同步发展策略

同步发展策略（共6篇）

同步发展策略 篇1

摘要：通过对直线电动机的原理进行有效的分析和研究, 找出直线同步永磁电动机的系统的控制问题, 这其中包括经典控制问题、现代控制问题和职能控制问题三个方面, 通过永磁直线电动机系统的控制分析, 认识发展的现状和未来可能发展的趋势, 从中研究目前较为成熟的鲁棒控制系统和滑模结构, 对其控制方式进行进一步地描述。

关键词：永磁直线同步电动机,控制策略,伺服系统

0 引言

随着科技的快速大发展, 目前的电动机是以一种直线的较为新型的电动机, 电能可以转换成为直线方式的运动, 其间不需要有其他转换设备的电磁装置, 由旋转的电动机渐渐转的发展过来的。将旋转的电动机按照镜像方式打开, 将电动机按照原有的圆周进行系统直线的开展, 得到了线性的电动机。直线的电动机的工作原理, 与旋转形式的电动机相类似, 在相关缝隙中进行有效的磁场效应, 而不是进行磁场的旋转, 是具有直线性效果的, 其方向通过正弦方式进行有效的分布, 逐渐平移的磁场效应。与旋转的电动机相互比较, 直线的电动机具有几种异步效应感应。直线性电动机和同步的直线性电动机、直流的电动机, 以及其他类型的直线的电动机。直线电动机是按照平板型、弧线型、管线型进行有效的分析, 对各种类型的直线的电动机, 不适合其他方式方法的应用领域。永磁性同步直线的电动机, 在效能能指标和定位的精度和速度上, 以及效率等方面, 比其他的直线性电动机具有更加多的优势, 在许多现代化的, 具有高精密的直线性驱动的控制管理系统中, 永磁直线性同步的电动机是一种具有理想性的直线性伺服电动机, 永磁直线性同步电动机的平滑运行, 对推力脉动具有不明感, 直接使用直线的伺服电动机。

1 交流伺服系统

交流伺服系统是一个具有较高的非线性、强耦合性和复杂的变化性系统, 随着系统运行过程中产生了具有不同的程度的干扰, 这造成了控制难度的逐渐增大。策略上, 基于电机稳态数学模型的电压频率控制方法与开环磁通轨迹控制方法都很难以达到良好的伺服特性, 目前大多数应用的是基于永磁电机动态解耦数学模型的矢量控制方法, 这是现代伺服系统的核心控制方法。

2 永磁直线性的同步电动机具有的控制方法

经典永磁直线电动机, 通过对同步的控制系统进行有效的控制, 对非PID的控制器件做一个合理的实验方法, 完成有效的控制, 在实际的直线性电动机中, 伺服的控制系统中得到了广泛的应用。通过对DSP实现直线电动机的PID控制, 在直线性电动机中, 对系统进行P型的控制, 包括对PI型的速度, 有效控制器的合理化。PIO控制方法, 通过对被控制的相关对象, 进行模型参数分析, 寻求合理的变化。在鲁棒性能不缺定的时候, 通过PID的系统控制, 降低整体的耗费时间。因香瓜参数的时间具有一定的互相性, 产生一定的影响, 造成系统控制难以完成较好的效果。目前的PIO控制, 通过与其他的控制相互联系, 分析策略之间的相互关系, 逐渐形成复合的系统, 使其具有一定的智能新型控制, 提高复合控制这个系统的整个管理。直线性的电动机是具有多变性的, 伺服系统有多变系数, 其具有强烈的控制效果, 耦合的非线性可以保证系统的控制, 人们往往通过转子的磁链, 进行定向的矢量定位, 保证解耦的控制小姑, 消除励磁的控制, 实现回路的耦合, 推进控制系统的耦合管理, 从而可以使控制回路分别受到控制, 即预估器可以与其他器件进行互联, 实现控制器时间的有效补偿, 使控制器的工作时间可以发展, 加深时间的滞后效果管理, 实现完全性的补偿。这种设计的控制器具有一定的独立性, 不需要考虑时间延迟的影响, 从而解决直线性电动机的延时问题, 保证伺服系统的延时问题, 在电力传输系统中, 解决延时问题, 提高速度测量的滞后问题, 及时反馈相关速度滞后的原因, 保证整个系统的影响效果。

3 永磁直线性同步电动机的现实控制管理

现代的控制策略, 通过对系统进行自我控制, 保证自适应能力的有效控制。鲁棒控制问题, 预见性控制问题, 滑模变结构控制问题, 三者之间有一定的相关作用。

3.1 常见的 (自觉适应) 的控制系统

自觉适应是一种相互结合的理论, 将反馈的控制辨识, 研究相关理论。通过控制性能指数, 完成最大化控制指标。通过有效的控制调节, 保证对象系统的调整, 完成基于现代的理论控制系统, 对状态空间进行管理和控制。目前, 较为成熟的模型可以很好的完成数据校对, 其相关参考具有自觉适应的控制能力, 具有自我校正的系统管理。通过对自觉适应系数的分析, 完成系数的调整, 保证稳定化系统的相关误差, 渐渐的趋于零, 保证系统自觉的适应的速度。因此, 通过对直线性电动机的控制, 伺服系统可以完成模型直线性分析, 有效的直线性电动机的模式控制, 从而实现电动机的相关参数的逐渐变化。但对于具有高频系数的干扰问题, 没有较好的干扰显示效果。

3.2 常见的的控制管理系统

鲁棒的控制管理是对模型进行研究, 通过各种不确定因素研究完成系统控制, 控制系统的各项性能指标, 从而保证扰动下的敏感程度。鲁棒控制理论具有较为多的实验, 实现实验结构分析, 保证实验结果的准确性, 鲁棒具有合理的控制管理, 鲁棒的最高控制可以有效的处理, 完成系统的扰动问题, 从而计算函数确定传递数据, 使最大范围数可以进行一定的限制, 设计出的控制其可以对抑制扰动产生良好的效果。

在实验中通过对鲁棒的最大控制, 保证其应用效果, 在不确定性的时变性完成伺服系统, 保证其有效的控制。这种方法是具有多级反馈的, 在结构上对多环进行反馈, 通过反馈的补偿问题, 提高解决的负载性的扰动。在控制的策略管理上, 采用鲁棒的最大性控制, 完成标准的策略管理, 从而保证整个系统的参数测量, 完成不确定性的相关问题, 对于不确定性的外部扰动, 具有较为良好的抑制效果, 将时变的相关参数进行控制, 对不确定性的系统的最大值进行控制, 转换为一个等价的系统管理, 具有的参数的不确定造成了线性传递, 是不变的系统管理控制。图1表示的是系统的结构图, 其中1/ (MS+D) 是电动机的标称模型, D为粘滞摩擦的系数, KT为推力的系数, M是动子产生的质量, KS是位置的调节器, KI是积分项的系数, 而K是最大控制器。预见控制是通过对目标值的检测, 对干扰信号情况进行控制, 使目标值、被控制量可以偏差值降低, 误差逐渐变小。预见控制的伺服系统中的一种, 是在普通的系统中的基础, 通过对未来的信息分析, 进行有效的反馈, 对补偿问题构成极大数值降低, 减小了目标的控制值, 保证了被控制的数量, 其相位具有一定的延迟作用, 使被控制量不能进行系统追踪, 可以在没有延迟状态下, 完成时变系统的跟踪。

