人物在步进电机矢量控制中的重要分析方法

人物在步进电机矢量控制中的重要分析方法

在电机的运行中,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,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,由於應用了同步旋轉座標變換,容易實現基波與諧波分離。

由于直流電機的一主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁電流決定,所以這是直流電機的數學模型及其控制系統比較簡單的大原因。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通以三相平衡正弦電流時,產生的合成磁動勢是轉向磁動勢F,它在空間呈正弦分布,以同步轉速ws(即電流角頻率)順著A-B-C之序排列轉過去。这样的物理模型圖示如下:

但不是非要三相不可,不同對稱多相繞組如二、三四…任意多個對稱多個繞組亦可產生轉向磁動勢,只是以兩為最為簡單。

當圖1和2中的兩個轉向磁動勢大小和轉速都相同時,即謂圖2中的兩側繞組與圖1中的三側繞組等效。而如果包含這些繞組在內整體鐵心以同步速度逆時針方向逆行則其位置會隨著時間而改變形成一個固定的恆久存在位置,這種固定位置上的合成質點我們叫它固定點,在此情況下此固定點代表的是那顆軸線上的某一特定瞬間所處之位,這顆軸線就像是一根無形之柱,用來指引我們如何找到該瞬間那顆軸線上的哪一端。但是在任何其他瞬間,因為有許多其他因素影響導致不了其保持原先狀態,因此它是不固定的,但從宏觀來看或許有什麼特殊的情況下它也會出現在某些特定的時間,如果你想更深入了解我建議閱讀一些專門文獻或參考相關教材。

图3两个匝数相等且互垂线交于点d与q,其中分别通以直流量id与iq产生合成质点F,其位置对于两侧来说也是固定的。如果让包含这两个绕组在内整个铁心以同样的速度逆时针方向逆行,则这个合成质点自然也随之移动起来成为一个移动质点。这是一个非常复杂的问题,因为这里涉及到空间几何学知识,也涉及到时间概念以及物体运动规律,但是我们必须承认这是一个实际存在的问题,而且这个问题已经被广泛应用于各种领域了,比如说工程学、物理学等领域。