電氣傳動的發(fā)展

電氣傳動的發(fā)展范國偉安徽工業(yè)大學(xué)1/11/20231電氣傳動的發(fā)展1、現(xiàn)代傳動技術(shù)發(fā)展趨勢展望

現(xiàn)代傳動技術(shù)是機(jī)電工業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。它主要包括機(jī)械傳動技術(shù)、流體傳動技術(shù)和電氣傳動技術(shù)。現(xiàn)代傳動技術(shù)主要承擔(dān)能量傳遞、改變運(yùn)動形態(tài)、實現(xiàn)對能量的分配和控制、保證傳動精度和效率等功能，它是機(jī)電產(chǎn)品向高速化、自動化、高效率、高精度、高可靠性、輕量化、多樣化方向發(fā)展的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。1/11/20232電氣傳動的發(fā)展國外先進(jìn)水平與發(fā)展趨勢

近年來，國外傳動技術(shù)由于廣泛應(yīng)用了高新技術(shù)成果，如微電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)，摩擦磨損技術(shù)及新材料等，使基礎(chǔ)產(chǎn)品在水平、品種及擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域方面都有很大提高和發(fā)展，其主要發(fā)展趨勢如下：。1/11/20233電氣傳動的發(fā)展1.1液壓傳動與控制技術(shù)

節(jié)省能耗，提高效率；用AC電機(jī)或變頻電機(jī)驅(qū)動定量泵；發(fā)展機(jī)電一體化元件和系統(tǒng)；發(fā)展具有比例閥的耐污染和伺服閥高精度、高頻響的直動型電液控制閥；

發(fā)展內(nèi)置電子系統(tǒng)的電液伺服比例元件、電磁閥、液壓定位油缸等；應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，提高電液壓自動控制系統(tǒng)的性能。1/11/20234電氣傳動的發(fā)展1.2氣動傳動與控制技術(shù)

向輕量化、小型化和低能耗方向發(fā)展；與電子技術(shù)結(jié)合發(fā)展氣動伺服系統(tǒng)，智能化元件、閥島及總線連接系統(tǒng)；執(zhí)行元件多樣化，普遍采用無油潤滑；向高速、高頻、高壽命和高可靠性方向發(fā)展；新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用。1/11/20235電氣傳動的發(fā)展1.3液力調(diào)速傳動技術(shù)調(diào)速型液力偶合器向大功率高速方向發(fā)展，國外已生產(chǎn)功率為6000~10000kw，速度為6000r/min的產(chǎn)品，廣泛用于大型火力電站的鍋爐給水系統(tǒng)，高爐送風(fēng)機(jī)等，可節(jié)能20%以上。液粘調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展較快，它采用電液比例壓力閥式和離心式調(diào)壓閥來改變主動和從動摩擦片間隙的壓緊力，從而調(diào)節(jié)從動軸的輸出轉(zhuǎn)數(shù)，用在大型風(fēng)機(jī)和水泵上可節(jié)能20%。新開發(fā)的液壓調(diào)速變矩器可以得到很大的能容變化范圍。國外液力傳動調(diào)速系統(tǒng)廣泛與計算機(jī)相結(jié)合，根據(jù)工況變化自動改變轉(zhuǎn)數(shù)。應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)優(yōu)化葉輪參數(shù)以提高傳動效率。1/11/20236電氣傳動的發(fā)展1.4運(yùn)動系統(tǒng)和元件(軸承，滾珠絲杠等)

軸承在總體水平提高的基礎(chǔ)上，向三高方向發(fā)展，即高速度、高精度、高性能方向發(fā)展。滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌等產(chǎn)品向高速、高精度方向發(fā)展。1/11/20237電氣傳動的發(fā)展齒輪傳動

高速重載齒輪向高參數(shù)、高壽命方向發(fā)展；汽車齒輪采用現(xiàn)代化制造工藝，使精度提高，噪聲減??；通用齒輪向成套化方向發(fā)展，各種型式齒輪箱得到廣泛應(yīng)用；齒輪傳動和其他類型傳動相結(jié)合。1/11/20238電氣傳動的發(fā)展2、電氣傳動技術(shù)的發(fā)展

在人類所利用的能源當(dāng)中，電能是最清潔最方便的；電氣傳動無疑有著很大的意義；隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)正面臨著一場歷史革命。1/11/20239電氣傳動的發(fā)展2.1電氣傳動技術(shù)的定義電氣傳動技術(shù)是指用電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動各種類型的生產(chǎn)機(jī)械、交通車輛以及生活中需要運(yùn)動物品的技術(shù)；是通過合理使用電動機(jī)實現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械設(shè)備電氣化及其自動控制的電器設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)總稱。一個完整的電氣傳動系統(tǒng)包括三部分：控制部分、功率部分、電動機(jī)。1/11/202310電氣傳動的發(fā)展2.2電氣傳動與運(yùn)動控制電氣傳動技術(shù)是電力電子與電機(jī)及其控制相結(jié)合的產(chǎn)物，內(nèi)容涉及電機(jī)、電力電子、控制理論、計算機(jī)、微電子、現(xiàn)代檢測技術(shù)、仿真技術(shù)、電力系統(tǒng)、機(jī)械、材料和信息技術(shù)等多種學(xué)科，是這些學(xué)科交叉融合而形成的一門新型的綜合性學(xué)科。對于位置控制(伺服)系統(tǒng)，也稱為運(yùn)動控制。1/11/202311電氣傳動的發(fā)展電氣傳動技術(shù)的發(fā)展史電氣傳動技術(shù)誕生于20世紀(jì)初的第二次工業(yè)革命時期，電氣傳動技術(shù)大大推動了人類社會的現(xiàn)代化進(jìn)步。它是研究如何通過電動機(jī)控制物體和生產(chǎn)機(jī)械按要求運(yùn)動的學(xué)科。隨著傳感器技術(shù)和自動控制理論的發(fā)展，由簡單的繼電、接觸、開環(huán)控制，發(fā)展為較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，特別是80年代以來，隨著電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，逐步形成了集多種高新技術(shù)于一身的全新學(xué)科技術(shù)一現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)。1/11/202312電氣傳動的發(fā)展3、電氣傳動的主體電動機(jī)

電動機(jī)分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)。二者的結(jié)構(gòu)、工作原理不同，所需的電氣傳動裝置也不同。電氣傳動可分為兩類：直流電氣傳動和交流電氣傳動。由于歷史上最早出現(xiàn)的是以蓄電池形式供電的直流電動機(jī)，所以直流傳動也是唯一的電氣傳動方式。1/11/202313電氣傳動的發(fā)展交流電氣傳動直到1885年意大利都靈大學(xué)發(fā)明了感應(yīng)電動機(jī)，而后出現(xiàn)了交流電，解決了三相制交流電的輸變問題交流電氣傳動才出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代之前,直流電氣傳動在高性能的電氣傳動領(lǐng)域占絕對統(tǒng)治地位。此后,隨著電力電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用,交流電氣傳動得到了快速發(fā)展,靜動態(tài)性能可以與直流電氣傳動相媲美。因此交流電氣傳動在高性能的電氣傳動領(lǐng)域所占比例逐年上升,目前已處于主導(dǎo)地位。1/11/202314電氣傳動的發(fā)展3.1直流電動機(jī)傳動

直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：式中:Ua－電動機(jī)電樞兩端的電壓；

Ia－電動機(jī)電樞回路電流；

R－電動機(jī)回路電阻；

Ke－電動機(jī)電勢常數(shù)；

φ－電動機(jī)勵磁磁通。1/11/202315電氣傳動的發(fā)展直流電動機(jī)的調(diào)速直流電動機(jī)的調(diào)速方式有三種：一是調(diào)壓調(diào)速，即保持R和φ不變，通過調(diào)節(jié)Ua來調(diào)節(jié)n，是一種大范圍無級調(diào)速方式；二是弱磁升速，即保持R和Ua不變，通過減少φ來升高n，是一種小范圍無級調(diào)速方式；三是變電阻調(diào)速，即保持Ua和φ不變，通過調(diào)節(jié)R來調(diào)節(jié)n，是一種大范圍有級調(diào)速方式。對于要求大范圍平滑調(diào)速的直流電氣傳動系統(tǒng)來說,調(diào)壓調(diào)速方式最好。1/11/202316電氣傳動的發(fā)展可控變流裝置而且現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的低壓供電系統(tǒng)多數(shù)采用交流供電，通過可控變流裝置即可提供可調(diào)的直流電壓信號，所以直流調(diào)壓調(diào)速方式應(yīng)用最廣泛。在電力電子變換器中，用于控制直流電機(jī)的主要是由全控器件組成的斬波器或PWM變換器，以及晶閘管相控整流器。1/11/202317電氣傳動的發(fā)展直流電氣傳動控制技術(shù)的發(fā)展直流電氣傳動控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下演變過程：開環(huán)控制→單閉環(huán)控制→多閉環(huán)控制；分立元件電路控制→小規(guī)模集成電路控制→大規(guī)模集成電路控制；模擬電路控制→數(shù)模電路混合控制→數(shù)字電路控制；硬件控制→軟件控制。1/11/202318電氣傳動的發(fā)展3.2交流電動機(jī)傳動