滑模的变的非线性控制是一种特殊的控制, 其本质是具有一类的特殊性问题, 非线性控制不具有联系性, 使非线性表现为控制下的不连续性效果。由滑动模块进行设计, 与控制的对象数据无关, 即与相关参数和扰动情况无关, 使滑动模块可以具有结构控制, 完成快速响应效果, 对相关参数统计不足, 对扰动变化不敏感, 不需对线性系统分析, 辨识和设计。因此, 通过在直线性电动机, 伺服系统中的分析, 得到良好的控制应用方式, 在滑模变结构控制的抖阵控制中就是一个重要问题。通过对滑模的现象的控制, 可使系统的相关参数发生变化, 外部的扰动性具有一定的数据特点, 完全的自觉适应, 可以保证系统的有效性, 大大的降低了推力的纹波效率, 对系统的抖阵, 在滑动模态中对进度进行控制, 实现积分的链接, 进一步降低系统的抖阵, 保证系统的整体性, 完成系统的稳态状态, 防止产生误差, 从而实现电动机结构控制, 对于永磁的直线性同步电动机, 保证个滑模结构的控制。图2是电流内部的电流控制, 是跟踪控制的系统, 合理的对动子电流进行分析, 使矢量和定子的磁场交换, 完成空间上相关数据的分析, 从而令电流的去磁分量为零。

通过对不连续的项来抑制, 在滑模变结构控制中, 对扰动的影响和参数进行分析。因此, 在不连续的幅值变化中, 对最小变化进行扰动量分析, 随着参数的检测, 对电流的增加进行控制。如果对扰动进行观测, 及时补偿, 就可以降低幅值, 保证控制的不连续的幅值数据。直线性伺服的电动机的端口, 具有效应力、推进力, 会对系统产生一定的影响, 端效应的产生影响推力纹波的快速变化, 造成数据较为缓慢, 通过设计出相关的检测数据, 对观测器的负载进行推力, 保证推力的扰动情况, 进行动态观测。由于滑模变结构控制的方法, 存在一定的回避抖阵, 通过扩展滑膜观测器从而是实现对于所需分子的速冻、负载动力和加速度的控制, 从而保证现行化和滑膜观测器完成非线性闭环系统的稳定性。

3.3 智能控制的策略

智能控制是基于数字模式的分析, 研究数字模式, 寻求合理的目标控制, 找出实际的解决办法, 是数字系统, 解析和知识分析, 系统的广义系统模型, 是智能控制人脑思维, 具有非线性特点的控制方法, 可以对环境进行系统控制, 保证对象、环境的准确性, 系统进行多方位的控制, 在直线电动机伺服系统中较为成熟的应用是模糊控制、网络控神经制。

模糊控制是以工程人员的工作经验, 加上模糊逻辑推力, 以计算机实现的一种控制, 具有不依赖控制对象的使用原则, 较为广阔的使用范围, 突出线性时变的优势, 对非线性负载进行鲁棒处理, 模糊控制的硬件芯片已经商化, 实用性高。对非线性和时变负载有一定的鲁棒优势。例如, 对于直线性电动机, 以非线性的系统控制, 加强变化负载的效果, 将模糊控制系统、PID控制系统, 显示系统的模糊, 进行控制方法的分析, 从而确立其优势, 模糊控制系统的方法, 提高智能性工作方式, 对传统的模糊系统, 控制其策略, 加深控制的规律, 加大工作人员的相互配合, 完成系统的整体过程, 控制精度的低发展。目前的直线性系统, 在控制的过程中, 完成对模糊系统的控制, 加深系统的应用, 加强其他控制系统的应用效果, 控制相互的符合。例如, 将自觉适应的模糊系统, 控制其混合的模糊控制、使其具有较为充分的使用效果, 通过加深对于PID系统的控制、混合模糊控制各有其自身的特点, 在直线性伺服系统中, 完成系统的有效控制, 提出给予的模糊系统推理方法, 控制自觉检查的PID系统控制, 分析结果, 证明可以更好的完成适应的环境, 保证系统的变化, 从而满足工作化发展, 在工作过程中, 对伺服电动机进行管理。利用遗传诉法, 对离线进行优化设计管理, 从而得到最优的相关参数, 从仿真程序系统中, 有效的得出参数的优化系统控制, 保证模糊系统的稳定性、优质性和系统管理性。基于模糊性的自觉交流管理, 对直线性系统的滑模系统进行控制, 可以过对模糊自觉学习规划, 研究适合实际系统的发展的, 具有不确定性因素的, 控制其在线的学习, 对滑的模切换控制方向、幅值需要进行实时的控制, 从而大大的降低滑模系统的抖阵。神经网络具有存储功能, 可以对信息化分布的存储、通过并行的处理, 非线性逼近完成自觉学习的特点, 在直线伺服控制领域有明显的应用前景。通过对传统的PID系统分析, 以神经网络的电动机相关参数, 进行系统在线辨识、跟踪, 通过对磁通、转速的控制器, 完成自适应调整。结合的模型参考数据, 自觉适应控制效果, 将神经网络的控制器应用与控制器, 具有用于自觉的应速度控制器, 将非线性神经网络控制和滑模控制系统结合起来, 构成双自由度的控制, 从而有效解决直线伺服系统跟踪性能问题, 鲁棒性能问题, 二者之间的矛盾。与小波技术结合, 通过鲁棒小波神经元的控制, 对单纯采用神经网络化学习的速度进行缺陷控制, 保证控制系统的稳定性、能动性和自学速率等等。除了模糊控制和神经网络控制系统外, 将智能控制应用于直线伺服系统的研究是未来需要专家系统研究的问题。

3.4 直线性同步电动机的未来发展

直线性同步电动机的系统, 在国内外的研究中寻求高性能直线电动机伺服控制策略那就方面的各类数据和实际例证, 提出具有合理建设性意义的思路, 从而提出一些具有实际应用方面的成果。伴随着控制对象的复杂程度, 加深控制要求, 采用单一的控制策略已经不能够完成控制策略, 加深永磁直线同步电动机的控制策略分析, 从而更好的完成未来控制策略, 保证控制策略的有效控制。

采用现代的控制方式, 例如, 鲁棒控制系统方式、滑模变系统结构的控制, 对直线性电动机系统的非线性问题控制, 保证系统环境的抗干扰能力得到有效的控制, 保证二者有效的结合, 保证其实际的应用价值。加深智能控制的控制管理, 对具有复杂的对象的分析, 以新的系统控制方式, 解决相关思路方法, 完成系统的有效控制。将智能系统控制与其他方式相结合, 保证其他的控制系统方法的有效结合, 形成变化更加合理、加深优质的直线性系统维护。随着20世纪的到来, 未来的高效数字信号系统, 微电路集成系统, 专用电路的相关系统技术, 三者的综合发展, 带动系统性策略管理, 有效的实现具有坚实的理论和丰富的知识基础的技术系统。直线性电动机可以用于交通管理, 发挥其优质的控制管理体系, 以优质的交通规划管理形式, 完成交通管理的控制。高精度的特点保证了精度要求高的加工领域的技术发展, 从而更好的完成相关应用效果。在整个发展过程中需要提高技术水平, 以优质的控制完成技术系统控制, 保证控制方法的有效解决, 针对不同环境, 不同条件, 不同系统, 完成对于系统的运用, 从而保证技术的有效发展, 以控制对象为管理理念, 加深系统管控的相关方式, 保证目标的有效实施性, 完成控制设备的管理, 提高直线性电动机的系统分析。

4 结语

综上所述, 通过对直线性同步电动机的控制进行数据的介绍和分析, 对交流伺服系统, 自觉性的控制系统、鲁棒的管理控制系统、非线性结构控制系统、智能控制系统的分析, 从而认识到系统的有效性, 从中研究出各类管理电动机的策略控制的方法, 研究策略控制之间是如何通过协同完成电动机的有效控制, 保证实际永磁直线同步电动机的管控效率, 加快高效率、智能化系统管控, 在鲁棒的管控系统控制中, 在滑模结构的变化系统中, 认识到系统控制的优质性, 从而寻求更加适合目前直线电动机控制的有效策略方法, 应用与实际的目标控制, 从而保证设备对于实际的应用方法的实施, 保证实际设备的有效应用策略控制方法的实现, 保证策略控制的有效开展, 从而完成对于永磁直线同步电动机的研究任务。

参考文献

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[2]任志斌.电动机的DSP控制技术与实践[M].中国电力出版社, 2012.

