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[摘 要]随着自动化技术的飞速发展 ，电气传动控制系统也日新月异，电气传动控制系统的概念从出现以来，电气传动控制系统又有了新的发展。电气传动控制系统的研究是通过他的原理及其应用而为人类社会的进步作出贡献。
[關键词]传动控制 自动控制 PLC控制 智能控制 电气传动 数字控制
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0284-01
1. 电气传动自动控制系统优化设计方法研究概述
电气传动系统又称电力拖动系统，是以电动机作为原动机的机械系统的总称。其目的是为了通过对电动机合理的控制，实现生产机械的起动，停止，速度、位置调节以及各种生产工艺的要求。随着技术的进步及社会对环保、节能要求的日渐严格，电气传动系统在社会各方面的使用越来越广泛。如何优化、设计电气传动系统，以实现更低廉的成本、更好的性能就具有十分重要的意义。 近年来许多新理论新策略应用于电气传动系统中，并获得了良好的效果。但对大部分系统而言，其基本的闭环控制结构、利用调节器对控制对象进行校正以使系统符合要求的方法基本未变。所以，我国电气传动系统设计领域的权威专家陈伯时教授总结出的调节器的“工程设计方法”，目前在实际设计中仍然是主流设计方法。如何设计出优秀的调节器依然是电气传动系统优化设计的主要内容。因此借鉴了“工程设计方法”的基本思想，以电气传动系统的优化设计为目的，在现有的调节器“工程设计方法”基础上，采用其采用少量典型系统、分步设计的基本设计思路，以系统闭环幅频特性峰值、调节时间最小为最优化原则，分别针对典型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型系统研究出一套更能满足实际工程需要的设计方法。并总结出了便于设计者使用的参数、性能指标值计算公式及图表。针对交流电机矢量控制系统鲁棒性差的问题则进行了研究并提出了优化方案。 利用MATLAB编程和SIMULINK仿真对所设计的系统进行验证，结果表明针对典型Ⅰ、Ⅱ型系统的设计方法所设计出的系统性能指标及设计灵活性均好于“工程设计方法”；针对典型Ⅲ型系统的设计方法则是“工程设计方法”所未涉及而又实际需要的，故填补了“工程设计方法”的空白；在交流电机矢量控制系统中引入复合磁链观测器及双层模糊控制器后，系统的鲁棒性及性能得到了提高。
2. 信息化时代的电气传动技术
当前世界上正处于信息化的时代，而我国工业化尚未完成，以信息化带动工业化是我们的重要任务。电气传动是工业化的重要基础。正如人体，信息技术好比大脑和神经，生产机械好比四肢，电气传动则是牵动四肢运动的肌肉与骨骼，大脑再聪明，如果肌肉与骨骼不灵，人体也只能瘫痪。当然电气传动也要适合信息化时代的需要而发展。信息化时代的电气传动技术包含三方面的主要内容：（1）数字控制和数据通信成为电气传动控制的主要手段，（2）电力电子变换器是信息流与物质/能量流之间必需的接口，（3）可控交流电气传动逐步取代直流传动已经成为不争的事实。
所谓电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。由于（1）电机的效率高，运转比较经济；（2）电能的传输和分配比较方便；（3）电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。
在信息化浪潮中，信息技术带动着先进生产力的发展，这是无可争辩的事实。因此，人们多热中于通信、计算机以及软件等行业，电气传动技术多少有些受到冷淡。但必须注意的是，电气传动是工业化的重要基础，信息本身并不能直接让机器转动，信息技术必须通过电气传动才能带动工业化。正如在人体中，信息技术好比是大脑和神经，生产机械好比是四肢，电气传动则是牵动四肢运动的肌肉与骨骼。大脑再聪明，如果肌肉和骨骼不灵，人体也只能是瘫痪的。当然，电气传动技术也必须在信息技术的推动下，适应信息化时代的需要而向前发展，才能真正成为以信息化带动工业化的关键环节。