交流電動機(jī)分異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩大類。按照異步電動機(jī)的基本原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分為兩部分：一部分是拖動負(fù)載的有效功率P1=(1-s)Pm，另一部分是轉(zhuǎn)差功率Ps=sPm。轉(zhuǎn)差功率是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的一種標(biāo)志，因此交流異步電動機(jī)調(diào)速方式分三類：1/11/202319電氣傳動的發(fā)展交流異步電動機(jī)的傳動一是轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速,即把全部轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，而且轉(zhuǎn)速越低，效率越低；二是轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速，即轉(zhuǎn)差功率的一部分轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但效率比第一類高；三是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速，即無論轉(zhuǎn)速高低，消耗的轉(zhuǎn)差功率基本不變。該調(diào)速方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但效率最高。在異步電動機(jī)的各種調(diào)速方式中，效率最高、性能最好、應(yīng)用最廣泛的是變壓變頻調(diào)速方式。它是一種轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速，可以實現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速。1/11/202320電氣傳動的發(fā)展交流同步電動機(jī)的傳動同步電動機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，當(dāng)然也沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電動機(jī)調(diào)速只能是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速。而同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)固定，因此只能采用變壓變頻調(diào)速方式。交流電氣傳動控制模式的發(fā)展經(jīng)歷了以下演變過程:轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制→轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制→矢量控制→解耦控制→模糊控制；分立元件電路控制→小規(guī)模集成電路控制→大規(guī)模集成電路控制；模擬電路控制→數(shù)字電路控制；硬件控制→軟件控制。1/11/202321電氣傳動的發(fā)展現(xiàn)代電氣傳動的物質(zhì)基礎(chǔ)一電力電子器件

電力電子技術(shù)是現(xiàn)代電氣傳動的基石，其直接決定和影響著現(xiàn)代電氣傳動的發(fā)展。如果把計算機(jī)比作現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備的大腦，電力電子器件及功率變換裝置則可視為支配手足(電機(jī))的肌肉和神經(jīng)，因此，電力電子變換器是信息流與物質(zhì)／能量流之間的重要紐帶。1/11/202322電氣傳動的發(fā)展電力電子器件1957年世界上第一只晶閘管(SCR)的問世標(biāo)志著電力電子學(xué)的誕生，從此，電力電子器件的發(fā)展日新月異。從20世紀(jì)60年代第一代半控型電力電子器件一晶閘管(SCR)發(fā)明至今，已經(jīng)歷了第二代有自關(guān)斷能力的全控型電力電子器件CTR，GTO，MOSFET，第三代復(fù)合場控制器件一IGBT，SIT，MCT等和正蓬勃發(fā)展的第四代模塊化功率器件一功率集成電路(PIC)，如智能化模塊IPM和專用功率器件模塊ASPM等。1/11/202323電氣傳動的發(fā)展交流傳動實現(xiàn)高性能這為交流傳動實現(xiàn)高性能控制提供了必需的變頻裝置。電力電子器件的每一次更新?lián)Q代，都會引起功率變換裝置和交流傳動性能的迅速提高，它們相互競爭、相互促進(jìn)，向高電壓、大電流、高頻化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展，并逐步在性能和價格上可以與直流傳動相媲美，而且在某些方面實現(xiàn)了直流傳動所不能達(dá)到的高性能。1/11/202324電氣傳動的發(fā)展PWM大大緩解了對環(huán)境的“污染”交流傳動在實現(xiàn)節(jié)能和獲得高性能的同時，也帶來了諸如電網(wǎng)功率因數(shù)降低、諧波和電磁干擾等“污染”。另外，隨著容量的增加，功率變換器的體積增大。為了解決這些弊端，1964年，A．Schonug率先將通信系統(tǒng)的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)應(yīng)用于交流電氣傳動，使變頻器由傳統(tǒng)的相控電流型逆變器、電壓型逆變器發(fā)展到脈寬調(diào)制(PWM)型逆變器，大大緩解了對環(huán)境的“污染”，減小了變頻器的體積，簡化了變換裝置的控制，為近代交流傳動開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。1/11/202325電氣傳動的發(fā)展PWM控制技術(shù)目前，常用的交流PWM控制技術(shù)有：以輸出電壓接近正弦波為其控制目標(biāo)的基于正弦波對三角波脈寬調(diào)制的SPWM控制和基于消除指定次數(shù)諧波的HEPWM控制；以輸出正弦波電流為其控制目標(biāo)的基于電流滯環(huán)跟蹤的CHPWM控制；以及以被控電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場接近圓形為其控制目標(biāo)的電壓空間矢量控制(SVPWM控制)。電力電子器件及其功率變換裝置在交流傳動的發(fā)展中起著非常關(guān)鍵的作用，可以說沒有電力電子技術(shù)的發(fā)展，就沒有今天高性能的電氣傳動技術(shù)。1/11/202326電氣傳動的發(fā)展4電氣傳動自動化技術(shù)發(fā)展總趨勢及主要的發(fā)展方向

電氣傳動自動化技術(shù)發(fā)展總趨勢是：交流變頻調(diào)速逐步取代直流調(diào)速、無觸點控制取代有接點邏輯控制、全數(shù)字控制與數(shù)模復(fù)合控制并存。電氣自動化技術(shù)的發(fā)展是由用戶的需求和相關(guān)學(xué)科的技術(shù)發(fā)展所推動的，他直接涉及改善電氣傳動的性能、價格、尺寸、能源消耗與節(jié)約設(shè)計，調(diào)試等方面。其主要發(fā)展方向有：1/11/202327電氣傳動的發(fā)展4.1實現(xiàn)高水平控制電氣傳動自動化技術(shù)基于電動機(jī)和機(jī)械模型的控制策略，有矢量控制、磁場控制、直接轉(zhuǎn)矩控、現(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解魯棒觀測器，在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計方法等；1/11/202328電氣傳動的發(fā)展基于智能控制思想的控制策略基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的優(yōu)化自診斷技術(shù)等。以高速微處理器RISC(ReducedInstructionSetComputer)及高速DSP(DigitalSignalProcessor)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板處理速度大大提高，有足夠的能力實現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引人可自由設(shè)計，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。1/11/202329電氣傳動的發(fā)展4.2開發(fā)清潔電能的變流器

所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)接近1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對電網(wǎng)的公害和電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動。對中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM控制是有效的；對大容量交流器，在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實現(xiàn)清潔電能的變換。1/11/202330電氣傳動的發(fā)展4.3系統(tǒng)化

電氣傳動自動化的發(fā)展與其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是分不開的。電氣傳動自動化技術(shù)的發(fā)展是將電網(wǎng)、整流器、逆變器、電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和控制系統(tǒng)為一個整體。從系統(tǒng)上進(jìn)行考慮。例如要求和上位控制的可編程控制器通過串行通信連接，一般都帶有串行通訊標(biāo)準(zhǔn)功能（RS-232、RS-485），此外還通過專用的開放總線方式運(yùn)行。1/11/202331電氣傳動的發(fā)展4.4CAD技術(shù)

模擬與計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)(CAD)、電動機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種CAD軟件引人對變頻器的設(shè)計和測試提供了強(qiáng)有力的支持。1/11/202332電氣傳動的發(fā)展4.5縮小裝置尺寸

緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變(如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管)對縮小裝置的尺寸也很有效。現(xiàn)在主回路中占發(fā)熱量50%-70%的IGBT的損耗已大幅度減少，集電極一發(fā)射極的飽和電壓(Vcesat)大為降低，現(xiàn)已開發(fā)出了第4代IGBT:目前，國外已研制成功高密度BuildingBlock(系統(tǒng)集成)。1/11/202333電氣傳動的發(fā)展1/11/202334電氣傳動的發(fā)展1/11/202335電氣傳動的發(fā)展5、信息化時代的電氣傳動技術(shù)