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永磁同步电机控制策略 篇2

永磁同步电机的材料组成是交流电机，应用激磁磁极转子这种高性能永磁材料，因此，其控制系统与普通同步电机不同，并且，电机的机械结构也不相同。因此，永磁同步电机的气隙磁密较高，而且，具有较小的转矩脉动，但转矩/惯量比较大，所以，与普通电机相比效率极高。因上述诸多优点，永磁同步电机应用范围逐渐扩大，应用领域包括高性能机床进给控制、位置控制和机器人等。为了能够更好的使永磁同步电机发挥出作用，就需要对永磁同步电机有一定的了解，并对其控制策略进行探讨。

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理是，三相电流通入在电动机的定子绕组，使旋转磁场形成于電动机定子绕组中，因为转子上安装了永磁体，而永磁体的具有固定的磁极，磁极同性相吸异性相斥，因此，定子中的旋转磁场会影响转子，带动其进行旋转，最终，转子会和定子中产生的旋转磁极具有相同的旋转速度，所以，永磁同步电机启动过程可以看做是异步启动阶段和牵入同步阶段共同组成的。

永磁同步电机结构

永磁同步电机的组成是由转子、端盖和定子等部件。通常来说，永磁同步电机与普通感应电机结构十分相似是其最大的特点，而与其他电机的区别则在于其转子结构具有独特性。因为，永磁同步电机的转子上有质量较高的永磁体刺激。根据永磁安放位置的不同，可以将永磁同步电机分为内嵌式、面贴式和插入式三大类，具体如图1所以。

永磁同步电机控制策略

恒压频比控制。恒压频比控制是通过开关控制使电机运转维持一定的转速，简单来说，就是按照系统给定，通过空间矢量脉宽调制转化成理想的输出。恒压频比控制应用的依据是对电机稳态进行模拟，得到的是不理想的动态控制系统性能。因此，如果想获得动态性能较高，就需要数学模拟电机动态。永磁同步电机的动态数学模型较为复杂，是非线性、多变量的，其中包括角速度和电力的乘积项，因此，必须采用对角速度和电流解耦的方式才能够使控制性能更加精准。最近几年，为了能够更好的解决永磁同步电机非线性特定这一问题，已经对各种非线性控制器进行了研究。

矢量控制方案。F.Blaschke是德国西门子公司，该公司于1971年首次提出矢量控制原理，自提出起便被广泛关注，并且，对其理论和应用等方便都展开了较为深入的研究。简单来说，矢量控制就是利用普通的三相交流电机，对直流电机转矩的控制规律进行模拟，也就是说，把三相交流电机的定子电流进行分解，得出励磁电流和转矩电流的分量，并在磁场定向坐标上垂直的对励磁电流分量和转矩电流分量进行标记，使其独立后，分别的对其进行调节。通过这样的方式就使得交流电机与直流电机在转矩控制原理和特性上基本一致。而在进行矢量控制时，需要格外注意的就是定子电流幅值和空间位置的控制。矢量控制是以改善转矩控制性能为目的，以定子电流控制为最终的实施方式。因为，定子测的物理量均为交流量，所以，空间矢量在空间旋转是同步转速，这样十分不便于调节、控制和计算。所以，此时坐标变换十分有必要，这样能够将各物理量由静止转换到同步旋转坐标系。该准则是产生同样的旋转电动势，三相静止坐标系将交流电iA、1B和ic进行3/2变换以及d B/dp变换，便能够等效成同步旋转坐标系下的直流电1d、iq，观察者如果和旋转坐标系旋转速度相同，那么，就能够看到直流电机。

矢量控制方案也存在一定的不足，因为，矢量控制方案针对交流伺服电机控制较为有效，但由于需要矢量旋转变换，所以该方式较为复杂，而且，与电磁常数相比，电机的机械常数较慢，质量控制的中转矩相应速度不够。

直接转矩控制。直接转矩控制是由上世纪80年代德国学者Depenbrock提出，其优点是结构简单、转矩相应快等，更好的解决矢量控制中存在的问题。直接转矩控制采取定子磁链定向的方式，因此，不需要解耦控制和电流反馈，而是，通过离散的两点式控制对电机定子磁链和转矩进行调节。通过直接转矩控制可以使磁链和转矩双闭环控制得到实现。当电机的磁链和转矩值获得之后，便能够对永磁同步电机进行直接转矩控制。图2为永磁同步电机直接控制方案结构图，其组成是永磁同步电机、逆变器、转矩估算、磁链估算和电压矢量切换开关表等环节，其中的uD、uQ，iD、iQ是静止DQ坐标系下电压、电流分量。

同步发展策略 篇3

研究多电机传动系统的同步控制具有非常重要的现实意义。目前基于不同控制结构的多电机同步控制策略主要有同一给定控制、主从控制、虚拟总轴控制、交叉耦合控制和偏差耦合控制等[1]。采用同一给定控制策略和主从控制策略的系统中,各电机之间没有耦合,运行过程中电机受到的扰动不会反馈给其他电机,系统的同步精度和抗扰性不够理想[2,3]。虚拟总轴控制策略中,系统输入信号要经过虚拟总轴的作用才能得到电机的参考信号,因而总的参考信号并不一定等于系统输入信号[4]。交叉耦合控制策略通过比较两台电机的转速得到同步转速偏差,并将其作为反馈信号,使系统获得良好的同步控制精度,但是当系统中电机数量较多时,其控制算法的复杂程度将会大大增加[5,6]。偏差耦合控制策略则是将系统中某一台电机的转速同其他电机转速分别比较,然后将得到的偏差相加作为该电机的转速补偿信号,这种策略随着电机数目的增加,其控制结构的复杂程度也会增加,耦合补偿规律也愈加难以确定[7,8]。此外,为提高控制系统同步精度及鲁棒性,研究人员将现代控制方法与已有的控制策略相结合,提出了各种适用于多电机传动系统的同步控制方法。文献[9]提出了在系统反馈回路中引入单神经元自适应PID的补偿控制方法,使系统的鲁棒性得到了提高。文献[10]提出了将交叉耦合控制器和定量反馈理论(QFT)鲁棒控制器相结合的控制方法,以解决扰动及其他不确定性因素对同步精度的影响问题。

本文参考了“最小相关轴”控制思想[11],在保证系统同步性能的同时尽量简化耦合算法,提出一种环形耦合控制策略,该控制策略不但能保证系统的同步性能,而且可大大降低系统控制结构的复杂程度。滑模变结构控制方法的控制规律比较简单,而且一旦进入滑模状态,系统状态的转移就不再受系统原有参数的变化和外来扰动的影响,具有良好的自适应性和鲁棒性,因此本文采用滑模变结构控制方法设计控制器。

1 环形耦合控制策略

环形耦合控制策略是基于同一给定控制加误差补偿的控制思想形成的。基于环形耦合控制策略的多电机同步控制系统结构如图1所示。为使系统中n台电机均按给定转速同步旋转,本控制策略在考虑每台电机转速与给定转速之间的误差(跟踪误差)的同时,还考虑该电机转速与相邻一台电机转速之间的误差(同步误差)。在环形耦合控制策略中,任一台电机的转速变化都会造成该电机和与其相邻的两台电机间的同步误差,同步误差将被反馈到该电机本身及相邻一台电机,同步误差补偿在相邻的两台电机间进行,从而使所有电机之间两两耦合,最终形成一个耦合环,环形耦合策略由此得名。

