(he)旋(xuan)轉(zhuan)坐(zuo)標(biao)轉(zhuan)化(hua)等(deng)複(fu)雜(za)的(de)運(yun)算(suan)過(guo)程(cheng)，通(tong)過(guo)雙(shuang)位(wei)模(mo)擬(ni)調(tiao)節(jie)器(qi)產(chan)生(sheng)PWM信xin號hao
，直zhi接jie控kong製zhi逆ni變bian器qi的de功gong率lv器qi件jian的de開kai關guan狀zhuang態tai來lai達da到dao電dian機ji輸shu出chu扭niu矩ju的de高gao速su動dong態tai控kong製zhi。直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi的de基ji本ben工gong作zuo原yuan理li就jiu是shi根gen據ju當dang前qian電dian機ji的de扭niu矩ju計ji算suan值zhi
，通tong過guo電dian壓ya空kong間jian矢shi量liang來lai控kong製zhi定ding子zi磁ci通tong的de旋xuan轉zhuan速su度du，從cong而er改gai變bian轉zhuan子zi磁ci通tong的de夾jia角jiao，使shi電dian機ji的de輸shu出chu扭niu矩ju得de到dao高gao速su的de動dong態tai控kong製zhi。直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi沒mei有you使shi用yong複fu雜za的de矢shi量liang變bian化hua算suan法fa，計ji算suan過guo程cheng相xiang對dui簡jian潔jie，控kong製zhi方fang式shi直zhi接jie，電dian機ji扭niu矩ju的de動dong態tai特te性xing好hao
，其qi控kong製zhi特te性xing和he矢shi量liang控kong製zhi方fang法fa接jie近jin，缺que點dian是shi電dian機ji控kong製zhi存cun在zai磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju脈mai動dong。