當(dāng)前，世界這艘航船正行駛在信息化的海洋中，信息技術(shù)已成為推動生產(chǎn)力發(fā)展的重要動力。我國在生產(chǎn)力特別是科學(xué)技術(shù)方面總體上雖然還比較落后，但在黨中央的英明領(lǐng)導(dǎo)下，正迎頭趕上信息化的浪潮，信息產(chǎn)業(yè)及其應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，成為覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。然而，許多先進(jìn)的工業(yè)國家是在完成了工業(yè)化的歷史任務(wù)后向信息化的時代邁進(jìn)的，他們開發(fā)信息產(chǎn)業(yè)具有雄厚的基礎(chǔ)。1/11/202336電氣傳動的發(fā)展以信息化帶動工業(yè)化而我國還是以農(nóng)業(yè)為主的國家，根據(jù)去年第5次人口普查的統(tǒng)計，鄉(xiāng)村人口還占總?cè)丝诘?3.91%,我國的工業(yè)化尚未完成，基礎(chǔ)工業(yè)還比較薄弱。所以必須在發(fā)展信息化的同時，特別強(qiáng)調(diào)“以信息化帶動工業(yè)化”，才能“發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展”（《中共中央十五屆五中全會公報》）。1/11/202337電氣傳動的發(fā)展電氣傳動成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)所謂電氣傳動，是指用電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，去帶動各種類型的生產(chǎn)機(jī)械、交通車輛以及生活中需要運(yùn)動的物品。自從人類發(fā)明并掌握各種機(jī)械幫助自己勞動以來，就需要有推動機(jī)械的原動力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和風(fēng)力，后來又發(fā)明了蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)，19世紀(jì)才發(fā)明電動機(jī)。由于（1）電機(jī)的效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì)，（2）電能的傳輸和分配比較方便，（3）電能容易控制，因此現(xiàn)在電氣傳動已經(jīng)成為絕大部分機(jī)械的傳動方式，成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。1/11/202338電氣傳動的發(fā)展電氣傳動是牽動四肢運(yùn)動的肌肉與骨骼在信息化浪潮中，信息技術(shù)帶動著先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，這是無可爭辯的事實。因此，人們多熱中于通信、計算機(jī)以及軟件等行業(yè)，電氣傳動技術(shù)多少有些受到冷淡。但必須注意的是，電氣傳動是工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，信息本身并不能直接讓機(jī)器轉(zhuǎn)動，信息技術(shù)必須通過電氣傳動才能帶動工業(yè)化。正如在人體中，信息技術(shù)好比是大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比是四肢，電氣傳動則是牽動四肢運(yùn)動的肌肉與骨骼。大腦再聰明，如果肌肉和骨骼不靈，人體也只能是癱瘓的。當(dāng)然，電氣傳動技術(shù)也必須在信息技術(shù)的推動下，適應(yīng)信息化時代的需要而向前發(fā)展，才能真正成為以信息化帶動工業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1/11/202339電氣傳動的發(fā)展5.1數(shù)字控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動控制的主要手段

最早的自動控制手段是機(jī)械控制，后來逐步讓位于電氣控制和電子控制。近代的電氣傳動控制手段幾乎都是電子控制，常用的電子控制方法有兩種：模擬控制和數(shù)字控制。自20世紀(jì)70年代以來，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強(qiáng)、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經(jīng)商品化，把電子控制推上了一個嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制（簡稱微機(jī)數(shù)字控制）成為現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)控制器的主要形式。1/11/202340電氣傳動的發(fā)展數(shù)字控制目前，常用的微處理器有：單片機(jī)（SCP）、數(shù)字信號處理器(DSP)、精簡指令集計算機(jī)(RISC)和包含微處理器的高級專用集成電路(ASIC)。由于計算機(jī)除一般的計算功能外,還具有邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算的能力，因此數(shù)字控制和模擬控制相比有兩個突出的優(yōu)點：（1）數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制無法實現(xiàn)的各種比較復(fù)雜的控制策略，（2）數(shù)字控制系統(tǒng)能夠完成故障的自診斷，提高診斷過程的智能化。1/11/202341電氣傳動的發(fā)展

①數(shù)字控制器的優(yōu)越功能

PI調(diào)節(jié)器是電氣傳動控制系統(tǒng)中最常用的控制器，現(xiàn)在就以PI調(diào)節(jié)器為例來說明數(shù)字控制器的優(yōu)越功能。在PI調(diào)節(jié)器中，比例部分能快速響應(yīng)控制作用，而積分部分是偏差的積累，能最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。在模擬PI調(diào)節(jié)器中，只要有偏差存在，P和I就同時起作用，因此，在滿足快速調(diào)節(jié)功能的同時，不可避免地會帶來超調(diào)，嚴(yán)重時將導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。采用微機(jī)數(shù)字控制時，可以不拘泥于模擬控制器的數(shù)字化，還可以充分利用計算機(jī)的功能加以改進(jìn)，例如積分分離法、分段PI算法、智能型PI調(diào)節(jié)器等。1/11/202342電氣傳動的發(fā)展積分分離法和分段PI算法積分分離法的關(guān)鍵就是把P和I分開。當(dāng)偏差大時，只讓比例部分起作用，以快速減少偏差。當(dāng)偏差低到一定程度后，再將積分投入，以最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。這樣兩種作用各得其所，避免了相互之間的矛盾，提高了系統(tǒng)的控制性能。在分段PI算法中，為了解決動態(tài)跟隨性和穩(wěn)定性之間的矛盾，對比例系數(shù)和積分系數(shù)分別取兩套或多套參數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)速或/和電流偏差的大小，在不同套參數(shù)之間進(jìn)行切換，以提高系統(tǒng)的控制性能。1/11/202343電氣傳動的發(fā)展近代智能控制近代智能控制包含專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)元及其網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法等等，其突出特點是：控制算法不依賴或不完全依賴于對象模型，因而系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。采用單神經(jīng)元和專家系統(tǒng)相結(jié)合的方法，可以構(gòu)成一類智能型PI調(diào)節(jié)器。以轉(zhuǎn)速偏差、偏差的積分和實際轉(zhuǎn)速變化率為控制信號，它們分別代表了系統(tǒng)輸出的當(dāng)前、過去和將來三種狀態(tài)。按照專家系統(tǒng)的方法，在不同條件下，改變?nèi)N信號的加權(quán)系數(shù)，合理地綜合這些信號，使系統(tǒng)在允許條件下，盡快消除轉(zhuǎn)速偏差，又不產(chǎn)生或少產(chǎn)生超調(diào)，達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。這樣的智能控制系統(tǒng)的動態(tài)性能將大大優(yōu)于傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)。而且，其動態(tài)性能僅僅決定于系統(tǒng)的實際偏差及其變化率，與控制對象參數(shù)無關(guān)，因而魯棒性也很強(qiáng)。1/11/202344電氣傳動的發(fā)展②數(shù)字控制系統(tǒng)的故障檢測、保護(hù)與自診斷

能夠?qū)崿F(xiàn)較全面的故障自診斷是計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點。利用計算機(jī)的邏輯判斷與數(shù)值運(yùn)算功能，對實時采樣的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理和分析，再利用故障診斷模型或?qū)＜抑R進(jìn)行推理，可對故障類型和/或故障發(fā)生處做出正確的判斷，這就是故障自診斷。計算機(jī)故障自診斷雖然還不能完全取代人工故障診斷，但計算機(jī)系統(tǒng)能真實可靠地記錄發(fā)生故障的時刻及其前一段時間內(nèi)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為人們的最終判斷提供有力依據(jù)，這又是單純?nèi)斯ぴ\斷所不能及的。計算機(jī)故障自診斷的前提是計算機(jī)能可靠地工作，檢測元件也正確無誤，而對于計算機(jī)和檢測元件本身的故障還得依靠人工來檢查。1/11/202345電氣傳動的發(fā)展③數(shù)據(jù)通信在電氣傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用

對于單臺生產(chǎn)設(shè)備的電氣傳動，一般只要構(gòu)成微處理器-電力電子變換器-電動機(jī)系統(tǒng)就可以了。如果控制和管理的任務(wù)比較復(fù)雜，可采用多微機(jī)系統(tǒng)，這時，在各臺微機(jī)之間必須建立數(shù)據(jù)通信通道。常采用串行通信接口，如RS232,RS422,RS485等，其硬件簡單，但傳輸速率不高。1/11/202346電氣傳動的發(fā)展電子控制又由數(shù)字化進(jìn)一步發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)化對于規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)線，往往需要多臺設(shè)備的連續(xù)協(xié)調(diào)控制，則可用PLC控制幾臺設(shè)備，再由上位機(jī)指揮若干臺PLC。上位機(jī)、PLC、各臺控制器和檢測元件之間的信息聯(lián)系（指令信息、反饋信息、監(jiān)測信息）過去都要通過控制電纜，現(xiàn)在則可用現(xiàn)場總線或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來代替密密麻麻的電纜，用通信板和通信協(xié)議（如Profibus,Interbus等）來實現(xiàn)聯(lián)系，其傳輸速率高、通信距離長、出錯概率低。于是，電子控制又由數(shù)字化進(jìn)一步發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)化1/11/202347電氣傳動的發(fā)展5.2電力電子變換器是信息流與物質(zhì)/能量流之間必需的接口

電力電子技術(shù)是信息流與物質(zhì)/能量流之間的重要紐帶，如果沒有電力電子變換，沒有弱電控制強(qiáng)電的接口，則信息始終就是信息，不可能真正用來控制物質(zhì)生產(chǎn)?，F(xiàn)在，電力電子技術(shù)的發(fā)展正處于壯年期，新的電力電子器件和變換技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)出來。1/11/202348電氣傳動的發(fā)展電力電子器件的發(fā)展電力電子器件的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷過三個平臺：（1）晶閘管（SCR）,（2）GTR和GTO，（3）IGBT。目前，市場上能夠廣泛供應(yīng)的IGBT其電壓和電流容量有限，一般只夠中、小容量的低壓電氣傳動使用。容量再大時，還得采用GTO，而GTO的可靠性總是不能令人滿意的。于是世界上很多電力電子企業(yè)和研究所都在努力開發(fā)新型的高壓功率開關(guān)器件，已經(jīng)問世的有IGCT,IEGT以及3300-6000V的IGBT等，可供中壓、大容量電氣傳動使用。電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展方向是；模塊化和集成化、高頻化、改善封裝、采用新材料（如SiC）等。1/11/202349電氣傳動的發(fā)展交流PWM控制技術(shù)