同步误差的反馈与补偿仅在相邻两台电机之间进行,因此即使系统中电机数量较多,也不会使控制结构过于复杂。本控制策略中所有电机对同一给定的参考信号实现一致跟随,而且电机间两两实现同步误差耦合补偿,所以系统起动过程的跟随性能和抗干扰性能够得到保证,适合受控电机较多的系统,是一种比较理想的同步控制策略。

2 滑模变结构控制器

变结构控制方法是对具有不确定性动力学系统进行控制的一种重要方法。滑模变结构的一大优点是其滑动模态对加给系统的扰动和系统的参数摄动具有完全的自适应性,对外界干扰不敏感,同时具有响应速度快、无超调及综合方法容易实现等优点。本文采用滑模变结构控制方法设计控制器,为使速度误差收敛并稳定在零附近,根据Lyapunov稳定性条件设计到达律,使系统具有强鲁棒性和快速动态响应。

感应电机的机械转动方程为

$\dot{\omega }=\frac{n{}_{\text{p}}{\rm M}}{JL{}_{\text{r}}}\psi {}_{\alpha \text{r}}i{}_{\beta \text{s}}-(\frac{B}{J})\omega -\frac{{\rm T}{}_{\text{L}}}{J}$ (1)

式中,ω为电机的机械角速度;ψα r为转子磁通;iβ s为α-β坐标系下β轴的定子电流;M为定转子之间的互感;J为转子惯量;Lr为转子电感;np为转子极对数;B为摩擦因数;TL为负载转矩。

令μ=npM/(JLr),p=μψα riβ s-TL/J,b=B/J,则式(1)可记为

$\dot{\omega }+b\omega =p$ (2)

对于第i台电机,有

$\dot{\omega }{}_i+b{}_i\omega {}_i=p{}_{i}0\le i\le n$ (3)

考虑不确定干扰因素di,则式(3)为

$\dot{\omega }{}_i+b{}_i\omega {}_i=p{}_i+d{}_i$ (4)

第i台电机速度跟踪误差为

ei=ω d-ωi (5)

式中,ω d为给定转速。

设第i台电机与第i+1台电机的同步误差为

εi=ωi-ωi+1 (6)

其中,i=n时,ωi+1=ω1。

则经过环形耦合补偿后的跟踪误差为

Ei=ei-Kiεi (7)

式中,Ki为反馈增益。

定义滑模面为

S=fiEi(t) (8)

式中,fi为常数。

为使系统在原点附近切换面S=0上存在滑动模态区,应当满足如下条件:

$S\dot{S}＜0$ (9)

即

$\begin{array}{l}S\dot{S}=S[f{}_i\dot{E}{}_i(t)]=f{}_{i}S(\dot{e}{}_i-{\rm K}{}_i\dot{\epsilon }{}_i)=\\ f{}_{i}S[\dot{\omega }{}_d-(1+{\rm K}{}_i)\dot{\omega }{}_i-{\rm K}{}_i\dot{\omega }{}_{i+1}]＜0(10)\end{array}$

将式(4)代入式(10),有

$\begin{array}{l}S\dot{S}=f{}_{i}S[-{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1}\epsilon {}_i-(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})e{}_i+\\ \dot{\omega }{}_{\text{d}}+(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})\omega {}_{\text{d}}-(1+{\rm K}{}_i)p{}_i-\\ {\rm K}{}_{i}p{}_{i+1}-(1+{\rm K}{}_i)d{}_i-{\rm K}{}_{i}d{}_{i+1}](11)\end{array}$

其中,i=n时,有bi+1=b1,pi+1=p1,di+1=d1。令ui=(1+Ki)pi+Kipi+1,Di=(1+Ki)di+Kidi+1,则有

$\begin{array}{l}S\dot{S}=f{}_{i}S[-{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1}\epsilon {}_i-(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})e{}_i+\\ \dot{\omega }{}_d+(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})\omega {}_{\text{d}}-u{}_i-D{}_i](12)\end{array}$

构造

$\begin{array}{l}u{}_i=-\eta {}_i\text{s}\text{i}\text{g}\text{n}(S)-{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1}\epsilon {}_i-(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+\\ {\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})e{}_i+\dot{\omega }{}_{\text{d}}+(b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_i+{\rm K}{}_{i}b{}_{i+1})\omega {}_{\text{d}}\end{array}$

则有

$S\dot{S}=f{}_{i}S[\eta {}_i\text{s}\text{i}\text{g}\text{n}(S)-D{}_i]$ (13)

式中,ηi为切换增益;sign(·)为符号函数。

如果取fi<0,ηi>|Di|,则有

$S\dot{S}＜f{}_i(\eta {}_i-|D{}_i|)|S|\le 0$ (14)

此时系统的平衡原点处切换面S=0为大范围渐近稳定平衡平面。也即Ei速度跟踪误差渐近收敛为零。这种控制方法充分考虑了感应电机速度跟踪问题中的参数变化和不确定因素所带来的扰动,具有很强的鲁棒性。

3 滑模变结构环形耦合同步控制

本文构建4台电机组成的多电机同步控制系统。其中,电机类型为笼式感应电动机,额定功率37kW,额定电压380V,频率50Hz,定子电阻和电感分别为0.087Ω和0.8mH,转子电阻和电感分别为0.228Ω和0.8mH,互感为34.7mH,转动惯量为1.662kg·m2,摩擦系数为0.1N·m·s,极对数为2。

为模拟电机载荷分布不均及载荷突变情况,将各台电机载荷设置如下:第2台电机载荷为随机载荷(图2);其他电机载荷为700N·m不变。

分别对采用环形耦合控制策略和主从控制策略的电机同步控制系统进行仿真,并对结果作出分析和比较。其中,采用主从控制策略的系统中,将电机1设为主电机。

图3、图4所示分别为电机1、电机2间的同步误差曲线和电机2、电机3间的同步误差曲线。如图3、图4所示,控制系统采用环形耦合控制策略时,电机同步误差小,电机载荷发生扰动时,采用环形耦合控制策略的系统中电机同步误差得到有效抑制。由此可见,对于采用环形耦合控制策略的系统,电机载荷发生突变对同步性能影响很小,其动态同步性能明显优于采用主从控制策略的系统。

结果表明,本文提出的控制策略明显地改善了系统动态和稳态特性,耦合补偿控制器的应用使系统对外部扰动具有很好的适应性和鲁棒性,系统具有良好的动态同步性能,能够满足对同步精度要求较高的情况。

4 结论

本文结合同一给定控制与耦合补偿原理,提出了环形耦合控制策略,使得电机数量增多时,控制结构复杂程度能够保持不变。为保证系统具有很好的鲁棒性,本文设计了基于滑模变结构的同步控制器,并利用Lyapunov函数证明了其有效性。与采用主从控制策略的电机同步控制系统的比较表明,本文提出的控制策略不仅使系统具有良好的动态性能和抗干扰性,同时还具有较快的响应速度,增强了系统的鲁棒性,提高了系统的同步精度,适合于对多台电机的同步控制,及对同步精度要求较高的场合。

摘要：分析了目前多电机同步控制策略的发展现状,提出了一种结合滑模变结构方法的环形耦合控制策略,该控制策略能够在保证多电机传动系统同步性能的同时,使控制结构的复杂程度不随电机数量的增加而改变。Lyapunov稳定性理论证明了该控制策略的有效性。将环形耦合控制策略应用于多电机传动系统,并与采用主从控制策略的传动系统同步性能进行对比,证明了该控制策略具有更高的同步精度和更好的动态性能。

关键词：环形耦合,滑模变结构,同步控制,多电机

参考文献

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[10]孙宜标,李萌萌,郭庆鼎.基于QFT的双直线电机鲁棒同步控制[J].沈阳工业大学学报,2008,30(3):249-252.