3. 可控交流电气传动逐步取代直流传动已经成为不争的事实
直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。在20世纪大部分年代里，鉴于直流传动具有优越的可控性能，高性能可调速传动一般都用直流电机，而约占电气传动总容量80%的不变速传动则采用交流电机，这种分工在当时已成为举世公认的格局。直到20世纪70年代，由于采用电力电子变换器的高效交流变频传动开发成功，结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、效率高、转动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域，一直被认为天经地义的交直流传动按调速分工的格局终于被打破了。此后，交流调速传动主要沿着下述三个方向发展和应用：（1）一般性能的节能调速和工艺调速，（2）高性能交流调速系统，（3）特大容量、极高转速的交流传动。
交流电机主要分异步电机和同步电机两大类。异步电机调速传动种类繁多，以其转差功率的去向来区分有三大类：（1）转差功率消耗型调速——如降电压调速、绕线电机转子串电阻调速；（2）转差功率回馈型调速——如绕线电机串级调速、内馈斩波调速、双馈调速；（3）转差功率不变型调速——如变压变频调速、变极对数调速。各种调速方法各有其用途，目前应用最普遍的是笼型转子电机变压变频调速。同步电机没有转差功率，故其调速只能是转差功率不变（恒等于0）型的，只能靠变压变频调速。开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比较简单的调速方法。
4. 交流传动在我国的应用和展望
一、 我国变频技术应用现状
国内变频调速技术经过十多年的应用推广，得到了飞速发展。变频器己广泛应用于国民经济的各个行业。促进了节能改造，极大地提高了我国工业电气传动水平。但推进的力度还不够，变频器应有的潜能还远没有充分发挥出来 。 变频调速技术的应用和推广，在工业生产中无非是解决两大问题：一是节能，二是改善生产过程。与此相对应的更多的是低压供电变频器的需求。除去低压供電的小功率风机泵类以外，还有许多行业要求变频器不仅具有很好的速度控制精度，还要有快速的，精确的力矩控制性能。比如金属加工行业中的带材轧制过程，线材轧机，拉丝机械，铣面，纵剪，复合加工，连铸连轧，酸洗，矫直，剪切等等。这些工艺过常常要求多台电机之间要有精确的速度配合，或是要求力矩能快速的跟随负载的变化而变化。这些特性同时也是造纸行业，纺织印染行业，化纤行业，橡塑行业，印刷，包装，胶片制备和涂布等等行业所需要的。
二、 交流变频调速器的类型
采用变频的方法，作为交流异步机的供电电源，实现对电机的转速控制，达到节能或改善工艺的目的，大约已有40年的历史了。随着电力电子技术和微电子技术的展，变频器的理论和产品水平也在飞快的发展。从60年代末到90年代，变频器的控制方法经历了几次大的发展变化。大概经历了三个阶段，每一个阶段，技术上都有一个突破性的进展，推出一个更先进的控制原理。每一类都有很大的应用市场，延续至今，形成三类控制原理并存的局面。第一类是70年代以恒压频比控制方式为理论基础的变频调速。它可以做成转速开环变频调速方式，也可以做成转速闭环调速方式。转速开环变频调速系统在恒压频比控制的基础上，为了改善电机的低速力矩特性，增加了变频器低频段的电压补偿的协调控制，为了改善电机的速度特性的硬度，增加了转差补偿控制。虽然其结构简单，成本较低，但调速系统静、动态性能不高。