電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析

摘要：交流電的出現(xiàn)與使用，使得相關(guān)技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，成為工業(yè)生產(chǎn)中的主流電力形式，而交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)就是其中的一種。在電氣自動(dòng)化技術(shù)加入到控制系統(tǒng)中后，系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果得到了進(jìn)一步完善，為交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)推廣與使用創(chuàng)造出了更加有利條件。文章將以交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)基本情況介紹為著手點(diǎn)，對(duì)電氣自動(dòng)化交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)展開(kāi)全面性分析與研究，期望能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)應(yīng)用與推廣提供一些理論方面的幫助。

關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī);異步電動(dòng)機(jī);交流傳動(dòng)控制系統(tǒng);人工智能技術(shù)

交流調(diào)速傳動(dòng)在能源節(jié)約方面有著不可忽視的作用與價(jià)值，其不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能負(fù)荷的有效控制，保證節(jié)能結(jié)果與收益，同時(shí)還具備較大的節(jié)電潛力，極為符合現(xiàn)代行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展目標(biāo)。電氣自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)始在交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用之后，控制運(yùn)行變得更加智能，流量調(diào)速效率與質(zhì)量也變得更加理想。為更好地展開(kāi)系統(tǒng)應(yīng)用，對(duì)控制系統(tǒng)基本情況展開(kāi)分析與研究極具現(xiàn)代價(jià)值。

一、交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

（一）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略。（1）同步電動(dòng)機(jī)。在實(shí)施同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)程中，可通過(guò)對(duì)供電電壓頻率實(shí)施調(diào)整的方式，對(duì)同步轉(zhuǎn)速展開(kāi)控制。（2）異步電動(dòng)機(jī)。在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)（圖1）實(shí)施調(diào)速過(guò)程中，會(huì)通過(guò)對(duì)晶閘管控制技術(shù)的運(yùn)用，展開(kāi)調(diào)速操作。在具體實(shí)施調(diào)速時(shí)，首先會(huì)通過(guò)實(shí)施調(diào)壓調(diào)速手段，對(duì)加于電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓實(shí)施控制;其次會(huì)展開(kāi)串級(jí)調(diào)速，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子回路附加電勢(shì)實(shí)施控制;最后實(shí)施變頻調(diào)速，對(duì)定子供電頻率、電壓實(shí)施控制[1]。

（二）交流調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)交流調(diào)速技術(shù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，此種技術(shù)具有占地面積小、調(diào)速性能理想以及節(jié)約能源等方面的優(yōu)勢(shì)，所需投入的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較少，并不需要耗費(fèi)大量人力以及物力。同時(shí)，其適應(yīng)能力以及環(huán)境接受能力也較為理想，可以在惡劣環(huán)境或大容量環(huán)境中展開(kāi)運(yùn)用。

二、電氣自動(dòng)化交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

（一）交流調(diào)速原理。在直流電動(dòng)機(jī)中配有整流子以及電刷，電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中會(huì)對(duì)兩者形成一定磨損，需要經(jīng)常對(duì)兩者開(kāi)展維修與檢查，電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境相對(duì)有限。同時(shí)直流電動(dòng)機(jī)還具有容量有限、轉(zhuǎn)速高度不足等方面的問(wèn)題，所以整體電動(dòng)機(jī)使用存在著諸多干擾因素。而交流電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，有效彌補(bǔ)了直流電動(dòng)機(jī)在使用中所存在的各項(xiàng)問(wèn)題，電子技術(shù)以及電力電子學(xué)的不斷完善，更加為半導(dǎo)體交流技術(shù)的運(yùn)用提供了有利契機(jī)，交流調(diào)速系統(tǒng)變得更加理想。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，電氣自動(dòng)化技術(shù)研究力度呈現(xiàn)出逐漸增加趨勢(shì)，交流電傳動(dòng)控制方式在技術(shù)支持下變得更加智能，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、調(diào)速范圍以及調(diào)速精度等，均得到了不同程度的優(yōu)化，為其在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)化領(lǐng)域中的地位奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