同步发展策略 篇4

关键词：一体为主 五体同步 教学策略

中国的方块汉字是世界上最具东方神韵、意境最深远的字体。这一笔一划不仅是用于交流和记载的符号体系，更承载着中华文明的文化内涵和深厚底蕴，我国的汉字发展源远流长，从甲骨文到金、隶、篆、楷、行，再从繁体到简体，一路走来，具有五千多年的光辉灿烂史。

【有感】由《中国汉字听写大会》想到的……

“书写的文明传递，民族的未雨绸缪。” 这是央视节目《中国汉字听写大会》的宣传语。节目中出现的有些词语是闻所未闻，更别说写了。

由此，我想到了我们的书法教育。前段时间，我带学生去参加一个书法展览。一位学生问我：“老师，这些作品写得真好，但是这里很多字我不认识。”我问他：“哪个字你不认识？”学生随手指了一个，我仔细一看，学生说不认识的那个字是“流”字，其实应该是学过的，只不过是我们学的是楷书中的写法，而“流”在草书中的写法发生了变化（ ），草书没有见过，隶书（ ） 也没学过，所以学生就不认识了。我相信很多人都有这样的经历和感受，看到一幅书法作品，只会说写得真好，但却读不出上面的许多文字。

学写一种汉字字体，同时认读其他字体汉字，就是真正把继承中华文化与传统落实到行动上。

【实践】“一体为主，五体同步”——以点带面， 传承文化

篆、隶、行、草、楷等各种书体每种都有各自的书写方法和技巧，让每个学生学会书写所有的书体是不现实的。但我们可以“一体为主，五体同步”。就是以一种字体为主，学好学精。如，以楷书为主，把楷书的运笔、结体等学透学通。五体同步就是在学好学精一种楷书字体的基础上，同时认记在篆、隶、行、草等另外四种字体中的书写方法，采用“以点带面”的教学策略，五种字体同步识记，达到传承文化，传递文明的目的。

一、“点”的选择要恰当。

“点”是万物之始。“点”的运动和连续，才形成了“线”，而“线”的组合，方成为“面”的集合，最后成为“体”。笔画、结体、章法等，处处可以训练，能面面俱到吗？不能，要根据不同的教学目标精选若干个训练点。

例如，上《捺的写法》一课时，训练的“点”就落实在三个地方：一是写好“捺”这个笔画；二是带有“捺”的范字“史”字在楷体中的书写要领；三是熟记“史”字在篆、隶、行、草中的不同写法，同时了解“史”的人文内涵。如，“史”字在甲骨文中的写法（ ）和小篆中的写法（ ），下面是一只手，上面是一支笔，放在口的正中间。意思就是写历史的史官拿着笔，必须做到不偏不倚，实事求是地记录历史，不能掺杂任何个人的想法和意愿。因为历史是写给后人看的，必须真实、公正。

二、“点”的设计要有趣。

精选出来的训练点，要变成一种有效的教学行为融入课堂教学的整体活动之中，还需要作一番精心设计。设计出来的训练点要能激发学生学习的兴趣，为学生选准学习的突破口，沿着最佳途径切入知识的内核；要能抓住关键，牵动全局，使学生在有限的时间内最大限度地获取知识，提高能力，达到教学过程和教学效益的最优化。

因此，教师设计训练环节时，应巧设悬念，创设问题情境，变换训练点的形式，来增加趣度，激发学生学习的兴趣。

例如，教学《上中下结构》一课时，在上课一开始，为了让枯燥的书法学习变得轻松有意思，我是这样设计训练“点”的。

师：（在大屏幕上出示“意、茶、衷、率”等上中下结构的字在篆、隶、行、草、楷等五种不同的字体中的写法）同学们，在上课前，我们先来做个游戏，看谁最厉害能帮这些字找到他们的家人？”

这个训练题的提出一下子就引起学生学习的欲望。

师：请四人小组讨论出结果，然后帮这些汉字送回各自的家。

生开始展开激烈的讨论。讨论后，他们争先恐后地举手发言，很快就把同一字五种不同书体的字送回了各自的家，课堂气氛非常活跃，同时又解决了识记的任务，既轻松又有效。

以下是我设计的表格：

篆书隶书行书草书楷书

意

茶

衷

率

三、“点”的深化要巧妙。

训练的本质意义不仅在于“接受”，更在于“发展”，即通过训练体现认识的拓展和延伸。

例如，学习《走之儿》这一课，当学生学完带有走之儿的字“道”的楷体写法后，我设计了这样一个教学环节，由简到繁，由易到难地拓展了关于“道”字的几个部件的其他书体的写法，首先我选择从 “自”字的篆书写法（ ）切入。

师：你们看，这个字像什么？猜猜这是什么字？

生：像杯子。这个字读“杯”。

生：像自己的“自”，这个字读“自”。

师：读“自”是对的，那你们知道“自”字的本义是指什么吗？

生：不知道。

师：你们看“自”像不像人的鼻子？（大屏幕出现鼻子的图片）

生：哦，真的很像呀！

师：出示“自”的本义图片：

师：“自”最早是“鼻子”的意思。“自”在甲骨文里写作一道鼻梁，两个鼻孔，明显像人的鼻子。后来鼻梁缩短了，鼻孔靠拢了，鼻子底部变成一横画了，字形跟鼻子的分别越来越大。正因这个变化，这个字慢慢引申为自己、自身、自家、亲自等意思，而记录鼻子这种用法就越来越少。于是，人们在已经不像鼻子的“自”下边加一个声旁“畀”，写成“鼻”。所以当人们要说“自己”的时候经常会指向自己的鼻子。此外，古人很早就发现狗的鼻子十分灵敏，懂得辨识气味，而气味和鼻子有关，所以“臭”字是“犬”字上面带个“自”。甲骨文里有个“自”边上有个“刀”的会意字，后来写作“劓”，本义指割鼻之刑。“罪”字原作“ ”。“自”指鼻子；“辛”原来也是一种刑具。

学生听到这里已经是趣味盎然了。于是，我趁热打铁在“自”的上面加了三根头发，成了一个篆书的“首”字（ ）。

师：你们再猜那又是什么字？

生：这是个“发”字，上面有三根头发。

师：不对，这是个“首”字，本义是头部。你们知道这又是什么吗？（出示“走之儿”在篆书的写法 ）

生：是“足”字。

师：这是走之儿。在“首”字左边加上“走之儿”，就是篆书“道”字。 （ ）中国汉字很多都是这样的合体字。你们看，所有带有“走之儿”的字都是这样写的。（出示带走之儿的字）

师：还有很多汉字也是这样造出来的，如果你有兴趣可以上网去找找，研究研究。

师：那么“道”字在隶书、行书、草书中又分别是怎样书写的呢？

师出示：

这一训练点的设计，于无疑处求疑，能使学生深感“学无止境”的道理，有很大的发展意义。训练点的定位不落旧窠，为一般人所意想不到。正如乐章中结尾处响遏行云的强音，可起到光照统体的作用。

四、“点”的转化要有创意。

作为一门书法训练艺术，对课后习题的主要训练点，也不是只要照本宣科就可以了，每每如此，会显得呆板僵化，“涛声依旧”，而必须审时度势，精心包装，转化训练的形式和手段，以求富有创意和情趣。