为了改善性能，继开环系统的基础上，软件里加入了PI 型转速调节器，力图使转速无静差，改善稳态性能。在动态过程中，转速调节器饱和，系统能以最大转矩 Tm 加减速 ， 保证了在允许条件下的快速性、加减速的平滑性，系统也容易稳定。然而这类基本型转差频率控制是从异步电机稳态等值电路和稳态转矩公式出发的，"保持磁通恒定"的结论只在稳态情况下成立。电流调节器只控制了定子 电流的幅值，并未控制其相位 ，其动态性与理想的闭环控制指标仍存在一定的差距。这类变频器常用于风机、水泵类节能型调速系统或对速度的动态指标要求不高的简单机械传动上。第二类矢量控制型变频器出现于80年代它是基于“感应电机磁场定向控制原理”，和矢量系的"坐标变换 "原理，经过不断改进和完善，形成的一类高性能的矢量控制变频调速系统。其基本思想是通过矢量变换和磁场定向，实现定子电流转矩分量与励磁分量的解耦，得到类似直流电机的动态数学模型，然后模拟直流电机进行控制，获得良好的静、动态性能。 继而出现的转差型矢量控制，进一步简化系统结构，使之进一步实用化。虽然理论上采用直接转子磁链定向最为理想，但是由于转子磁链直接检测相当困难，只能利用转子磁链模型进行磁场定向，而电机运行状态的变化以及参数的变化势必会影响转子磁链模型的精确性，进而影响系统的静、动态性能。为了使磁场定向准确且对电机参数变化不敏感，可以通过参数辨识、参数自适应等方法，提高系统的鲁棒性。
由于这类变频器采用了矢量控制技术，依靠计算机的快速数据处理能力，将一个连续的电流量经过坐标变换分解成无数对离散的、空间上互相垂直的两个电流分量，按照磁场和其正交的电流乘积就是转矩这一原理，将定子电流分解成建立磁场的励磁分量和与磁场正交的产生转矩的转矩分量，然后分别进行各自的闭环控制，就象直流电动机可以分别对励磁和电枢电流进行控制一样，从而使得普通的交流电动机得到如同直流电动机的控制规律和动态性能。矢量控制变频器已广泛的应用到工业领域的各个行业中了。
参考文献
[1] 石磊.电气自动化控制系统及设计[J].黑龙江科技信息，2011（20）.
[2] 孙刚.浅谈电气自动化控制系统的应用及发展趋势 [J].信息系统工程，2011（05）.
[關键词]传动控制 自动控制 PLC控制 智能控制 电气传动 数字控制
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0284-01
1. 电气传动自动控制系统优化设计方法研究概述
电气传动系统又称电力拖动系统，是以电动机作为原动机的机械系统的总称。其目的是为了通过对电动机合理的控制，实现生产机械的起动，停止，速度、位置调节以及各种生产工艺的要求。随着技术的进步及社会对环保、节能要求的日渐严格，电气传动系统在社会各方面的使用越来越广泛。如何优化、设计电气传动系统，以实现更低廉的成本、更好的性能就具有十分重要的意义。 近年来许多新理论新策略应用于电气传动系统中，并获得了良好的效果。但对大部分系统而言，其基本的闭环控制结构、利用调节器对控制对象进行校正以使系统符合要求的方法基本未变。所以，我国电气传动系统设计领域的权威专家陈伯时教授总结出的调节器的“工程设计方法”，目前在实际设计中仍然是主流设计方法。如何设计出优秀的调节器依然是电气传动系统优化设计的主要内容。因此借鉴了“工程设计方法”的基本思想，以电气传动系统的优化设计为目的，在现有的调节器“工程设计方法”基础上，采用其采用少量典型系统、分步设计的基本设计思路，以系统闭环幅频特性峰值、调节时间最小为最优化原则，分别针对典型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型系统研究出一套更能满足实际工程需要的设计方法。并总结出了便于设计者使用的参数、性能指标值计算公式及图表。针对交流电机矢量控制系统鲁棒性差的问题则进行了研究并提出了优化方案。 利用MATLAB编程和SIMULINK仿真对所设计的系统进行验证，结果表明针对典型Ⅰ、Ⅱ型系统的设计方法所设计出的系统性能指标及设计灵活性均好于“工程设计方法”；针对典型Ⅲ型系统的设计方法则是“工程设计方法”所未涉及而又实际需要的，故填补了“工程设计方法”的空白；在交流电机矢量控制系统中引入复合磁链观测器及双层模糊控制器后，系统的鲁棒性及性能得到了提高。