（二）電動(dòng)機(jī)調(diào)速。以異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速為例。較為常用的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式，除上文所述集中調(diào)速方式之外，還有變極對(duì)數(shù)調(diào)速以及電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。根據(jù)電動(dòng)機(jī)基本原理，從定子進(jìn)入到轉(zhuǎn)子的電磁功率，一部分會(huì)和轉(zhuǎn)差率保持正比關(guān)系，另一部分會(huì)對(duì)負(fù)載形成有效拖動(dòng)。就能量轉(zhuǎn)換層面而言，轉(zhuǎn)差功率回收、消耗以及是否增加，將是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。鑒于此，可以將異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)細(xì)分為三種：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型。此種系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率，會(huì)被轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)而被消耗掉。與其他調(diào)速系統(tǒng)相比，此種調(diào)速系統(tǒng)效率處于較低狀態(tài)。會(huì)通過(guò)提升轉(zhuǎn)差功率消耗的方式降低轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)速的不斷降低，其效率也會(huì)越小。

（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型。此種系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)差功率的消耗較大，會(huì)有一部分功率在運(yùn)行時(shí)被消耗掉，而多數(shù)功率，會(huì)通過(guò)對(duì)變流裝置的運(yùn)用，回饋到電網(wǎng)之中，或直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能被使用。在轉(zhuǎn)速逐漸處于下降狀態(tài)時(shí)，回收功率也會(huì)隨之增加。（3）轉(zhuǎn)差功率不變型。此種系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率內(nèi)的轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)一部分的銅損耗，但其轉(zhuǎn)差功率消耗始終處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，也會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的改變而出現(xiàn)較大變化，整體效率相對(duì)較高。由于此種系統(tǒng)的變極對(duì)數(shù)調(diào)速使用存在限制，只能實(shí)施有級(jí)調(diào)速，所以系統(tǒng)的使用場(chǎng)合也存在著一定的約束。在諸多調(diào)速中，變頻調(diào)速使用最廣，能夠形成高動(dòng)態(tài)性能交流調(diào)速體系，整體應(yīng)用效果較為理想，發(fā)展前景較為客觀。

（三）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子回路參數(shù)和電動(dòng)機(jī)定子回路參數(shù)處于恒定狀態(tài)時(shí)，在定轉(zhuǎn)差率環(huán)境中，在定子繞組上的電壓平方會(huì)和電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩保持正比關(guān)系。作為一種有效、簡(jiǎn)單的調(diào)速手段，交流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)通過(guò)對(duì)定子側(cè)添加調(diào)壓變壓器或在定子回路中串入飽和電抗器的方式，達(dá)到對(duì)電壓、轉(zhuǎn)速實(shí)施有效調(diào)節(jié)的效果。目前較為常用的交流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)，主要以雙向晶閘管元件運(yùn)用為主。

（四）變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)，即變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，會(huì)在實(shí)施轉(zhuǎn)速過(guò)程中，保持轉(zhuǎn)差功率保持在恒定狀態(tài)，系統(tǒng)整體應(yīng)用效率、性能較為理想，是現(xiàn)代交流調(diào)速主要發(fā)展方向之一。在對(duì)定子供電頻率展開(kāi)均勻調(diào)整過(guò)程中，可達(dá)到平滑完成電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速調(diào)整的目標(biāo)。在多數(shù)場(chǎng)合，為保證在調(diào)速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩不會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)，會(huì)通過(guò)對(duì)磁通恒定進(jìn)行維護(hù)的方式，保證后續(xù)轉(zhuǎn)速調(diào)整操作高質(zhì)量進(jìn)行。為真正達(dá)到這一點(diǎn)，需要對(duì)定子供電電壓展開(kāi)調(diào)節(jié)，強(qiáng)調(diào)電動(dòng)機(jī)供電變頻器需要共同具備調(diào)頻以及調(diào)壓兩種功能。在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)支持下，變頻器可在高質(zhì)量完成調(diào)頻以及調(diào)壓工作的同時(shí)，對(duì)啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間、電流以及轉(zhuǎn)矩等展開(kāi)調(diào)整，且具備良好的調(diào)節(jié)功能以及函數(shù)運(yùn)算功能，在工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均有著廣泛運(yùn)用。