例如，学习《独体字》一课，教完了“子”字的运笔方法之后，我对“子”字的训练点进行了有创意的转化。

师：（出示“子”的五种不同字体的写法）

篆书隶书草书行书楷书

师：“子”在甲骨文和篆书中的意思就是“婴儿”，你们看，上面是小孩的头部，左右是两臂，两腿是用小被裹在一起的样子，非常形象。在很多古文中“子”仍然是“婴儿”的意思。如《荀子 劝学》：“干、越、夷、貉之子，生而同声，长而异俗。”意思是：古代干、越、夷、貉等民族的婴儿，刚出生时哭的声音都一样，可是长大后风俗习惯就不同了。

师：在我们中国汉字中“子”的意思还有很多呢！

（师大屏幕出示：孔子、庄子）

师：这里的“子”是代表古代男子的美称或尊称。

（师大屏幕出示：公、候、伯、子、男。）

师：这里的“子”是指古代五等爵位的第四等，这五等爵位直到清代还在沿用。

师：“子”字在隶书、草书、行书、楷书中的变化不大，很容易辨认，但你们知道“子”在十二生肖中是代表哪个生肖吗？

生：“子”代表的是老鼠。

师：对，十二个地支“子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥”分别代表十二个生肖。用于记年，顺序排列为子鼠、丑牛、寅虎、卯兔、辰龙、巳蛇、午马、未羊、申猴、酉鸡、戌狗、亥猪。

师： 让我们一起来欣赏一下，这些带有“子”的词语在其他书体中的书写方法（教师出示篆书、隶书、行书、草书四种书体的写法）。

……

在一堂优质的书法课中，各个训练点不应是孤峰突起，各不相关；而应当互相照应，转化有创意，点点相扣，浑成一体。

参考文献：

[1]许 慎 《说文解字》 商务出版社

[2]左民安 《细说汉字》 九州出版社

同步发展策略 篇5

关键词：永磁同步电机,最小损耗,最大转矩电流比,效率改善

1 引言

永磁同步电动机体积小、效率高、功率密度大,由其组成的闭环调速系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的速度和位置控制,在要求高性能、快速响应的场合具有很好的应用前景[1,2]。为了改善永磁同步电动机调速系统的控制性能,不少学者将先进控制理论应用于其中并取得了很好的控制效果。另一方面,能源短缺促使人们在改善调速特性的同时提升电机运行效率。对此人们也进行了大量的工作,文献[3]提出了基于在线搜索技术的最小功率控制策略,该方法无需电机的精确模型,通过在线搜索的方式使输入功率达到最小,实现效率优化;文献[4,5,6]提出了基于损耗模型的控制策略,该方法通过实时检测或估计电机的转速和电流信号,依据电机的动态损耗模型,推导出损耗最小或效率最高时的最优磁通值。文献[7,8]提出了最大转矩电流比控制方式,该方法分析了输出转矩一定时所需的最小定子电流,具有响应速度快,容易实现等优点。

最小功率控制策略虽然具有对参数变化反应迟钝和适应性强的优点,但其寻优时间过长,节能效果并不能令人满意。在负载变化快的场合,反而可能使控制性能下降。因此,本文基于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)平台,针对最小损耗模型和最大转矩电流比两种效率改善策略进行了详细的比较研究。通过计算PMSM的铜损和铁损,建立了最小损耗模型。利用最优化理论分析了最大转矩电流比情况下转矩与最小定子电流之间的关系,采用曲线拟合的方法给出了确切的最优励磁电流表达式。最后对仿真实验结果进行了详细的比较分析。

2 永磁同步电机效率改善策略

电机运行时,不同的定子磁链能够提供的最大输出转矩不同。为得到快速的系统动态响应,传统的直接转矩控制系统选择较大的定子磁链给定值,并且在系统整个运行期间维持不变。这样必然导致系统在空载或轻载运行时励磁电流过大,造成过多的励磁损耗,系统效率降低。为提高系统的运行效率,必须对定子磁链给定进行有效的控制。由式Ψs=Lis+Ψfejθ及α-β到d-q坐标变换,可知定子磁链给定值为

$\begin{array}{l}|\Psi {}_{\text{s}}|=\sqrt{\Psi {}_d^2+\Psi {}_q^2}\\ =\sqrt{(L{}_{d}i{}_d+\Psi {}_{\text{m}}){}^2+(L{}_{q}i{}_q){}^2}(1)\end{array}$

其中,Ψm为转子永磁体的磁链值,Ld,Lq为定子dq轴电感,皆为常数。故问题转化为求给定转矩下的最优励磁电流问题。

2.1 基于最小损耗模型的效率改善

该方法通过分析永磁同步电机的最小损耗模型,求得最优定子电流动态表达式。在系统运行时根据不同工况实时地求出最优励磁电流,进而实时计算出最优磁链给定值Ψ*s。

众所周知,永磁同步电机的损耗包括机械损耗、铜损和铁损等。其中机械损耗随转速及工况的不同而不断变化,是不可控的。此处仅考虑可控部分的电气损耗,包括铁损和铜损。图1、图2分别表示了两相同步旋转坐标系(dq)下永磁同步电机等效电路[2,5,6]。

图1、图2中,u,i分别为定子电压与电流矢量;iw,iFe分别为有功与铁损电流矢量(图中下标d,q表示相应分量);R与L为定子电阻与电感;Ψm为转子永磁体的磁链值;ωr为轴机械转速;np为极对数;RFe为等价的回路铁损电阻。

由图1、图2可得永磁同步电机在dq坐标系下的动态方程:

$\{\begin{array}{l}u{}_q=Ri{}_q+L{}_q\frac{\text{d}}{\text{d}t}i{}_{\text{w}q}+n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}(L{}_{d}i{}_{\text{w}d}+\Psi {}_{\text{m}})\\ u{}_d=Ri{}_d+L{}_d\frac{\text{d}}{\text{d}t}i{}_{\text{w}d}-n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}L{}_{q}i{}_{\text{w}q}\end{array}(2)$

对应的稳态方程为

$\{\begin{array}{l}u{}_q=Ri{}_q+n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}(L{}_{d}i{}_{\text{w}d}+\Psi {}_{\text{m}})\\ u{}_d=Ri{}_d-n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}L{}_{q}i{}_{\text{w}q}\end{array}(3)$

又因为

iwd=id-iFediwq=iq-iFeq (4)

则得到

iFed=-npωrLqiwq/RFe

iFeq=npωr(Ldiwd+Ψm)/RFe (5)

则永磁同步电机的铜损为

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_{\text{C}\text{u}}=\frac{3}{2}R(i{}_d^2+i{}_q^2)\\ =\frac{3}{2}R\{(i{}_{\text{w}d}-\frac{n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}L{}_{q}i{}_{\text{w}q}}{R{}_{\text{F}\text{e}}}){}^2+\\ [i{}_{\text{w}q}+\frac{n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}(\Psi {}_{\text{m}}+L{}_{d}i{}_{\text{w}d})}{R{}_{\text{F}\text{e}}}]{}^2\}(6)\end{array}$

铁损为

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_{\text{F}\text{e}}=\frac{3}{2}R{}_{\text{F}\text{e}}(i{}_{\text{F}\text{e}d}^2+i{}_{\text{F}\text{e}q}^2)\\ =\frac{3}{2}\frac{n{}_{\text{p}}^2\omega {}_{\text{r}}^2}{R{}_{\text{F}\text{e}}}[(L{}_{d}i{}_{\text{w}d}+\Psi {}_{\text{m}}){}^2+(L{}_{q}i{}_{\text{w}q}){}^2](7)\end{array}$

