上一章传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十六):同步电机(三)永磁电机(一) 本章节如果未加说明,都以转子表面贴片的永磁电机为例。 7 电流和电压波形 对于永磁同步电动机的设计,还要从电流电压波形来区分,共有两种常见的:正弦波和方形波。 图17.1 永磁同步电机的电流电压以及磁场波形 【正弦电流】电动机通入正弦电流以及正弦电压,气隙磁场空间上的分布或是正弦形
上一章传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十五):同步电机(二)凸极电机 同步电机能够类似直流电机,除了电励磁也可以直接使用永磁体来励磁。这样转子上就不需要设置线圈,恒定的磁场直接由永磁体产生。同步电机不用电励磁而使用永磁体来励磁会有一定好处: 略去励磁线圈和励磁装置 没有滑环和电刷的摩擦机械损耗 体积重量可以更小,则允许更高的动态性能 小型电机造价更
上一章传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十四):同步电机(一)隐极电机 4 同步电机的阻尼绕组/阻尼棒 同步电机是一种可以振荡的系统。稳态工作下的小幅负载角的变动,都对应了负载转矩的变动。这样的效果好比一个旋转着的弹簧,其加载了惯性矩后可以振荡,驱动时只需很小损耗即可产生阻尼。周期性负载冲击或者电网电压波动会激发出摆动转矩,其需在额定工作点稍加阻尼抑制,这也会抑制大的电流
上一章传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十三):异步电机:鼠笼电机 1 同步电机概述 本质上,同步电机的定子结构和异步电机的定子是一样的。都是叠片槽上缠绕线圈,通入交流电后即能产生同步转数 的旋转磁场。和异步电机最不一样的是,而在转子上会布置线圈通入直流电励磁,抑或是永磁体励磁。励磁产生的磁场相对于转子却是静止的。这样转子以及伴随转子旋转的转子磁场,相对于固定不动的定子的转
上一章传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十二):异步电机:绕线转子电机(二) 上节讲了绕线转子异步电机,是一种转子上和定子上有对称绕组布置的异步电机。但是这还不是最简单的布置方式,这样转子还要绕线。事实上,异步电机是可以不需要绕线的,可以单纯通过耦合磁链对转子上的感应电流的作用来推动转子——也就是鼠笼电机的思想。 鼠笼电机的转子造型往往像一个宠物松鼠的旋转笼子,故名鼠笼电
上一篇传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十一):异步电机:绕线转子电机(一) 4.绕线转子电机的功率和转矩 接上文,接下来将讨论异步电机作为电动机工作的特性。所以这时定子就会使用消耗型箭头系统(Verbraucherzählpfeilsystem, VZS),而转子就会使用生产型箭头系统(Erzeugerzählpfeilsystem, EZS)。这样互感耦合部分在定子端
交流电机概述传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(七):交流电机概述 旋转磁场理论传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(八):三相交流电机的旋转磁场理论(一)旋转磁动势 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(九):三相交流电机的旋转磁场理论(二)绕组因数 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(十):三相交流电机的旋转磁场理论(三)旋转磁场和转矩
上一篇传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(九):三相交流电机的旋转磁场理论(二)绕组因数 3.旋转磁场和转矩 3.1三相绕组的磁场 上一章我们介绍了绕组布置方式对谐波的影响,这一章我们继续深入三相绕组产生的磁场。 现在继续之前一贯的转子和定子之间的恒定有效气隙 的假设,使得磁动势和磁通密度保有简单的线性关系 (10.1) 所以绕组通电产生的磁场就可以继续
上一篇传送门: 善道:德国人怎么学电机——浅谈电机模型(八):三相交流电机的旋转磁场理论(一)旋转磁动势 2.绕组因数 上节讲到,交流电机的通入绕组的电流会在定子叠片铁芯截面上产生旋转运动的时空谐波,除了幅值和角速度最大的基波,其余都是高次谐波。对于交流电机而言,它的工作方式主要是基于旋转磁场的基波!由于槽缝不能无穷小,槽分布无法连续,只能以离散方波的形式产生交变磁动势。这样间断
前言 交流电机在德语里叫做“Drehfeldmaschinen”即旋转磁场电机。顾名思义,其原理是基于会圆周旋转的磁场,这个磁场来源于定子绕组的交变电流。对于各种基本类型的交流电机,比如同步电机、异步电机,无论是场、转矩和感应电压的产生,都可以用旋转磁场统一描述其基本原理。借助旋转磁场理论,同步、异步电机在空间上环绕运动的磁场都能被分解出基波和高次谐波,所以交流电机的基本理论得以统一