在電力電子變換器中，用于控制直流電機(jī)的主要是由全控器件組成的斬波器或PWM變換器，以及晶閘管相控整流器。用于控制交流電機(jī)的主要是變壓變頻器，其中中、小容量的多為PWM變換器。常用的交流PWM控制技術(shù)有：（1）基于正弦波對三角波脈寬調(diào)制的SPWM控制；（2）基于消除指定次數(shù)諧波的HEPWM控制；（3）基于電流滯環(huán)跟蹤的CHPWM控制；（4）電壓空間矢量控制（SVPWM控制），或稱磁鏈軌跡跟蹤控制。1/11/202350電氣傳動的發(fā)展4種PWM變換器的應(yīng)用在以上4種PWM變換器中，前兩種是以輸出電壓接近正弦波為控制目標(biāo)的，第3種以輸出正弦波電流為控制目標(biāo)，第4種則以被控電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場接近圓形為控制目標(biāo)。顯然第4種的效果最好，而且是直接控制功率器件的開關(guān)狀態(tài)，算法簡單，故應(yīng)用最廣。1/11/202351電氣傳動的發(fā)展電力電子變換器的諧波隨著電力電子變換器的日益普及，諧波和無功電流給供電電網(wǎng)造成的“電力公害”越來越值得重視。解決這個問題的辦法有二：（1）采用有源濾波和無功補(bǔ)償裝置，（2）開發(fā)“綠色”電力電子變換器。后者要求功率因數(shù)可控，各次諧波分量小于國際和國家標(biāo)準(zhǔn)允許的限度，顯然這是一種治本的辦法。1/11/202352電氣傳動的發(fā)展綠色變換器目前已經(jīng)應(yīng)用的綠色變換器有：雙PWM交-直-交變換器、多單元串聯(lián)的中壓變換器、多電平中壓變換器等。受到普遍重視還在開發(fā)的有：交-交矩陣式變換器，它具有輸入電流和輸出電壓都接近正弦波、能量傳輸可逆、可省去直流濾波電容等優(yōu)點，但主電路略嫌復(fù)雜，如果能成功地開發(fā)出雙向IGBT模塊，則結(jié)構(gòu)可大為簡化。1/11/202353電氣傳動的發(fā)展

5.3可控交流電氣傳動逐步取代直流傳動已經(jīng)成為不爭的事實

直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)大部分年代里，鑒于直流傳動具有優(yōu)越的可控性能，高性能可調(diào)速傳動一般都用直流電機(jī)，而約占電氣傳動總?cè)萘?0%的不變速傳動則采用交流電機(jī)，這種分工在當(dāng)時已成為舉世公認(rèn)的格局1/11/202354電氣傳動的發(fā)展電力電子變換器直到20世紀(jì)70年代，由于采用電力電子變換器的高效交流變頻傳動開發(fā)成功，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、效率高、轉(zhuǎn)動慣量小的交流籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)域，一直被認(rèn)為天經(jīng)地義的交直流傳動按調(diào)速分工的格局終于被打破了。此后，交流調(diào)速傳動主要沿著下述三個方向發(fā)展和應(yīng)用：（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速，（2）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)，（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流傳動。1/11/202355電氣傳動的發(fā)展轉(zhuǎn)差功率的調(diào)速交流電機(jī)主要分異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類。異步電機(jī)調(diào)速傳動種類繁多，以其轉(zhuǎn)差功率的去向來區(qū)分有三大類：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速——如降電壓調(diào)速、繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速——如繞線電機(jī)串級調(diào)速、內(nèi)饋斬波調(diào)速、雙饋調(diào)速；（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速——如變壓變頻調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)速。各種調(diào)速方法各有其用途，目前應(yīng)用最普遍的是籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)變壓變頻調(diào)速。同步電機(jī)沒有轉(zhuǎn)差功率，故其調(diào)速只能是轉(zhuǎn)差功率不變（恒等于0）型的，只能靠變壓變頻調(diào)速。開關(guān)磁阻電機(jī)是一種特殊型式的同步電機(jī)，有其獨特的比較簡單的調(diào)速方法。1/11/202356電氣傳動的發(fā)展交流調(diào)速的控制策略也在不斷發(fā)展為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的進(jìn)步、節(jié)約能源以及自動化的需要，交流調(diào)速系統(tǒng)的控制策略也在不斷發(fā)展。與直流電機(jī)不同，交流電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是非線性、多變量、強(qiáng)耦合的，因此其控制策略也比較復(fù)雜，下面以籠型異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速為例，介紹交流傳動控制的發(fā)展脈絡(luò)。1/11/202357電氣傳動的發(fā)展①基于穩(wěn)態(tài)模型的控制策略

在開始研究和應(yīng)用交流調(diào)速時，人們對交流電機(jī)的動態(tài)模型還不十分清楚，只能從其穩(wěn)態(tài)模型出發(fā)來探討調(diào)速方法。為了充分利用電機(jī)鐵心，希望在調(diào)速時保持磁通不變，應(yīng)使定子感應(yīng)電動勢與頻率成正比，如果忽略定子電阻，可使定子電壓與頻率成正比，于是出現(xiàn)了恒壓頻比的控制方法。至今這種方法仍普遍應(yīng)用于沒有高動態(tài)性能要求的節(jié)能調(diào)速和一般工藝調(diào)速中，例如風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速。1/11/202358電氣傳動的發(fā)展②采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制如果對調(diào)速性能有一定要求，可采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型可以證明，當(dāng)磁通恒定時，電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，因此控制轉(zhuǎn)差頻率就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，可得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，獲得較高的調(diào)速范圍。1/11/202359電氣傳動的發(fā)展③基于動態(tài)模型的控制策略

鑒于異步電機(jī)動態(tài)模型的性質(zhì)，按照動態(tài)規(guī)律來控制必然需要比較復(fù)雜的控制算法，這時采用數(shù)字控制恰好能使計算機(jī)的優(yōu)越性得以發(fā)揮?，F(xiàn)已獲得廣泛應(yīng)用的高動態(tài)性能異步電機(jī)控制系統(tǒng)有兩種：矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。1/11/202360電氣傳動的發(fā)展間接矢量控制系統(tǒng)三相異步電機(jī)的動態(tài)模型雖然復(fù)雜，采用座標(biāo)變換可以把它等效成直流電機(jī)模型，從而可以仿照直流電機(jī)進(jìn)行控制。在矢量控制系統(tǒng)中，采用由轉(zhuǎn)子磁鏈決定d-軸方向的dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可把定子電流分解為其勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，從而實現(xiàn)二者之間的解耦，得到類似于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型，并仿照直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。除此以外，還須利用磁鏈模型進(jìn)行反饋，實現(xiàn)具有磁鏈閉環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)。也可以不用磁鏈反饋，而利用給定磁鏈計算轉(zhuǎn)差頻率，得到磁鏈開環(huán)的轉(zhuǎn)差型矢量系統(tǒng)，或稱間接矢量控制系統(tǒng)1/11/202361電氣傳動的發(fā)展直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)舍去了比較復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，僅在二相靜止坐標(biāo)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩反饋信號，并用雙位式砰-砰控制代替線性調(diào)節(jié)器來直接控制轉(zhuǎn)矩，同時采用定子磁鏈的砰-砰控制，根據(jù)二者的變化選擇電壓空間矢量(SVPWM)的開關(guān)狀態(tài)，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法控制結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，但輸出轉(zhuǎn)矩有脈動，影響系統(tǒng)的調(diào)速范圍。1/11/202362電氣傳動的發(fā)展④無速度傳感器的高動態(tài)性能調(diào)速

上述高動態(tài)性能的交流傳動系統(tǒng)都需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，所需的轉(zhuǎn)速反饋信號來自與電機(jī)同軸的速度傳感器，其成本、安裝、可靠性都有問題。如果能取消速度傳感器而保持良好的控制性能，顯然會大受歡迎的。目前，已有若干品種的無速度傳感器高性能調(diào)速系統(tǒng)問世，但研究工作仍在繼續(xù)。1/11/202363電氣傳動的發(fā)展無速度傳感器控制的方法在無速度傳感器控制系統(tǒng)中，可以通過容易測量的定子電壓和電流信號間接求得轉(zhuǎn)速。常用的方法有：（1）利用電機(jī)模型推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速方程式，從而計算轉(zhuǎn)速；（2）利用電機(jī)模型計算轉(zhuǎn)差頻率，進(jìn)行補(bǔ)償；（3）根據(jù)模型參考自適應(yīng)控制理論，選擇合適的參考模型和可調(diào)整模型，同時辨識轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈；（4）利用其它辨識或估計方法求得轉(zhuǎn)速；（5）利用電機(jī)的齒諧波電勢計算轉(zhuǎn)速；等等。但是，無論哪一種方法，都難以保證很高的精度和很準(zhǔn)確的動態(tài)轉(zhuǎn)速，因此目前實用的無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)只能實現(xiàn)一般的動態(tài)性能，其調(diào)速范圍不過1：10左右。1/11/202364電氣傳動的發(fā)展⑤同步電機(jī)傳動系統(tǒng)的控制策略