则总的电气损耗为

$\begin{array}{l}{\rm P}{}_{\text{l}\text{o}\text{s}\text{s}}={\rm P}{}_{\text{C}\text{u}}+{\rm P}{}_{\text{F}\text{e}}\\ =\frac{3}{2}R\{[\frac{{\rm T}{}_{\text{e}}}{n{}_{\text{p}}\Psi {}_{\text{m}}}+\frac{n{}_{\text{p}}\omega {}_{\text{r}}(\Psi {}_{\text{m}}+L{}_{d}i{}_{\text{w}d})}{R{}_{\text{F}\text{e}}}]{}^2+\\ (i{}_{\text{w}d}-\frac{\omega {}_{\text{r}}L{}_q{\rm T}{}_{\text{e}}}{\Psi {}_{\text{m}}R{}_{\text{F}\text{e}}}){}^2\}+\frac{3}{2}\frac{n{}_{\text{p}}^2\omega {}_{\text{r}}^2}{R{}_{\text{F}\text{e}}}\times \\ [(\frac{L{}_q{\rm T}{}_{\text{e}}}{n{}_{\text{p}}\Psi {}_{\text{m}}}){}^2+(\Psi {}_{\text{m}}+L{}_{d}i{}_{\text{w}d}){}^2](8)\end{array}$

式(8)显示总的电气损耗仅与有功电流iwd有关(当电机到达稳态,即ωr与Te为常值时)。令dPloss/diwd=0,求得损耗最小值时的最优电流iwd·opt为

iwd·opt=[RωrTeRFe(Lq-Ld)/Ψm-n2pω2rLd(R+RFe)Ψm]/[RR${}_{\text{F}\text{e}}^2$+n2pω2rL${}_d^2$(R+RFe)] (9)

系统运行过程中根据系统转速和转矩信息实时求得最优励磁电流iwd·opt,进而根据式(1)计算出最优磁链给定值Ψ*s,便可以保证系统始终运行在总的电气损耗最小点,从而提高了电机的运行效率。

2.2 基于最大转矩电流比的效率改善

采用最大转矩电流比(MTPA)控制方法,即使得电机在输出相同的电磁转矩下电机定子电流最小,问题等效于以下的极值问题:

$\{\begin{array}{l}\min i{}_{\text{s}}=\sqrt{i{}_d^2+i{}_q^2}\\ \text{c}\text{o}\text{n}\text{d}\text{i}\text{t}\text{i}\text{o}\text{n}{\rm T}{}_{\text{e}}=\frac{3}{2}n{}_{\text{p}}[\Psi {}_{\text{m}}i{}_q-(L{}_q-L{}_d)i{}_{d}i{}_q]\end{array}(10)$

为求解式(10),做Lagrange辅助函数如下:

$\begin{array}{l}F=\sqrt{i{}_d^2+i{}_q^2}+\lambda \{[JX-*6]{\rm T}{}_{\text{e}}-\frac{3}{2}n{}_{\text{p}}\times \\ [\Psi {}_{\text{m}}i{}_q-(L{}_q-L{}_d)i{}_{d}i{}_q][JX*6]\}(11)\end{array}$

式中:λ为Lagrange乘子。

将式(11)分别对id,iq和λ求偏导数并令其为零,得到

$\begin{array}{l}\frac{\partial F}{\partial i{}_d}=\frac{i{}_d}{\sqrt{i{}_d^2+i{}_q^2}}+\frac{3}{2}\lambda n{}_{\text{p}}(L{}_q-L{}_d)i{}_q=0(12)\\ \frac{\partial F}{\partial i{}_q}=\frac{i{}_q}{\sqrt{i{}_d^2+i{}_q^2}}-\frac{3}{2}\lambda n{}_{\text{p}}[\Psi {}_{\text{m}}-(L{}_q-L{}_d)i{}_d]=0(13)\\ \frac{\partial F}{\partial \lambda }={\rm T}{}_{\text{e}}-\frac{3}{2}n{}_{\text{p}}[\Psi {}_{\text{m}}i{}_q-(L{}_q-L{}_d)i{}_{d}i{}_q]=0(14)\end{array}$

由式(13)、式(14)两式可求出id和iq之间的关系为:

$i{}_q=\sqrt{\frac{\Psi {}_{\text{m}}i{}_d+(L{}_d-L{}_q)i{}_d^2}{L{}_d-L{}_q}}(15)$

将式(15)代入式(14),便可求出Te与id之间的关系:

$\begin{array}{l}{\rm T}{}_{\text{e}}=\frac{3}{2}n{}_{\text{p}}[\Psi {}_{\text{m}}-(L{}_q-L{}_d)i{}_d]\times \\ \sqrt{\frac{\Psi {}_{\text{m}}i{}_d+(L{}_d-L{}_q)i{}_d^2}{L{}_d-L{}_q}}(16)\end{array}$

式(15)、式(16)即为MTPA运行时最优定子电流id,iq与转矩Te之间应满足的关系式。

在具体控制中需要根据参考转矩求解MTPA 运行时的参考电流,但是由式(16)可知,要反解出id=f(Te)的关系式是非常困难的,此处采用曲线拟合的方法进行近似求解。

首先在Matlab中按照式(16)画出id=f(Te)的函数曲线,此时Matlab 是按照最优的近似数值解求解的,然后根据式(15)再得到iq=f(Te)的函数曲线。如图3中的实线所示。接下来利用Matlab曲线拟和工具箱cftool用多项式函数拟合id,iq曲线,其中多项式的阶数可以方便地人为选择,针对仿真的电机参数,本文选用3阶多项式函数,其具体的表达式如下:

$\{\begin{array}{l}i{}_d\approx 0.000004198{\rm T}{}^3+0.0004549{\rm T}{}^2-\\ 0.555{\rm T}+1.957\\ i{}_q\approx 0.00003043{\rm T}{}^3-0.00825{\rm T}{}^2+\\ 1.135{\rm T}+1.181\end{array}(17)$

拟合效果如图3中的虚线所示。

当参考转矩给定后,根据式(17)求出MTPA运行时的最优参考电流id,iq,再由式(1)便可求得定子磁链给定值Ψ*s,以达到效率改善的目的。

3 试验结果分析

为了验证本文提出的效率改善策略的有效性,构建基于最小损耗模型和MTPA效率改善策略的永磁同步电机直接转矩控制系统Matlab/Simulink仿真模型分别如图4和图5所示。

实验过程中永磁同步电机的参数如下:额定功率Pe=8 kW,额定电压U=380 V,额定转速ωr=1500 r·min-1,额定转矩Te=5 N·m,永磁体磁链Ψm=0.175 Wb,极对数np=3,d轴电感Ld=0.004 5 H,定子电阻R=2.875 Ω,q轴电感 Lq=0.008 5 H,转动惯量J=0.000 8 kg·m2。

图6～图8分别为不同的磁链给定方式下的永磁同步电机直接转矩控制系统的速度、磁链和定子电流波形。初始转速设置为150 rad/s,空载启动,在0.5 s时变为314 rad/s。在1 s时突加负载至5 N·m。

通过图6可以看出,3种磁链给定方式下的直接转矩控制均可以较好地跟踪给定转速,但基于MTPA动态磁链给定方式和基于最小损耗模型动态磁链给定方式时,速度波形要明显优于恒定磁链给定方式下的速度响应波形,其中基于MTPA动态磁链给定方式效果最好。

从图7可以看出,基于MTPA动态磁链给定和基于最小损耗模型动态磁链给定的直接转矩控制系统的磁链与常规的直接转矩控制系统的磁链有明显的区别,它随着系统的需要而动态变化。