2. 信息化时代的电气传动技术
当前世界上正处于信息化的时代，而我国工业化尚未完成，以信息化带动工业化是我们的重要任务。电气传动是工业化的重要基础。正如人体，信息技术好比大脑和神经，生产机械好比四肢，电气传动则是牵动四肢运动的肌肉与骨骼，大脑再聪明，如果肌肉与骨骼不灵，人体也只能瘫痪。当然电气传动也要适合信息化时代的需要而发展。信息化时代的电气传动技术包含三方面的主要内容：（1）数字控制和数据通信成为电气传动控制的主要手段，（2）电力电子变换器是信息流与物质/能量流之间必需的接口，（3）可控交流电气传动逐步取代直流传动已经成为不争的事实。
所谓电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。由于（1）电机的效率高，运转比较经济；（2）电能的传输和分配比较方便；（3）电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。
在信息化浪潮中，信息技术带动着先进生产力的发展，这是无可争辩的事实。因此，人们多热中于通信、计算机以及软件等行业，电气传动技术多少有些受到冷淡。但必须注意的是，电气传动是工业化的重要基础，信息本身并不能直接让机器转动，信息技术必须通过电气传动才能带动工业化。正如在人体中，信息技术好比是大脑和神经，生产机械好比是四肢，电气传动则是牵动四肢运动的肌肉与骨骼。大脑再聪明，如果肌肉和骨骼不灵，人体也只能是瘫痪的。当然，电气传动技术也必须在信息技术的推动下，适应信息化时代的需要而向前发展，才能真正成为以信息化带动工业化的关键环节。
3. 可控交流电气传动逐步取代直流传动已经成为不争的事实
直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。在20世纪大部分年代里，鉴于直流传动具有优越的可控性能，高性能可调速传动一般都用直流电机，而约占电气传动总容量80%的不变速传动则采用交流电机，这种分工在当时已成为举世公认的格局。直到20世纪70年代，由于采用电力电子变换器的高效交流变频传动开发成功，结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、效率高、转动惯量小的交流笼型电机进入了可调速领域，一直被认为天经地义的交直流传动按调速分工的格局终于被打破了。此后，交流调速传动主要沿着下述三个方向发展和应用：（1）一般性能的节能调速和工艺调速，（2）高性能交流调速系统，（3）特大容量、极高转速的交流传动。
交流电机主要分异步电机和同步电机两大类。异步电机调速传动种类繁多，以其转差功率的去向来区分有三大类：（1）转差功率消耗型调速——如降电压调速、绕线电机转子串电阻调速；（2）转差功率回馈型调速——如绕线电机串级调速、内馈斩波调速、双馈调速；（3）转差功率不变型调速——如变压变频调速、变极对数调速。各种调速方法各有其用途，目前应用最普遍的是笼型转子电机变压变频调速。同步电机没有转差功率，故其调速只能是转差功率不变（恒等于0）型的，只能靠变压变频调速。开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比较简单的调速方法。
4. 交流传动在我国的应用和展望
一、 我国变频技术应用现状