三、人工智能技術(shù)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

人工智能技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)主流技術(shù)，也是今后諸多領(lǐng)域發(fā)展、研究主要內(nèi)容。將人工智能控制技術(shù)應(yīng)用到傳動(dòng)控制系統(tǒng)之中，可通過(guò)對(duì)各種控制技術(shù)的合理運(yùn)用，達(dá)到精準(zhǔn)控制目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)各項(xiàng)控制問(wèn)題的有效規(guī)避，保證控制系統(tǒng)控制效果與運(yùn)行質(zhì)量[5]。就目前應(yīng)用情況來(lái)看，常用人工智能控制技術(shù)主要有以下幾種：3.1模糊邏輯。模糊邏輯控制技術(shù)是人工智能控制重要技術(shù)之一，較為高效的模糊控制器在應(yīng)用之后，便取代了常規(guī)速度調(diào)節(jié)器。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展與研究，高性能、全數(shù)字轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，已經(jīng)配置了多個(gè)模糊控制設(shè)備，這些設(shè)備的合理運(yùn)用，可在代替常規(guī)PID或PI控制器的同時(shí)，為其他任務(wù)展開(kāi)提供精準(zhǔn)控制支持。在使用此種技術(shù)時(shí)，可通過(guò)對(duì)模糊邏輯的運(yùn)用，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)力矩與磁通展開(kāi)調(diào)整，但需注意，技術(shù)輸入標(biāo)定因子是處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)的。3.2遺傳算法。此種控制技術(shù)是通過(guò)對(duì)自然進(jìn)化過(guò)程實(shí)施模擬，進(jìn)而探索出最佳解決算法的控制技術(shù)。在控制系統(tǒng)中對(duì)此種技術(shù)展開(kāi)應(yīng)用時(shí)，由于技術(shù)在實(shí)施整體、最優(yōu)化方式搜索過(guò)程中，并不會(huì)對(duì)其他輔助信息或者梯度信息形成依賴，通常只需要對(duì)適應(yīng)度函數(shù)以及影響搜索方向目標(biāo)函數(shù)展開(kāi)使用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的科學(xué)處理，保證問(wèn)題處理框架建設(shè)質(zhì)量。3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及交流電機(jī)中的運(yùn)用，是現(xiàn)代學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究熱門內(nèi)容。以常規(guī)反向轉(zhuǎn)波算法ANN在步進(jìn)電機(jī)控制算法中的運(yùn)用為例。在具體使用時(shí)，會(huì)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)用，按照初始速度以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩等內(nèi)容，展開(kāi)最大可觀測(cè)速度增量設(shè)置。ANN系統(tǒng)整體性能較為理想，能夠有效提高定位效率，保證非初始速度以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩大范圍控制效果。由于此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于多層前饋型結(jié)構(gòu)，會(huì)通過(guò)對(duì)常規(guī)反向傳播學(xué)習(xí)算法的運(yùn)用，展開(kāi)電動(dòng)機(jī)控制，可智能化展開(kāi)定子電流控制與轉(zhuǎn)子速度控制，應(yīng)用前景較為廣闊。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)電氣自動(dòng)化交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的闡述，使我們對(duì)交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式等內(nèi)容有了更加清晰的了解。各企業(yè)需要加大對(duì)交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究力度，應(yīng)掌握電動(dòng)機(jī)具體調(diào)速原理與調(diào)速方式，以便更好地對(duì)其展開(kāi)使用。而各研究機(jī)構(gòu)也應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)人工智能等技術(shù)的研究力度，應(yīng)通過(guò)對(duì)技術(shù)的合理運(yùn)用，將其高質(zhì)量運(yùn)用到電動(dòng)機(jī)控制之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效化、智能化交流電傳動(dòng)控制模式，保證系統(tǒng)控制效果。

作者簡(jiǎn)介：

劉夏，遼寧躍邁建設(shè)工程有限公司。