从图8可以看出,在相同的输出转矩时,基于MTPA动态磁链给定方式和基于最小损耗模型动态磁链给定方式能够明显地减小定子电流。其中,采用基于MTPA 动态磁链给定的直接转矩控制方式得到的定子电流要明显小于其他两种磁链给定方式,可见采用基于MTPA动态磁链给定方式可以有效提高系统的运行效率,特别是低负载情况下,提升效果较为明显。

综合上述仿真结果可以看出,基于MTPA动态磁链给定方式和基于最小损耗模型动态磁链给定方式都能够显著提高电机的运行效率,其中基于MTPA动态磁链给定方式的效果更为明显。

4 结论

在分析主要的永磁同步电机效率改善策略的基础上,本文基于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)平台,针对最小损耗模型和最大转矩电流比两种效率改善策略进行了详细的比较研究。建立了PMSM的最小损耗模型并利用其求出了最优励磁电流的实时表达式。利用最优化理论分析了最大转矩电流比情况下转矩与最小定子电流之间的关系,采用曲线拟合的方法给出了确切的最优励磁电流表达式。最后通过仿真实验验证了本文所提方案的合理性,并对结果进行了详细的比较分析。仿真试验表明,基于MTPA动态磁链给定方式和基于最小损耗模型动态磁链给定方式都能够显著提高电机运行效率,其中以MTPA动态磁链给定方式效果更为明显。

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用同步课堂实现共同发展 篇6

一、精备课——同步课堂顺利进行的前提保障

备课是同步课堂的准备阶段，是教师根据课程标准要求和教材特点，结合学生的实际情况，选择最科学的教法、学法和教学程序，为优质高效的课堂教学做好充分的准备。同步课堂所面对的是差异比较大的不同学生群体，如何协调二者之间的关系，更好地让每一个学生都有所发展，这是我们课前备课的一个难点。

主教与助教需要通过网络进行必要的交流沟通，及时了解对方学生的实际情况以及现有的教学情况，兼顾二者的基础和实际情况确定教学目标、教学策略。

如教学五年级数学《长方体的体积》一课，在引导学生证明长方体的体积大小与哪些因素有关时，对城市里的学生，我们可以利用白板引导学生运用克隆、拖拽功能改变“长、宽、高”其中一个因素，引起体积的变化，从而使学生直观清晰地认识到，长方体体积的大小与“长、宽、高”有关。对于农村的学生，他们不具有白板，教师就需要引导学生运用实物观察，使学生也认识到这一点。作为主教应该用不同的方式引导学生证明自己的猜想，从而满足不同区域学生的需要。

教学内容的选择也是备课的一个重点，并不是所有的教学内容都适合运用同步课堂的教学模式进行。如语文的作文评改课、数学的实践操作、英语的口语训练等等，这些教学内容的课堂设计很大成分依据学生现场生成的资源临时调整教学思路，因学生而异、因班级而异，所以不太适合教师统一进行调控。对于“新知识点的认识”这样的教学内容比较适合同步课堂。

同步课堂所面对的教学对象更多、更复杂，这就要求我们的教学设计更科学，更合理，为高效的课堂提供保障。俗话说“教无定法，贵在得法”，这就要求课前我们的主教和助教通过网络加强研讨，可以借助QQ聊天室、视频会议系统、网络研修平台等等。依据学生的实际情况，依据具体的教学内容采取适合双方的教学方法。其实这个研讨的过程，是一个相互提高的过程，尤其对于助教来说，不但要了解具体的设计意图 ，有的放矢地协助主教完成课堂教学任务，更主要的是汲取了优秀教师先进的教学理念、教学策略，从而使自己的业务水平不断地得到提高、完善。

“备学生，备内容，备教法”是同步课堂备课的重点， 因为身居异地，所以网络平台成为备课的主要依托，借助网络解决空间的问题，实现主教和助教共同备课，互相切磋，共同提高。

二、同上课——同步课堂具体实施的关键所在

上课是同步课堂的实施阶段。它不同于以往的课堂教学，运用网络资源的优势，将主课堂的教学活动及课件的音视频信号传送到从课堂，又将从课堂的信息反馈到主课堂，从而使主课堂和从课堂的学生同步听课。扩大了听课学生的数量，克服了空间的障碍。

教师是课堂教学活动的组织者和引导着，同步课堂的教师由主教和助教组成，他们资历不同，任务不同，职责不同。主教应具有全新的教学理念，丰厚的教学经验。因为他所面对的不再是一个班级的学生，而是两个、三个甚至更多的班级，他需要有极强的驾驭课堂、驾驭教材的能力。他不但要关注主课堂学生的情况，更要关注从课堂学生的情况，使双方学生能够很好地互动，更好地融入这个大课堂。主教要全面掌握学生的实际情况，及时调整自己上课的速度、教学策略，从而使主从课堂达到高度的协调统一。助教协助主教组织教学活动，对学生的反馈给予评价。助教要对每一个问题的设置、每一个环节的设计做到心中有数，及时准确地给予学生正确地评价。助教要注意自己的言行不可过多， 否则会分散学生的注意力，影响学生的听课效果。助教还应该始终以一种学习的态度参与到整个课堂教学实践中，关注主教如何巧妙地将每一个教学设计落实到课堂当中；关注主教如何不失时机地引导、点拨学生；关注主教如何处理课堂上的偶发事件。课堂教学是主教和助教协调统一、互相配合的过程，是主教和助教集体智慧的体现。

三、齐反思——同步课堂再次提高的必要过程

反思是同步课堂的后续。反思是理解与实践的对话，是再次提高的重要过程。课堂教学是由主课堂和从课堂两部分组成的，所以反思也需要主教和助教共同参与。反思是为了发扬优点，发现缺点。我们可以从不同的角度进行反思，如教学设计的过程、教学实施的过程、主教和助教以及学生的表现情况等。尤其是主教需要通过反思交流全面了解每一个从课堂的实际情况，发现问题及时调整；助教则通过反思更深入地了解主教的设计意图及上课的能力，提升自己的业务水平。

反思是教研团队智慧的交流。通过主教和助教密切的配合和课堂实践，使双方能够目睹课堂上出现的种种现象，有了亲身经历，感受会更加深刻。通过反思，借助网络优势互相发现问题，提出解决的方案。大家直言不讳，各抒己见，许多问题一针见血，迎刃而解。

实践—反思—再实践—再反思，经过不懈努力，同步课堂的效率会逐渐完善提高。

四、共发展——同步课堂推广普及的最高宗旨

由于地区不同，城乡教育的发展存在着巨大差距；由于教学经验积累的不同，老教师和青年教师之间存在着显著的区别； 由于生活环境的不同，学生之间的存在着个性的差异。同步课堂的推广普及借助网络优势拉近了彼此之间的距离，为他们提供了互相交流、互相切磋的平台。在交流中进步，在实践中成长，在反思中提高。缩小了教师之间、学校之间、城乡之间教育的差别，让区域教育均衡化不再是口号，真正实现了教育公平。

同步课堂是信息时代的产物，它充分借助网络优势将不同区域、不同学校、不同班级的教师和学生有效地连接在一起，打破了时空的限制，共同备课、共同上课、共同反思，大家互相取长补短，搭建了交流沟通的平台。同步课堂是课堂教学的创新，它有效地解决了教学资源分布不平衡和配置不合理的现象，有效地缩小了教师之间、校际之间、城乡之间的差异，实实在在地将优秀教育资源最大化。同步课堂是师生共同发展的平台，它的实施为教育的均衡发展开辟了一条行之有效的途径。