人物在分析伺服电机和步进电机区别的重要矢量控制方法

人物在分析伺服电机和步进电机区别的重要矢量控制方法

在电机运行的过程中,关键在于电机定子和转子磁场同步旋转,共同构建了一个具有同步旋转速度的旋转坐标系,这个坐标系被称作D-Q旋转坐标系。在这个系统下,对于所有电信号,我们都可以描述为稳定的常数。为了便于研究电机矢量控制问题的一个挑战是:能否直接从仪器中获得D-Q变换的结果?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进行等效地二相绕组变换,并将旋转坐标系改为静止坐标,从而得到了直流表示下的电压与电流关系式。这种变换使得每个控制量可以独立进行控制,有助于消除谐波和不对称影响,同时由于应用了同步旋转坐标,可以更好地分离基波与谐波。

由于直流电机其主磁通主要由励磁绕组产生,因此这是直流电机数学模型及其控制系统简单性的根本原因。如果我们能够将交流电机物理模型等效地改变成类似直流模式,那么分析和控制就会变得更加简单。正是基于这一思路,我们使用了坐标变换。

交流三相对称静止绕组A、B、C,当通过平衡正弦交流时,就会生成一个以同步速度ws(即交流频率)顺着ABC顺序旋转的合成磁动势F,如图所示。

这样的物理模型非常重要,因为它说明除了单相以外,无论是二相、三相还是四相等多对称多相绕组,只要它们均匀分布并通过平衡的多向相同频率的交流,就能产生同样的旋转磁动势。这意味着无论是图1中的三相或图2中的两 相,都能达到相同效果,只要它们各自分别通入相同大小且互补90度角差异的交流时,这样就形成了完全等效的情况。

此外,两个匝数互补且垂直排列但有不同方向id和iq通入其中,每一对匝片都产生固定位置上的合成磁动势F。当整个铁心带这两个匝片一起以同步速度进行高速运动时,该合成磁动势也随之移动成为新的整体形态。此时,如果我们还进一步调整这些固定位置上的匝片,使其大小及方向符合图1或2的情形,那么这套总共包括这两个匝片轮廓所形成的大型铁心结构就可被认为与前述两种情景下的固定的三个或两个匝片轮廓完全一样,即他们之间存在一种特殊形式的一致性。这意味着,在某些条件下,即使我们的结构是不固定的,但只要它保持一定规则来确保所生发出的力的特征趋近于既定标准,也可能实现目标,而不必依赖具体构造方式,不管是否包含固有的圆环状结构元素,其行为表现上最终达到的目的状态将尽可能接近已知情况下期望结果(即按照图1/2设定的振幅值),从而达到预期效果。

因此,在实际操作中,无论是在三维空间内呈现出正弦分布并以同步速度ws顺序沿A-B-C轴线行进,或仅仅只用两根线条a-b,它们在时间上也有90度角差别,以平衡交替输入不同的双向同频率信号,也能够创造出具有相同特性的“运动力”F-力场,这里展示的是一个代表该力场如何持续变化,并始终保持某种特质,哪怕是在不断移动的情况下,它仍然不会失去那份原有的性质。而如果把这个想法推广到任何数量级,比如说五层或者六层,每一层都不需要都是完整的一圈,而只需保证每一部分都有正确比例配备,然后让整个物体做快速360度全方位循环运动,那么这个复杂构造物件也会展现出惊人的统一性,与最初设想完全一致,不管实体本身是否包含圆环形状部分,最终表现出来的是关于力的最优化状态——就是那些既满足初衷又简洁高效的事物属性。但同时这样做并不意味着没有必要考虑具体细节,而只是表明对于实现目的来说,有时候大局观比微观更重要,用精准控制大范围行动来代替精细调整小部件,以此寻求最佳解决方案,将极大的减少工程设计难度降低成本提高生产效率。