同步電機(jī)只能采用變壓變頻調(diào)速，其變壓變頻的原理和方法與異步電機(jī)調(diào)速基本相同。采用獨立的變壓變頻器給同步電機(jī)供電的系統(tǒng)叫做他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于同步電機(jī)運(yùn)行時能保持嚴(yán)格的同步轉(zhuǎn)速，如果在電機(jī)軸上安裝一個能反映轉(zhuǎn)子磁極位置的裝置，稱作轉(zhuǎn)子位置檢測器，用它發(fā)出的轉(zhuǎn)子位置信號來控制變頻器換相，則為自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。1/11/202365電氣傳動的發(fā)展同步電機(jī)傳動系統(tǒng)控制策略常用的同步電機(jī)傳動系統(tǒng)控制策略有：（1）小容量同步電機(jī)群恒壓頻比控制；（2）中、小容量永磁同步電機(jī)自控式變頻控制（又稱無刷直流電機(jī)控制）；（3）中、大容量勵磁同步電機(jī)自控式變頻控制和自然換流逆變器控制；（4）大容量同步電機(jī)按磁場定向矢量控制；（5）小容量永磁同步電機(jī)無位置傳感器自控式變頻控制（由電動勢波形產(chǎn)生換相信號，他控變頻啟動）；（6）開關(guān)磁阻電機(jī)的控制；等等。應(yīng)該看到，目前對同步電機(jī)控制策略的研究還不如對異步電機(jī)控制的研究那樣深入而充分。1/11/202366電氣傳動的發(fā)展6、智能化傳動系統(tǒng)電氣傳動正面臨著一場革命，是說它正在向智能化邁進(jìn)。上百年來研究電動機(jī)只是實現(xiàn)了自動化，現(xiàn)在再進(jìn)入到一個智能化，也就是一個系統(tǒng)優(yōu)化的問題。優(yōu)化的焦點是把微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)融人到電氣傳動的領(lǐng)域，這三者構(gòu)成“大電子體系”，只有這樣的大電子體系，才能帶動、改造傳動產(chǎn)業(yè)升級換代。這樣的融入能把物料流、能源流、信息流三者匯流在一起，形成當(dāng)代的智能化傳動系統(tǒng)。1/11/202367電氣傳動的發(fā)展6.1電機(jī)和系統(tǒng)的高效

過去講調(diào)速，搞電機(jī)的人總是希望從電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能的改進(jìn)來實現(xiàn)，結(jié)果是不理想的。有了變頻調(diào)速以后，這方面有了很大改進(jìn)。所以我們已經(jīng)不能單純從電動機(jī)的內(nèi)部來解決傳動的問題，要把電機(jī)、調(diào)速裝置和用電器看成是一個整體，不是單純追求單機(jī)的高效，現(xiàn)在進(jìn)人智能化時代，我們要追求把單機(jī)額定工況點的高效提高到系統(tǒng)的高效。我們希望在很大的一個工作面上，通過調(diào)速都能達(dá)到電機(jī)和系統(tǒng)的高效，這是我們現(xiàn)代電氣傳動的又一個特點。1/11/202368電氣傳動的發(fā)展電氣傳動的節(jié)能國民經(jīng)濟(jì)要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須節(jié)能，電機(jī)用在風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械里，采用了變頻調(diào)速，可以達(dá)到一個相當(dāng)可觀的節(jié)能效果，但實際上在電氣傳動中，用于風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)的電動機(jī)大約只占到40％，這一部分的節(jié)能重要性不必再去懷疑。1/11/202369電氣傳動的發(fā)展6.2電氣傳動更重要方面要理解電氣傳動的全部，還應(yīng)該包括工藝調(diào)速、牽引調(diào)速和精密調(diào)速。這些調(diào)速應(yīng)用的目的主要是提高產(chǎn)品的工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)產(chǎn)量和效率，達(dá)到產(chǎn)品制造工藝要求，比如軋鋼、印刷等都是圍繞怎么樣提高精度，達(dá)到工藝要求。這一部分也會有節(jié)能效果，但它不是主要的目的。以軋鋼為例，采用交流傳動替代直流傳動，雖然節(jié)能絕對量也不小，但是跟軋鋼產(chǎn)量的提高帶來的總效益來比，節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益大約占到7％一8％。交流傳動的優(yōu)點是轉(zhuǎn)動慣量小，動作時間就縮短，在軋鋼的時候，提高了工作效率，一小時產(chǎn)量大約可以提高20％，這對鋼廠來說就很了不得了，這個經(jīng)濟(jì)效益要比起節(jié)能來說大了許多。1/11/202370電氣傳動的發(fā)展電氣傳動要滿足工藝上的要求在通用機(jī)械的領(lǐng)域里面，我們大家習(xí)慣強(qiáng)調(diào)的是變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能優(yōu)勢，我首先肯定這是對的，但是在很多國民經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)域中，它更多的應(yīng)用不完全是為了節(jié)能，而是為了滿足工藝上的要求以及生產(chǎn)技術(shù)改造上的要求。通用機(jī)械的節(jié)能調(diào)速對變頻裝置的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等性能的要求不高，倒是希望開發(fā)高可靠的經(jīng)濟(jì)型調(diào)速裝置。正是工藝調(diào)速（如軋鋼）、牽引調(diào)速（如電氣火車和電動汽車廠）、精密調(diào)速（如機(jī)器人、柔性加工）才促使采用調(diào)速的電氣傳動系統(tǒng)不斷改進(jìn)，成為電氣傳動技術(shù)不斷發(fā)展的基本推動力。1/11/202371電氣傳動的發(fā)展6.3交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展

作為交流傳動來講，一般是交一直一交變頻，先把50Hi的交流電源變成直流電，直流再逆變成不同頻率的交流電，這是變頻調(diào)速的基礎(chǔ)，它的優(yōu)點大家總結(jié)了10多條，我們在此就不談了。1/11/202372電氣傳動的發(fā)展現(xiàn)階段交流調(diào)速技術(shù)的不足但是它的缺點我們也不能遮掩，一般說來，交流變頻調(diào)速存在三個方面的問題，諧波問題首當(dāng)其沖，它污染電網(wǎng)、損害電機(jī)，這個損害首先表現(xiàn)為電機(jī)絕緣的疲勞性以及燒蝕軸承；其次是存在著這樣那樣的可靠性問題；第三是價格偏高，特別是對通用機(jī)械的節(jié)能調(diào)速而言。我們現(xiàn)在搞交流變頻調(diào)速，開始是“交一直一交”，這三個問題，特別是前兩個問題是在一定程度上采用“交一直一交”互相聯(lián)系的。這就是變頻調(diào)速這么好的技術(shù)推廣卻非常緩慢的一個主要原因。1/11/202373電氣傳動的發(fā)展解決變頻調(diào)速后出現(xiàn)的問題我們不能夠把它存在的問題藏起來或者遮掩掉，而應(yīng)該去發(fā)動大家討論，應(yīng)該介紹解決這些問題的一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，給國內(nèi)的用戶和國內(nèi)的制造商介紹從電機(jī)到變頻器的保護(hù)措施。一方面是把諧波解決掉，一方面是把電機(jī)在采用變頻調(diào)速后出現(xiàn)的問題解決掉。其中采用“交一交矩陣式”變頻技術(shù)是將會逐步成熟起來的新調(diào)速方案。。1/11/202374電氣傳動的發(fā)展6.4變頻調(diào)速帶來設(shè)計觀念上的變化采用變頻調(diào)速以后，還帶來一些設(shè)計觀念上的變化，我們過去長期以來設(shè)計制造電動機(jī)的時候主要考慮起動轉(zhuǎn)矩，把起動轉(zhuǎn)矩大當(dāng)作一個基本出發(fā)點。鑒于增加啟動電阻就增大了啟動轉(zhuǎn)矩，異步電動機(jī)定子常采用雙籠或深槽結(jié)構(gòu)。在啟動的時候，磁場對轉(zhuǎn)子強(qiáng)切割，產(chǎn)生的集膚效應(yīng)，把轉(zhuǎn)子電流排到外繞組中，外繞組電阻就很大，這樣啟動電阻就大，以保證足夠的啟動轉(zhuǎn)矩。這么一來，轉(zhuǎn)子尺寸加大了，不光是轉(zhuǎn)子加大，定子也會加大，等于是材料要多了，重量增加了。1/11/202375電氣傳動的發(fā)展變頻專用電機(jī)高效的一條重要思路有了變頻調(diào)速后，隨頻率從低到高的變化，電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩自然會變得比較大。這樣一來，在電機(jī)設(shè)計制造思想上，可以擺脫啟動轉(zhuǎn)矩的限制，按照新的或者說按變頻調(diào)速的工況來重新考慮，既可以使電機(jī)效率提高，還可以使電動機(jī)小型化，這是我們走變頻專用電機(jī)高效的一條重要思路。這和為提高電動機(jī)效率而必須使用更多銅、鐵材料的設(shè)計思路是不一樣的。1/11/202376電氣傳動的發(fā)展6.5電氣傳動網(wǎng)絡(luò)化控制與管理的發(fā)展

