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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：电机控制系统研究
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月17日
电机在电气传动和位置伺服系统中占有极其重要的位置，电机控制的目标主要是速度控制和位置控制。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、材料技术的飞速发展，电机控制的研究成为热点，高性能电机控制系统不断更新。
普通的电机控制系统,往往要求在突然停电恢复供电后能快速启动,最大程度的提高生产效率。我们可以从增大启动电流、改善启动时间常数等角度来考虑对原有的线路进行改造,缩短启动时间,以实现最佳过渡,满足生产的要求。全文通过介绍电机系统的前景和应用，目的就是为今后自动化发展提供一些经验借鉴，更好地达到全面自动化建设。
关键词：电机系统；伺服系统；交流电机；控制
目 录
电机是与电能的生产、传输和使用有着密切关系的电磁机构。在日常生活中,电机的使用随处可见,比如:在很多场合大量使用各种电动机作为原动机,用以拖动各种机械设备；在军事、信息和各种自动控制系统中,使用大量的控制电机,作为检测!执行和计算等元件；在当今社会中,办公自动化(0A)的概念已日渐深入人心,其中也随处可见电机的身影。
电机运动控制技术以电力半导体变流器件的应用为基础,以电动机为控制对象,以自动控制理论为指导,以电子技术和微处理器控制及计算机辅助设计(CAD)为手段,并且与检测技术和数据通信技术相结合,构成一门具有相对独立性的科学技术，在生产设备和过程自动化中发挥着日益重要的作用[1]。
真正意义上的电机运动控制系统是在20世纪30年代出现的,当时是晶闸管!引燃管,而后是磁放大器、磁饱和电抗器作为静止变流器,形成了新一代电机运动控制系统。随着新型电力电子器件、自动控制理论以及微处理器技术的发展, 电机运动控制系统发生了巨大的变革。到了21世纪的今天,电机运动控制系统的技术水平更是提高到了一个新的高度,无论是应用的广泛程度,还是研究的深入程度都是过去人们想象不到的。目前，国内外电机控制有关研究工作正围绕电机控制策略、计算机辅助技术、电机控制器、电力电子技术、无速度传感器技术等方面展开。
1 电机控制系统介绍
1.1 电机控制系统的基本组成
电机控制系统的基本组成框图如图1.1所示。
图1.1 电机控制系统的组成框图
1.1.1 电动机
电动机是电机运动控制系统的控制对象，主要分为以下三类：
1.直流电动机----结构复杂，制造成本高，电刷和换向器限制了它的转速与容量。优点：易于控制。
2.交流异步电动机----结构简单、制造容易，无需机械换向器，其允许转速与容量均大于直流电动机。
3.同步电动机----转速等于同步转速，具有机械特性硬，在恒频电源供电时调速较为困难，变频器的诞生不仅解决了同步电动机的调速，还解决了其起动和失步问题，有效地促进了同步电动机在运动控制中的应用[2]。
1.1.2 功率放大与变换装置
功率放大与变换装置是电机运动控制系统的执行手段，主要由电力电子器件组成。
电力电子器件的发展历程：
第一代：半控型器件，如SCR，方便地应用于相控整流器(AC→DC)和有源逆变器(DC→AC) ，但用于无源逆变(DC→AC)或直流PWM方式调压（DC→DC）时，必须增加强迫换流回路，使电路结构复杂。
第二代：全控型器件，如GTO、BJT、IGBT、MOSFET等 。此类器件用于无源逆变(DC→AC) 和直流调压（DC→DC）时，无须强迫换流回路，主回路结构简单。另一个特点是可以大大提高开关频率，用脉宽调制（PWM）技术控制功率器件的开通与关断，可大大提高可控电源的质量。
第三代：特点是由单一的器件发展为具有驱动、保护功能的复合功率模块，提高了使用的安全性和可靠性。
1.1.3 控制器
1.模拟控制器：模拟控制器常用运算放大器及相应的电气元件实现，具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响[3]。
2.数字控制器：硬件电路标准化程度高、制作成本低、而且不受器件温度漂移的影响。控制规律体现在软件上，修改起来灵活方便。此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制器无法实现的功能。
1.1.4 传感器
运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流、转速和位置，为了真实可靠地得到这些信号，并实现功率电路（强电）和控制器（弱电）之间的电气隔离，需要相应的传感器。
精度--信号传感器必须有足够高的精度，才能保证控制系统的准确性。
滤波--信号滤波，模拟控制系统常采用模拟器件构成的滤波电路，而计算机数字控制系统往往采用模拟滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。
1.2 运动控制系统的转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式：
（1.1）
其中：——机械转动惯量；
——转子的机械角速度；
——转子的机械转角。
（1）运动控制的目的：控制电动机的转速和转角；
（2）对于直线电动机来说是控制速度和位移；
（3）要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
（4）在高性能的运动控制系统中，采用转速闭环控制，用转速偏差来调节系统的动态转矩。
1.3 电机控制系统的分类
电机控制系统的分类见表1.1。
表1.1 电机控制系统的分类
直流电机 | 交流电机 （异步电机、同步电机） | |
速度控制 | 直流调速系统 | 交流调速系统 |
位置控制 | 直流伺服系统 | 交流伺服系统 |
