薛亚楠 高原 郭江宇 陈鹏霖 高星
北方自动控制技术研究所 山西太原030006
摘要：伴随我国社会的持续发展，我国的工业技术水平也有了长足的进步，近年来，各类先进的技术在各个领域得到了广泛应用。以电机控制技术为例，其是工业生产中不可或缺的重要技术。电机是把电能转换成机械能的设备，它在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业领域中都有着广泛的应用。随着现代电力电子技术的飞速发展，现代电机控制技术正朝着小型化和智能化的方向发展。基于此，文章对现代电机控制技术的发展现状及展望进行了分析，以供参考。
关键词：电机控制技术；现状分析；发展展望
1电机的基本结构及分类
普通电机主要由定子、转子、端盖、风扇、罩壳、机座和接线盒等组成。最常见的三相鼠笼式电机为例，其主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，转子绕组有鼠笼式和线绕式。鼠笼式与线绕式两种电机虽然具有不同的结构，但是工作原理却是相同的。电机按其工作电源种类的不同可划分为直流电机和交流电机两种，常见直流电机按结构及工作原理可进一步划分无刷直流电机和有刷直流电机，常见交流电机按结构及工作原理的不同也可以进一步划分为单相电机和三相电机。这些电机也因为其结构和工作原理的不同而具有不同的特性。
2直流电机控制技术现状及发展
直流电机的发展起步于二十世纪七八十年代，MAC无刷直流电机问世，带动了直流电动机控制技术在国际范围内的发展。我国国内也开始对直流电机展开广泛研究，先后推出了方波无刷电机、正弦波直流电机等典型的直流电机。与此同时，与电机相关的材料研究，也开始广泛开展，永磁材料也开始与微电子技术、自动化控制技术等相结合，促使直流电机控制技术的研究与实践无限贴合。本文以有刷向无刷直流电机控制技术过渡为例，探讨了直流电机控制技术的整体现状及未来发展。
2.1直流电机控制技术发展现状
2.1.1电机结构
无论是无刷还是有刷两种情况，直流电机的电磁结构基本一致，只是无刷直流电机的进一步发展，简化了原本复杂的直流电机结构，降低了转子重量，可以直接将绕组放在定子之上，能够最大程度的保证直流电机的工作效率。无刷电机之所以能够兴起与发展，和我国材料科学领域的不断突破密切相关，永磁材料研发，并投入使用，经历了从铝材，到铁氧体磁性材两个阶段，后步入钕铁硼材料阶段。
2.1.2 控制电路
有刷直流电路在控制上相对复杂，且缺乏一定电路保护系统。而无刷直流电机则可以有效解决此问题，通过驱动电路中的开关器件，就能调节电机运行速度，在出现过流、或过热，甚至局部过压等情况时，电路也可以触发保护机制，对电机运行进行阻断，保证电机与操作人员的安全。当下，投入实践应用的无刷直流电机控制系统，往往采用专用的集成电路以及信号处理系统，更大程度保证控制效率和控制安全。
2.1.3 驱动电路
无刷直流控制系统的驱动电路往往从属于控制系统，并受控于整体的控制系统。驱动枢纽，经过从半控制系统，向全控制功率开关器件的过渡，形成了完善的反馈系统，能够实现良好的控制效果。目前，全控型开关器件也处在不断的发展过程中，并逐渐实现了对普通晶闸管的取代作用。
2.1.4检测电路
为了保证无刷直流电机的进一步应用以及发展，与之相应的配套完善器件的发展也在顺势推进。以检测电路的转子位置为例。
众所周知，无刷直流电机，是闭环的一体化系统，为了保证转子磁极位置，磁敏式的霍尔传感器被不断应用于电机的工作之中，可以让转子磁极信号成为换相信号。
2.2未来趋势及发展方向
随着新技术不断创新，随着电子计算机技术在我国的不断发展，直流电机控制系统也必将不断发展，并迎来新的突破，效率在不断提升的同时，运行成本会逐渐下降。如位置检测，可以通过芯片实现，高速微处理器与DSP，可以提速电机的反应效率，使得电机设备在不同领域与行业的应用中，能够得到更有效发展。DSP的强计算能力，也可以成为未来无位置传感器研究的重要方向之一，当DSP技术能够被应用于直流电机控制系统之中，电机的控制运营成本必然会呈显著下降。
3交流电机控制技术的发展现状与展望
20世纪70年代德国工程师F.Blaschke提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。1985年，德国的Depenbrock教授提出了异步电机直接转矩控制方法。近年来，矢量控制和直接转矩控制技术不断发展，且有各自不同的应用领域。随着现代控制理论和电子技术的发展，各种控制方法和器件不断出现。
3.1矢量控制技术的现状与展望
目前，在矢量控制方面出现了许多新兴的技术，如磁通的快速控制、参数辨识和调节器自整定、非线性自抗扰控制器以及矩阵式变换器技术等。在不久的将来，矢量采用高速电机控制专用DSP、嵌入式实时软件操作系统，开发更实用的转子磁场定向方法和精确的磁通观测器，使变频器获得高起动转矩、高过载能力，将是未来矢量控制技术的重要发展方向。
3.2直接转矩控制技术的现状与展望
直接转矩无差拍控制是基于离散化直接转矩控制系统提出来的一种控制方法。无差拍控制可以在一个控制周期内，完全消除定子磁链模值和电磁转矩的动、静态误差，消除由于使用滞环比较器产生的转矩脉动，使电机可以运行在极低速下，扩大了调速范围。转矩跟踪预测控制方法认为磁链模值已经被准确控制或只发生缓慢地变化，没有考虑磁链模值的控制问题。随着现代科学技术的不断发展，直接转矩控制技术必将有所突破。一是交流调速向高频化方向发展，进一步提高控制性能，消除脉动，其中空间矢量脉宽调制和软关断技术又是重点。二是与智能控制相结合，使交流调速系统的性能有一个根本的提高。目前，直接转矩控制主要有以下几种新兴技术：（1）模糊控制和神经网络控制。模糊控制是根据人工控制规则组织控制规则决策表，采用人类思维中模糊量、控制量，由模糊推理导出。神经网络控制是人脑神经系统的某种简化抽象和模拟，由大量的简单的神经元互相连接形成的高度复杂的非线性系网络系统，具有逼近任意非线性函数的功能、高容错性、多输入输出特性，易用于多变量系统的控制。（2）鲁棒控制和自抗扰控制器。鲁棒控制是针对时间域或频率域来说的，一般假设过程动态特性的信息和它的变化范围。自抗扰控制器利用非线性结构克服经典PID的缺陷，抵消和估计出异步电机高阶、非线性、强耦合的多变量系统中，同步旋转坐标系中定子电压方程存在的非线性耦合作用，使电机定子电流的转矩分量与励磁分量的相互影响，主要用于异步电机的非线性控制。（3）复合控制。将上述几种控制方法组合起来使用，如神经网络与内模复合控制;滑模、模糊、神经网络的复合控制;自调整模糊滑模变结构控制和自适应模糊神经网路滑模变结构控制等。
结语
综上所述，电机作为能够实现电能与机械能转化的设备，在生产实践中应用广泛，针对其的控制技术，也不断处于发展之中。如今科学技术不断进步，新材料、新技术也在不断提出、创新与应用，在未来，现代电机控制技术也必然会与材料、技术领域密切融合，取得更好发展。
参考文献：
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[2]徐丽霞.基于滑模变结构的异步电机高性能调速系统的研究[D].辽宁工程技术大学,2012.