前言 之前我们讨论了直流电机。直流电机运行过程中,励磁磁场相对于定子静止,而例如串励电机输入单相的交流电就会形成两倍于电网频率的脉动功率,产生很高的转矩涟波。这只对于工况要求宽松的小型电机是可以接受的。但是如果需要大功率大转矩的设备,直流电机的缺点就会暴露。 交流电机与直流电机相比,由于没有换向器(详见前文关于直流电机的换向的文章 《德国人怎么学电机——浅谈电机模型(二):直流电
2.5永磁励磁直流电机 2.5.1直流电机中的永磁体 前文提到过,因为励磁绕组主要是用来提供气隙磁场的,所以如果本来就有磁体能够励磁,当然可以替代。永磁体励磁方式在直流电动机,同步电动机和步进电机等用来工业伺服的驱动,汽车辅助驱动以及在家电办公中小型设备驱动中常常得以应用,使用永磁体励磁相对于电励磁绕组有以下几个优点: 体积重量更小 工作效率更高 动态性能好 在小型设备
2.4电枢反应和补偿极线圈 2.4.1电枢反应 到目前为止,文章里我一直把直流电机的磁场当作只受励磁磁场激发的简单磁场,这个假设简化了主磁极下的磁感强度分布情况,似乎只是恒定匀强的磁场。然而正常工作的电枢转子在横截面看,经历换向后,正在通电的导体分布,正好会处于相对静止的状态,留下一个横向磁动势 ,而它正好和竖直方向的主极励磁绕组对应的励磁磁动势 相垂直,这个横向磁动势会和原本
2.3.直流电机的换向和换向极 2.3.1换向时的电流行为 恒定的转矩要求时不变的恒定电枢磁动势(电枢电流)垂直于励磁磁场。而换向器会把线圈电流以电枢频率对正相位地换极,它还会快速闭合那些在无场极缺口的导体回路到电刷上。 如图所示,以 速度运动的电刷从换向片1经过时,支路电流 先沿顺时针方向进入线圈,此时导体电流 > 0;紧接着电刷移动到换向片1和2中间,正好同时接通,那么相当于
2.2电压,转矩和功率 2.2.1励磁磁场 上期我们简单讲了一下直流电机的机械结构,接下来会更加精确地考察励磁磁场,电压和转矩的产生。 图3.1 四极直流电机截面 对于一个多极直流电机的磁场分析,可以借助通量公式(1.2)安培环路定律(1.3)还有磁化公式(1.9)(1.10)等,《德国人怎么学电机——浅谈电机模型(一):电机的物理基础》文章提到的公式。但是更加精细的分
前言 一般地,大部分旋转式电机都由三个主要部分组成,即定子,转子和控制电路。定子固定不动,一般由底座固定在地上,转子接着一根电机轴,通过两端轴承置于定子中央,一般要保证对齐定子和转子的轴线。直流电机和同步电机,定子和转子一般都要接上励磁电路,但是如果使用了永磁体就可以不用接励磁电路。常见的电机根据通入电流性质可分为直流电机和交流电机而交流电机又因为转子转速和通入交流电产生的旋转磁场转速同步与否,
前言 我在国内本科学习机电一体化专业,但是由于没有深入学习过电机拖动,只在一本蓝皮的秦曾煌的《电工学(一)》里对电机浅尝辄止。上到最后对电机认识还很浅薄,常常分不清楚同步电机和异步电机到底有什么区别,对于电机的认识十分简单朴素,特别是数学模型,更是没什么深刻印象。之后和同学组队,参加过一次大疆举办Robomaster 大学生机器人比赛,第一次接触到直流无刷电机(BLDC Motor),第一次被电机
现在开始讨论有约束的静态优化问题: (5.1) 5.1 一些例子 为了加深对第一章举例的认识,考虑单独的约束条件,作为对无约束情况的扩展补充。 5.1.1 等式约束 例5.1 考虑之前最优问题并带上约束 (5.2) 下图展示了直线 和等高线 最优点 必在直线上,直线而对于 则有两个交点,显然, 时,两交点不断收缩,汇集于一点 。此时可以看到他们的梯度: (5.3) 图5.1
上一章传送门: 善道:学习笔记:数值最优和模型预测控制(三)无约束静态最优化(一)确定步长 接下来我们探讨如何确定下降方向的向量 。 4.1 梯度法 为了让代价函数沿最快速度方向下降到最小值,除了迭代步长,下降方向也至关重要。确定搜寻方向有许多方案,他们各有特色,依据精度,收敛速度以及计算复杂度相区别。最简单的一种方法,即沿着负梯度方向。那么 (4.1) 这就是梯度法,往往也被
上一章传送门: 善道:学习笔记:数值最优和模型预测控制(二)最优化的基础22 赞同 · 2 评论文章 本章将讨论无约束静态最优问题 (3.1) 以及导出必要的足够的最优条件。之后会介绍一些知名的数值优化方法,使读者对数值优化产生基本印象。 3.1 必要最优条件 对无约束问题的最优条件,一方面要找到(局部的)极值 也要对其检验,保证极值为足够小的领域里的(定义2.1)最小值(Mini
上一章传送门: 善道:学习笔记:数值最优和模型预测控制(一)概述77 赞同 · 2 评论文章 本章先开始探究静态最优问题的基本概念。 2.1局部/全局最小和容许集 定义2.1 局部/全局最小: 给定函数 有映射关系 且有最优点 。1.一个局部最小:如果足够小的邻域内的任意 有 2.一个严格局部最小:如果足够小的邻域内的任意 有 3.一个全局(绝对)最小:如果 有 4.一个
Cum enim mundi universi fabrica sit perfectissima atque a Creatoresapientissimo absoluta, nihil omnino in mundo contingit, in quo nonmaximi minimive ratio quaepiam eluceat; quamobrem dubium prorsu