智能化實際上是一個系統(tǒng)工程，是新技術(shù)的一個整體，其中特別是微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)一起用到變頻調(diào)速技術(shù)當(dāng)中，所以比較傾向于用一個大電子的概念來談電氣傳動，要把計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的概念融進(jìn)來。這就是說，我們所講的用電子技術(shù)來改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該講是一個大電子的概念，不能夠光靠微電子技術(shù)，實際上光有微電子是改造不成的，微電子的能量太小，只能給指令，幾十年的經(jīng)驗證明單靠微電子技術(shù)，對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)的是有限的，它只能在小容量上以及傳遞信號方面發(fā)揮作用。在傳遞能量方面光靠微電子是不行的，必須和電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)相結(jié)合。這是當(dāng)前高科技同傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合，形成新型先進(jìn)制造業(yè)的特點。1/11/202377電氣傳動的發(fā)展變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式

今天我們強(qiáng)調(diào)節(jié)能，變頻調(diào)速用于節(jié)能在眼前肯定是有很大市場，但是節(jié)能的傳動技術(shù)應(yīng)該往后繼續(xù)發(fā)展。在有些情況下，如風(fēng)機(jī)和泵并不需要非常精確的傳動精度，在節(jié)能的大前提下要求進(jìn)一步提高可靠性，降低制造成本。可是我們現(xiàn)在傳動的發(fā)展方向，越搞功能越多、越搞精度越高，因此上我們不要把節(jié)能的優(yōu)勢看成是變頻器發(fā)展的唯一方向。1/11/202378電氣傳動的發(fā)展6.6永磁無刷電機(jī)的潛在優(yōu)勢現(xiàn)在大家都說交流電機(jī)好，這是相對于傳統(tǒng)直流電機(jī)而言的。我認(rèn)為永磁電機(jī)有著潛在的優(yōu)勢，盡管今天永磁無刷電機(jī)還顯得功率很小，技術(shù)上也不十分成熟，但是永磁無刷電機(jī)將會隨著材料的進(jìn)步，隨著控制的進(jìn)步，而越來越顯示它的重大的優(yōu)越性，在非節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域中將會占據(jù)一塊非常大的市場。1/11/202379電氣傳動的發(fā)展最有發(fā)展的還是永磁無刷電機(jī)現(xiàn)在在家用電器領(lǐng)域中，采用永磁無刷電機(jī)的趨勢已見。將來要搞電動汽車、要搞全電化艦船，最有發(fā)展的還是永磁無刷電機(jī)。我們既然要討論發(fā)展方向，就不能局限在眼前的現(xiàn)實當(dāng)中。一般的電動機(jī)大約有8％一10％能量是用來激磁的，永磁無刷電機(jī)就節(jié)約了這部分能量，它擁有交流機(jī)的結(jié)構(gòu)、直流機(jī)的性能。畢竟直流機(jī)的調(diào)速范圍是交流機(jī)無法比擬的，只不過今天永磁電機(jī)由于受到材料的限制，功率還不能做太大。到了本世紀(jì)40—50年代永磁無刷電機(jī)將會發(fā)揮越來越大的作用。1/11/202380電氣傳動的發(fā)展6.7電動汽車的巨大新應(yīng)用市場未來的汽車就是電動車，這是電氣傳動的巨大新應(yīng)用市場。我們在現(xiàn)在和不久的將來，在傳動產(chǎn)品方面，可能會看到一些新的東西，最后得到最佳解決方案。1/11/202381電氣傳動的發(fā)展7、人工智能在電氣傳動領(lǐng)域的發(fā)展概況

人工智能控制技術(shù)一直沒能取代古典控制方法。但隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，控制器設(shè)計的常規(guī)技術(shù)正逐漸被廣泛使用的人工智能軟件技術(shù)(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等)所替代。這些方法的共同特點是：都需要不同數(shù)量和類型的必須的描述系統(tǒng)和特性的“apriori”知識。由于這些方法具有很多優(yōu)勢，因此工業(yè)界強(qiáng)烈希望開發(fā)、生產(chǎn)使用這些方法的系統(tǒng)，但又希望該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、性能優(yōu)異。1/11/202382電氣傳動的發(fā)展人工智能會提高傳動技術(shù)的性能由于控制簡單，直流傳動在過去得到了廣泛的使用。但由于它們眾所周知的限制以及DSP技術(shù)的進(jìn)步，直流傳動正逐漸被高性能的交流傳動所取代。但最近，許多廠商也推出了一些改進(jìn)的直流驅(qū)動產(chǎn)品，但都沒有使用人工智能技術(shù)。確信，一旦使用人工智能后，直流傳動技術(shù)的性能得到進(jìn)一步的提高。1/11/202383電氣傳動的發(fā)展7.1高性能的交流傳動高性能的交流傳動瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩的控制性能類似于他勵直流電機(jī)的控制性能。現(xiàn)有兩種高性能交流傳動的控制方法：矢量控制(VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。矢量控制是德國的研究人員在二十多年前提出的，現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，并已廣泛應(yīng)用，很多生產(chǎn)廠商都推出了他們的矢量控制交流傳動產(chǎn)品，1/11/202384電氣傳動的發(fā)展無速度傳感器的矢量控制最近又大量推出了無速度傳感器的矢量控制產(chǎn)品。盡管在高性能驅(qū)動產(chǎn)品中使用AI技術(shù)會極大地提高產(chǎn)品的性能，可是到目前為止只有兩個廠家在他們的產(chǎn)品中使用了人工智能(AI)控制器；直接轉(zhuǎn)矩控制是大約在十五年前由德國和日本的研究人員提出的，在過去十年中得到大量的研究，現(xiàn)在ABB公司已向市場推出了直接轉(zhuǎn)矩控制的傳動產(chǎn)品，使得人們對直接轉(zhuǎn)矩控制的研究興趣增加，將來在直接轉(zhuǎn)矩控制中將會用到人工智能技術(shù)，并將完全地不需要常規(guī)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型了。

1/11/202385電氣傳動的發(fā)展“統(tǒng)一”的概念完全依靠軟件實現(xiàn)英國CT公司(ControlTechniqueplc)推出了世界上第一臺統(tǒng)一變頻器(Unidrive)，其他一些公司也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品，現(xiàn)在這些產(chǎn)品都沒有使用人工智能技術(shù)，“統(tǒng)一”的概念完全依靠軟件實現(xiàn)，這就為軟計算技術(shù)的實現(xiàn)提供了條件。具信在將來統(tǒng)一變頻器將使用直接轉(zhuǎn)矩控制以及各種形式的矢量控制，單一使用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的產(chǎn)品將遭到淘汰。以下也將討論人工智能在統(tǒng)一變頻器中運(yùn)用的一些方面，同時也包括AI控制器在VC和DTC中的運(yùn)用。

1/11/202386電氣傳動的發(fā)展AI控制器在VC和DTC中的運(yùn)用AI控制器能否工業(yè)運(yùn)用的關(guān)鍵一點是：實現(xiàn)這些控制器的硬件和軟件。大多數(shù)DSP控制的驅(qū)動器都有足夠的計算能力實現(xiàn)人工智能的算法，并且都能得到大多數(shù)人工智能控制器軟計算所需要的信號。通過運(yùn)用適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕湍艽蟠蟮販p少計算和硬件的負(fù)擔(dān)，從而把注意力集中于提高驅(qū)動器的性能、魯棒性和可靠性上面。

1/11/202387電氣傳動的發(fā)展智能技術(shù)在電氣傳動技術(shù)在將來，智能技術(shù)在電氣傳動技術(shù)中占相當(dāng)重要的地位，特別是自適應(yīng)模糊神經(jīng)元控制器在性能傳動產(chǎn)品中將得到廣泛應(yīng)用。但是，還有很多研究工作要做，現(xiàn)在還只有少數(shù)實際應(yīng)用的例子（學(xué)術(shù)研究組實現(xiàn)少，工業(yè)運(yùn)用的就更少了），大多數(shù)研究只給出了理論或仿真結(jié)果，因此，常規(guī)控制器在將來仍要使用相當(dāng)長一段時間。1/11/202388電氣傳動的發(fā)展7.2人工智能控制器的優(yōu)勢

