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按转子磁链定向的矢量控制和按定子磁链定向的直接转矩控制自诞生以来就受到广泛的关注,它们理论的完善和应用改变了现代电气传动领域的格局,交流传动控制系统逐步占主导地位。矢量控制和直接转矩控制都是基于磁链恒定的控制,磁链观测的准确度直接影响到电机的控制性能。因而,目前交流传动理论的研究也大多集中在磁链观测器的改进和设计上,本文从系统的离散特性分析和电流定向控制的角度,对交流电机的定向控制策略进行了研究。 本文以矢量坐标变换为出发点,研究了转子磁链定向、定子磁链定向和定子电流定向下的交流电机空间矢量模型,描述了各物理量与定子电流的变化关系,指出对于交流电机而言,定、转子磁链都是中间量,真正决定交流电机性能的是定子电流。分析了采用电压源型逆变器供电时,系统的离散特征以及在这种供电模式下电流矢量的控制特点。在对按定子磁链定向的直接转矩控制的分析基础上,分析了直接转矩控制系统的离散特性,推导并证明在离散电压矢量的总作用时间主要取决于电机的供电频率,而电机的其它参数的影响很小。研究了影响逆变器开关频率的重要因素,分析了开关频率与逆变器直流侧电压、采样周期、延迟时间的关系。 通过对矢量控制和直接转矩控制的分析,提出基于定子电流定向的控制策略。按照矢量控制的思想,将定子电流分解为两相分别进行控制;借鉴直接转矩控制中的以改变角度为主要手段来实现转矩阶跃变化的方法。在控制过程中同时调整其定子电流的幅值和位置,建立了定子电流定向控制系统结构,分析了电机各种运行状态下的动、静态特性。提出在控制过程中不刻意追求磁链幅值的恒定,和电流转矩一样在限制最大值的前提下,动态调整磁链,以实现转矩的快速响应,提高运行效率。 在按定子电流定向的理论基础上,简化了系统结构,提出更适应于增量运动控制的永磁同步电动机离散电流矢量控制方法。分析了离散定子电流矢量控制下系统的定位特性,研究了几种典型增量运动模式下电机的控制和优化,找出其预测控制算法的内在联系,提出了控制系统的系统结构和实现方法。针对火炮负载的实际特点设计了火炮模拟控制系统,对基于离散电流矢量的增量运动控制进行了仿真和实验研究。实验结果表明对该类负载而言,离散电流矢量对于增量运动控制系统具有很好的控制性能。这种控制策略控制相对于其他控制策略控制结构更简单,定位精度高、响应快速。