国内变频调速技术经过十多年的应用推广，得到了飞速发展。变频器己广泛应用于国民经济的各个行业。促进了节能改造，极大地提高了我国工业电气传动水平。但推进的力度还不够，变频器应有的潜能还远没有充分发挥出来 。 变频调速技术的应用和推广，在工业生产中无非是解决两大问题：一是节能，二是改善生产过程。与此相对应的更多的是低压供电变频器的需求。除去低压供電的小功率风机泵类以外，还有许多行业要求变频器不仅具有很好的速度控制精度，还要有快速的，精确的力矩控制性能。比如金属加工行业中的带材轧制过程，线材轧机，拉丝机械，铣面，纵剪，复合加工，连铸连轧，酸洗，矫直，剪切等等。这些工艺过常常要求多台电机之间要有精确的速度配合，或是要求力矩能快速的跟随负载的变化而变化。这些特性同时也是造纸行业，纺织印染行业，化纤行业，橡塑行业，印刷，包装，胶片制备和涂布等等行业所需要的。
二、 交流变频调速器的类型
采用变频的方法，作为交流异步机的供电电源，实现对电机的转速控制，达到节能或改善工艺的目的，大约已有40年的历史了。随着电力电子技术和微电子技术的展，变频器的理论和产品水平也在飞快的发展。从60年代末到90年代，变频器的控制方法经历了几次大的发展变化。大概经历了三个阶段，每一个阶段，技术上都有一个突破性的进展，推出一个更先进的控制原理。每一类都有很大的应用市场，延续至今，形成三类控制原理并存的局面。第一类是70年代以恒压频比控制方式为理论基础的变频调速。它可以做成转速开环变频调速方式，也可以做成转速闭环调速方式。转速开环变频调速系统在恒压频比控制的基础上，为了改善电机的低速力矩特性，增加了变频器低频段的电压补偿的协调控制，为了改善电机的速度特性的硬度，增加了转差补偿控制。虽然其结构简单，成本较低，但调速系统静、动态性能不高。为了改善性能，继开环系统的基础上，软件里加入了PI 型转速调节器，力图使转速无静差，改善稳态性能。在动态过程中，转速调节器饱和，系统能以最大转矩 Tm 加减速 ， 保证了在允许条件下的快速性、加减速的平滑性，系统也容易稳定。然而这类基本型转差频率控制是从异步电机稳态等值电路和稳态转矩公式出发的，"保持磁通恒定"的结论只在稳态情况下成立。电流调节器只控制了定子 电流的幅值，并未控制其相位 ，其动态性与理想的闭环控制指标仍存在一定的差距。这类变频器常用于风机、水泵类节能型调速系统或对速度的动态指标要求不高的简单机械传动上。第二类矢量控制型变频器出现于80年代它是基于“感应电机磁场定向控制原理”，和矢量系的"坐标变换 "原理，经过不断改进和完善，形成的一类高性能的矢量控制变频调速系统。其基本思想是通过矢量变换和磁场定向，实现定子电流转矩分量与励磁分量的解耦，得到类似直流电机的动态数学模型，然后模拟直流电机进行控制，获得良好的静、动态性能。 继而出现的转差型矢量控制，进一步简化系统结构，使之进一步实用化。虽然理论上采用直接转子磁链定向最为理想，但是由于转子磁链直接检测相当困难，只能利用转子磁链模型进行磁场定向，而电机运行状态的变化以及参数的变化势必会影响转子磁链模型的精确性，进而影响系统的静、动态性能。为了使磁场定向准确且对电机参数变化不敏感，可以通过参数辨识、参数自适应等方法，提高系统的鲁棒性。
由于这类变频器采用了矢量控制技术，依靠计算机的快速数据处理能力，将一个连续的电流量经过坐标变换分解成无数对离散的、空间上互相垂直的两个电流分量，按照磁场和其正交的电流乘积就是转矩这一原理，将定子电流分解成建立磁场的励磁分量和与磁场正交的产生转矩的转矩分量，然后分别进行各自的闭环控制，就象直流电动机可以分别对励磁和电枢电流进行控制一样，从而使得普通的交流电动机得到如同直流电动机的控制规律和动态性能。矢量控制变频器已广泛的应用到工业领域的各个行业中了。
参考文献
[1] 石磊.电气自动化控制系统及设计[J].黑龙江科技信息，2011（20）.
[2] 孙刚.浅谈电气自动化控制系统的应用及发展趋势 [J].信息系统工程，2011（05）.