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但AI控制器例如：神經(jīng)、模糊、模糊神經(jīng)，以及遺傳算法都可看成一類非線性函數(shù)近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解，也有利于控制策略的統(tǒng)一開發(fā)。這些AI函數(shù)近似器比常規(guī)的函數(shù)估計器具有更多的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢如下：1/11/202389電氣傳動的發(fā)展優(yōu)勢（1）它們的設(shè)計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態(tài)方程，實際控制對象的模型在控制器設(shè)計時往往有很多不確實性因素，例如：參數(shù)變化，非線性時，往往不知道）（2）通過適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)時間、下降時間、魯棒性能等）它們能提高性能。例如：模糊邏輯控制器的上升時間比最優(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍，過沖更小。（3）它們比古典控制器的調(diào)節(jié)容易。（4）在沒有必須專家知識時，通過響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計它們。（5）運(yùn)用語言和響應(yīng)信息可能設(shè)計它們。1/11/202390電氣傳動的發(fā)展優(yōu)勢（6）它們有相當(dāng)好的一致性（當(dāng)使用一些新的未知輸入數(shù)據(jù)就能得到好的估計），與驅(qū)動器的特性無關(guān)?，F(xiàn)在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果十分好，但對其他控制對象效果就不會一致性地好，因此對必須具體對象具體設(shè)計。

（7）它們對新數(shù)據(jù)或新信息具有很好的適應(yīng)性。

（8）它們能解決常規(guī)方法不能解決的問題。

（9）它們具有很好的抗噪聲干擾能力。

（10）它們的實現(xiàn)十分便宜，特別是使用最小配置時。

（11）它們很容易擴(kuò)展和修改。1/11/202391電氣傳動的發(fā)展人工智能控制器人工智能控制器可分為監(jiān)督、非監(jiān)督或增強(qiáng)學(xué)習(xí)型三種。常規(guī)的監(jiān)督學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的拓樸結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)算法已經(jīng)定型，這就給這種結(jié)構(gòu)的控制器增加了限制，使得計算時間過長，常規(guī)非人工智能學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用效果不好。采用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和試探法就能克服這些困難，加快學(xué)習(xí)過程的收斂速度。常規(guī)模糊控制器的規(guī)則初值和模糊規(guī)則表是既定“a－priori”型，這就使得調(diào)整困難，當(dāng)系統(tǒng)得不到“a－priori”（既定）信息時，整個系統(tǒng)就不能正常工作。而應(yīng)用自適應(yīng)AI控制器，例如使用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器就能克服這些困難，并且用DSP比較容易實現(xiàn)這些控制器。1/11/202392電氣傳動的發(fā)展常規(guī)模糊邏輯控制器常規(guī)模糊邏輯控制器的設(shè)計經(jīng)常使用嘗試法。需要“a－priori”信息，如運(yùn)用自適應(yīng)智能控制器就不需要“a－priori”（a－priroi規(guī)則庫和隸屬函數(shù)）信息。值得注意的是，與常規(guī)非自適應(yīng)智能控制器相反，它根據(jù)輸入信號更新它的“參數(shù)”，換句話說，它對變化的輸入信號具有適應(yīng)性。自適應(yīng)控制器分兩類：間接和直接控制器，間接自適應(yīng)人工智能控制器有一個實時辯識模型，用于控制器的設(shè)計，間接控制器在每個采樣周期需要采樣控制對象的輸入和輸出信號，辯識器和控制器有很多形式，而直接AI控制器用特性表來實現(xiàn)對控制對象的控制，這個特性表由兩個連續(xù)采樣周期間的誤差的變化量構(gòu)成，用來控制電流響應(yīng)。1/11/202393電氣傳動的發(fā)展模糊邏輯控制器如用模糊邏輯控制器，最簡單的應(yīng)用可能是標(biāo)量因子的運(yùn)用。這種方法用現(xiàn)在的非自適應(yīng)驅(qū)動器很容易實現(xiàn)，因而對工業(yè)界具有很大的吸引力。用改變隸屬函數(shù)形狀的方法可實現(xiàn)相似的效果。這種運(yùn)用也可能通過改變規(guī)則來實現(xiàn)，如用直接AI控制器來實現(xiàn)，就是自適應(yīng)控制器。它在每個采樣瞬間先使用上一個采樣周期采用的規(guī)則，如果得不到滿意的特性，就用新的規(guī)則替代，從而得到滿意的特性。1/11/202394電氣傳動的發(fā)展自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器總而言之，當(dāng)采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器，規(guī)則庫和隸屬函數(shù)在模糊化和反模糊化過程中能夠自動地實時確定。有很多方法來實現(xiàn)這個過程，但主要的目標(biāo)是使用系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)穩(wěn)定的解，并且找到最簡單的拓樸結(jié)構(gòu)配置，自學(xué)習(xí)迅速，收斂快速。1/11/202395電氣傳動的發(fā)展7.3人工智能在電氣傳動控制中運(yùn)用

這一部分主要討論人工智能在交直流傳動中運(yùn)用的進(jìn)展。值得指出的是這是一個廣闊的領(lǐng)域，在過去二年中，研究活動極快的增長，本文只是概括一下人工智能在電氣傳動中的運(yùn)用這一領(lǐng)域的進(jìn)展，不可能覆蓋研究的每一個可能領(lǐng)域。AI控制器在直流傳動中運(yùn)用的大多數(shù)研究集中于模糊邏輯應(yīng)用，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其它智能控制的研究還很少。下面主要討論模糊、神經(jīng)元和模糊神經(jīng)元和模糊神經(jīng)元控制器在交直流傳動中的應(yīng)用。1/11/202396電氣傳動的發(fā)展①人工智能在直流傳動中的運(yùn)用

ⅰ模糊邏輯控制應(yīng)用

主要有兩類模糊控制器，Mamdani和Sugeno型。到目前為止只有Mamdani模糊控制器用于調(diào)速控制系統(tǒng)中。限于篇幅本文不詳細(xì)討論其中的原因。值得注意的是這兩種控制器都有規(guī)則庫，它是一個if－then模糊規(guī)則集。但Sugeno控制器的典型規(guī)則是“如果X是A，并且y是B，那么Z=f(x,y)”。這里A和B是模糊集；Z=f(x,y)是x,y的函數(shù)，通常是輸入變量x,y的多項式。當(dāng)f是常數(shù)，就是零階Sugeno模型，因此Sugeno是Mamdani控制器的特例。

1/11/202397電氣傳動的發(fā)展Mamdani控制器Mamdani控制器由下面四個主要部分組成：

（1）模糊化實現(xiàn)輸入變量的測量、量化和模糊化。隸屬函數(shù)有多種形式。

（2）知識庫由數(shù)據(jù)庫和語言控制規(guī)則庫組成。開發(fā)規(guī)則庫的主要方法是：把專家的知識和經(jīng)歷用于應(yīng)用和控制目標(biāo)；建模操作器的控制行動；建模過程；使用自適應(yīng)模糊控制器和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制。