上一章传送门: 善道:线性系统控制入门(九)设计状态观测器 上一章我们讨论了状态观测器的设计,实际上这是在实际操作中很必要的一个设计。因为实际上如果各个状态变量未知,那就无法实现控制律的状态反馈了。不过之前几章设计状态反馈控制器时,我们一直都只研究了控制里面的一个问题,那就是系统的平衡问题。 设计反馈控制器的目的,一直都是设法通过系统负反馈来让所有状态变量都处于衰减主导的动态,这样在有限的时
上一章传送门: 善道:线性系统控制入门(八)最优控制——LQR控制器 到目前为止,对于状态反馈控制器设计方法都是基于状态变量全是已知的。然而在很多情况下,这是不可能抑或是技术上有很大难度。那么对于那些未知的状态变量,如何才能借助仅有的可测的输出变量以及已知的输入变量来求得?这就是状态观测器的思想的由来。现在依然基于线性时不变的MIMO系统来设计状态观测器。 (9.1) 其中状态变量 ,输入变量
上一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(七)输入输出解耦的控制器设计 上一篇我们谈及了在MIMO系统为了解决多个输入和多个输出最终耦合的问题,使用了输入输出解耦的控制器设计方法。这一章我们要简略探讨一下线性系统里面的最优控制。 到目前为止考察的状态反馈控制器都是通过预设特征值的方式,来使系统稳定,而在MIMO系统里,预设特征值还会有更多的自由发挥空间。通过特征值或是极点的预置,可以让反馈增益很明确
上一章传送门: 善道:线性系统控制入门(六)用能控标准型设计控制器 在利用状态方程设计MIMO的能控标准型时,闭环系统的动态是完全不考虑输出变量 而直接预给的,MIMO系统的输出动态可能会因为状态变量之间的耦合导致变换到能控标准型时无法保证期望的系统动态。这就是输入输出变量解耦的必要性,这样输入和输出就不会耦合在一起,期望的动态会被直接加在输出上。 接下来假设,输入控制量 输出变量 具有相同
上一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(五)设计状态反馈控制器 上一篇初步谈到了如何利用状态变量的反馈来设计状态变量反馈控制器,相比于给定特征值后比较特征多项式系数,实际上还有更加一般方法,即基于能控标准型的设计方法。 6.1 SISO系统的Ackermann公式 第四篇的能控性里面提到过在线性时不变的SISO系统里变成能控标准型的变换 (6.1) 使用能控标准型来设计一个预给系统特征值的控制
上一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(四)能控性和能观性 在经典控制理论里面,我们会关注,一个SISO的系统的输出被测量后传回输入形成反馈环。通过比较实际输出信号 与参考输入信号 计算出应该调节的动态控制输入信号 ,再逐步纠正输出信号。 图5.1 SISO系统的输出反馈控制 假设一个系统的所有状态变量都是可以通过传感测量技术测量的或者说可以估计的,那么就可以设计一个线性的全状态反
上一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(三)输入输出变量的稳定性 现在我们来探讨线性时不变系统的一个重要性质——能控性(Steuerbarkeit)。 对于这样一个的线性时不变MIMO系统 (4.1) 其中状态变量 ,输入变量 ,动态矩阵 ,控制矩阵 。 定义4.1 能控性一个线性系统被称为完全能控,当且仅当在有限时间 内,任意初始条件 都可经由一个连续的控制变量 ,在 内,传导
上一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(二)状态变量的解和渐近稳定性 渐近稳定是状态变量的特性,如果再度考虑系统的输入输出行为,这个输入输出变量的稳定性可以由单变量输入单变量输出(Single-Input-Single-Output, SISO)时传递函数以及多变量输入输出(Multi-Input-Multi-Output, MIMO)的传递矩阵来描述。 3.1传递函数和传递矩阵 当 时,
第一篇传送门: 善道:线性系统控制入门(一)状态方程描述下的动态系统 上一篇我们引入了时域的状态方程的描述方法,当引入状态变量以后,系统的特性就由多个耦合的状态变量的微分方程来描述,选择一些状态变量输出,就得到了可测的输出量。所以这些微分方程的解至关重要,接下来探讨一下状态变量的解的性质行为。 2.1 线性系统解的行为 先考虑最简单的线性自治系统 (2.1) 它的解可以借助一个所谓的(n
控制理论是一门上个世纪诞生的很重要的理论,它基于信息的交互来实现目标的运动。一经诞生就备受人们重视,它启发和影响了诸如人工智能、认知科学、环境科学、现代经济理论等多个领域。经典控制理论已经广泛运用到工业自动化领域。用经典控制理论来实现控制器的设计思路十分成熟。不过在一些设计过程中只用根轨迹、伯德图设计系统控制器参数比较棘手,一开始对系统稳定性的判定就很繁琐,而且如果不适合又要完全从头开始作图
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