（3）推理機(jī)是模糊控制器的核心，能模仿人的決策和推理模糊控制行為。

（4）反模糊化實現(xiàn)量化和反模糊化。有很多反模糊化技術(shù)，例如，最大化反模糊化，中間平均技術(shù)等。1/11/202398電氣傳動的發(fā)展模糊邏輯控制應(yīng)用模糊邏輯由64個語言規(guī)則組成，是用于電氣傳動控制系統(tǒng)的一種可能規(guī)則表這個規(guī)則表相當(dāng)大，實際應(yīng)用中往往進(jìn)行簡化。在各種出版物中，介紹了許多被模糊化的控制器，但這應(yīng)與“充分模糊”控制器完全區(qū)分開來，“充分模糊”控制器才是完全意義上的模糊控制器，被模糊化的控制器易于實現(xiàn)，往往通過改造現(xiàn)有古典控制器得以實現(xiàn)，如被模糊化的PI控制器（FPIC）使用模糊邏輯改變控制器的比例、積分參數(shù)，從而使系統(tǒng)的性能得到提高，控制器參數(shù)的微小變化可能導(dǎo)致特性的極大提高1/11/202399電氣傳動的發(fā)展模糊化的控制器被模糊化的控制器參數(shù)調(diào)整方法如下：P（ti）=P（ti－1）＋kP＊CP，I（ti）=I（ti－1）＊CI。但如應(yīng)用“充分”模糊邏輯控制器，系統(tǒng)響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于FPIC和最優(yōu)古典PI控制器，用于最優(yōu)化常規(guī)控制器的計算時間比模糊化控制器所需的時間多得多。因此，使用最小配置的FPIC控制器是可能的選擇之一，事實上，這也是用現(xiàn)有驅(qū)動裝置實現(xiàn)的最簡單方法。1/11/2023100電氣傳動的發(fā)展模糊邏輯控制器替代古典PI控制器在許多電氣傳動文獻(xiàn)中，介紹了用模糊邏輯控制器替代古典PI控制器（主要是速度調(diào)節(jié)器）改進(jìn)系統(tǒng)響應(yīng)的方法?？墒?，文獻(xiàn)（18）詳細(xì)探討了模糊邏輯控制器用于三環(huán)直流電機(jī)控制系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)（速度、電流和勵磁）的設(shè)計和調(diào)整的方法。作者也介紹了PI和PD控制器，文獻(xiàn)（9）介紹了最小配置模糊控制用于直流傳動中的可能性以及組合模糊控制器用于直流傳動中得到滿意響應(yīng)的可能性。下節(jié)討論模糊神經(jīng)控制的直流傳動裝置時，我們將討論這種速度和電樞電流調(diào)節(jié)器組合成單一控制器的情況。1/11/2023101電氣傳動的發(fā)展ⅱANNS的應(yīng)用過去二十年，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNS）在模式識別和信號處理中得到廣泛運(yùn)用。由于ANNS有一致性的非線性函數(shù)估計器，因此它也可有效的運(yùn)用于電氣了傳動控制領(lǐng)域，它們的優(yōu)勢是不需要被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，一致性很好，對噪音不敏感。另外，由于ANNS的并行結(jié)構(gòu)，它很適合多傳感器輸入運(yùn)用，比如在條件監(jiān)控、診斷系統(tǒng)中能增強(qiáng)決策的可靠性，當(dāng)然，最近電氣傳動朝著最小化傳感器數(shù)量方向發(fā)展，但有時，多傳感器可以減少系統(tǒng)對特殊傳感器缺陷的敏感性，不需要過高的精度，也不需要復(fù)雜的信號處理。1/11/2023102電氣傳動的發(fā)展誤差反向傳播技術(shù)誤差反向傳播技術(shù)是多層前聵ANN最常用的學(xué)習(xí)技術(shù)。如果網(wǎng)絡(luò)有足夠多的隱藏層和隱藏結(jié)點以及適宜的激勵函數(shù)，多層ANN只能實現(xiàn)需要的映射，沒有直接的技術(shù)選擇最優(yōu)隱藏層、結(jié)點數(shù)和激勵函數(shù)，通常用嘗試法解決這個問題，反向傳播訓(xùn)練算法是基本的最快下降法，輸出結(jié)點的誤差反饋回網(wǎng)絡(luò)，用于權(quán)重調(diào)整，搜索最優(yōu)。輸出結(jié)點的權(quán)重調(diào)整迭代不同于隱藏結(jié)點的權(quán)重調(diào)整迭代。通過使用反向傳播技術(shù)，能得到需要的非線性函數(shù)近似值，該算法包括有學(xué)習(xí)速率參數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)的特性有很大影響。1/11/2023103電氣傳動的發(fā)展反向傳播算法反向傳播算法是多層前聵ANN最廣泛使用的學(xué)習(xí)技術(shù)之一。但有時網(wǎng)絡(luò)的收斂速度很慢，改進(jìn)算法的開發(fā)是一個重要研究領(lǐng)域。英國Aberdeen大學(xué)在這方面取得過令人鼓舞的成績，他們把常規(guī)的反向傳播算法和其它AI技術(shù)結(jié)合起來，使得網(wǎng)絡(luò)快速收斂，魯棒性更好。他們還研究過基于AI技術(shù)的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但沒有現(xiàn)成理論用于最優(yōu)配置，1/11/2023104電氣傳動的發(fā)展遺傳算法Kolgomorov理論和其他理論也不適用，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練劇中使用遺傳算法可能會提高收斂速度，遺傳算法是一種基于自然進(jìn)化和遺傳機(jī)理的統(tǒng)計搜索方法，它模仿自然界個體適者生存不適者淘汰的原理解決問題，每一代由染色體代表的(一套特征串類似于DNA中的染色體)許多個體組成，每個個體代表搜索空間的一個點和一個可能的解。值得注意的是在神經(jīng)模糊實現(xiàn)中，有時必須使用不同形式的反向傳播技術(shù)，而不是已知的標(biāo)準(zhǔn)形式。反向傳播技術(shù)是在線(Supervised)學(xué)習(xí)技術(shù)，需要充分的輸入－－輸出數(shù)據(jù)對，雖然這種限制也可以用另外的方法加以克服，但該方法是離線的。1/11/2023105電氣傳動的發(fā)展非線性函數(shù)近似器日本和德國的研究人員試圖把ANNS用于控制電力變換器，但到目前為止沒有獲得滿意的結(jié)果，這也是一個很有趣的領(lǐng)域。主要的有待解決的障礙是學(xué)習(xí)階段時間花費過長，總而言之，問題的關(guān)鍵是要給變換器的控制器找到一個滿意的非線性函數(shù)近似器、得到期望的非線性輸入－－輸出映射。常規(guī)技術(shù)就能實現(xiàn)簡單的映射，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)更復(fù)雜的映射，并且由于它的并行結(jié)構(gòu)這種映射相當(dāng)快。1/11/2023106電氣傳動的發(fā)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在直流電機(jī)控制中的應(yīng)用只有很少的論文討論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在直流電機(jī)控制中的應(yīng)用。文獻(xiàn)(21)介紹了兩個多層前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在直流電機(jī)速度控制環(huán)中的應(yīng)用。這是一種典型配置。辯識ANN用于訓(xùn)練第二個ANN(神經(jīng)控制器，即過程控制器)，因此過程輸出跟隨給定信號。學(xué)習(xí)過程用的是反向傳播算法。該方法分為二步：第一步ANN被訓(xùn)練用來代表控制對象的響應(yīng)。這需要用到表示控制對象輸出和控制輸入關(guān)系的微分方程。第二步把ANN用于控制對象模型的辯識方案中。在這步中，把ANN與控制對象并行連接，每次迭代時，給ANN提供給定信號作為ANN輸入信號。辯識意味著調(diào)整權(quán)重，使ANN輸出信號(即網(wǎng)絡(luò)輸出)和控制對象輸出信號(即正輸出)的誤差最小。在辯識階段，全局誤差(即方差之和)以固定時間間隔被計算并與希望的最小值比較。1/11/2023107電氣傳動的發(fā)展第二個ANN是神經(jīng)控制器第二個ANN是神經(jīng)控制器被用于訓(xùn)練以給出需要的控制對象響應(yīng)。為了訓(xùn)練這個網(wǎng)絡(luò)，在每次采樣輸出時，必須知道誤差(Ec)但僅僅只知道控制對象輸出和希望輸出(由給定輸入決定)的最后誤差，辯識方案中的第一個ANN可將最后誤差Ec反向傳播，用來訓(xùn)練控制器ANN。在誤差最小化過程中，全局誤差能被最小化到希望的值。經(jīng)過訓(xùn)練辯識ANNS和控制ANNS，就可以在實時系統(tǒng)中運(yùn)用被“調(diào)整”的神經(jīng)自適應(yīng)控制方案。1/11/2023108電氣傳動的發(fā)展ANN自適應(yīng)速度控制文獻(xiàn)(21)介紹了采用ANN自適應(yīng)速度控制方案的直流傳動系統(tǒng)的良好特性以及抗干擾性能。這也證明辯識ANN學(xué)習(xí)到了直流電機(jī)、變換器和負(fù)載的、未知時不變非線性操作特性。但值得指出的是，用于神經(jīng)元控制器的訓(xùn)練時間有時相當(dāng)長，但這個困難可以用上面提到的高級技術(shù)、避免使用常規(guī)的反向傳播算法的方法中以克服。1/11/2023109電氣傳動的發(fā)展直流傳動系統(tǒng)的ANN控制文獻(xiàn)(22)和(23)介紹了直流傳動系統(tǒng)的ANN控制，給出了理論和實驗結(jié)果。文獻(xiàn)(9)討論了直流傳動的模糊神經(jīng)速度控制器。這是文獻(xiàn)中記載的第一次用單神經(jīng)控制器成功替代雙環(huán)直流傳動系統(tǒng)的常規(guī)速度和電流PI調(diào)節(jié)器的例子。相對地上面討論過的直流傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用了更多的智能技術(shù)，系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的簡化。有趣的是相對于古典多環(huán)PI調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)，這里的電樞電流控制主要起限制電樞電流的作用，并且是通過單個速度、電流組合的模糊神經(jīng)控制器“自動”加以實現(xiàn)。1/11/2023110電氣傳動的發(fā)展②人工智能在交流傳動中的應(yīng)用ⅰ模糊邏輯的應(yīng)用

在大多數(shù)討論模糊邏輯在交流傳動中運(yùn)用的文章中，都介紹的是用模糊控制器取代常規(guī)的速度調(diào)節(jié)器，可英國Aberdeen大學(xué)開發(fā)的全數(shù)字高性能傳動系統(tǒng)中有多個模糊控制器(4)，這些模糊控制器不僅用來取代常規(guī)的PI或PID控制器，同時也用于其他任務(wù)。該大學(xué)還把模糊神經(jīng)控制器用于各種全數(shù)字高動態(tài)性能傳動系統(tǒng)開發(fā)中。1/11/2023111電氣傳動的發(fā)展模糊邏輯控制也有一些優(yōu)秀的文章論述運(yùn)用模糊邏輯控制感應(yīng)電機(jī)的磁通和力矩。討論這種技術(shù)的第一篇文章發(fā)表于1992年(24)。該文中討論了兩種控制策略，如用第一種策略，規(guī)則表有36條規(guī)則，模糊控制器的輸入是磁通和轉(zhuǎn)矩誤差，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁通誤差，改變磁通矢量的輻值和旋轉(zhuǎn)方向，反模糊化技術(shù)用到的是中心梯度法，第一種策略沒有考慮最優(yōu)電壓矢量選擇的梯度。而第二種策略考慮了，這種方案被成功地實現(xiàn)了。1/11/20231