交流异步电机控制方法综述
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【Key words】Asynchronous motor；Vector control；Direct torque control；Methods
传统的变频调速系统的控制量是交流电动机的定子电压幅值和
频率，只能按电动机稳态运行规律进行控制，不能任意控制定子磁通 和转子磁通矢量大小和位置，所以输出的电磁转矩只能按稳态规律变 化，动态性能差，系统的响应慢。 采用矢量或者直接转矩控制技术的异 步电动机可以像直流电动机一样进行控制，从而大幅度提高交流电机 的动态性能和使用范围。 通过对异步电动机数学方程进行解耦，从而 对异步电动机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，在空间磁场中根 据控制的动态要求，计算出满足要求的电流或电压矢量，电动机的电 磁转矩可以瞬时变化，不受控制规律的影响，这样就大大方便高精度 的控制技术现实。 本文介绍几种常用的异步电动机控制方法。
图 1 异步电动机矢量控制系统图
磁场定向是异步电动机实现矢量控制的基础，在上述的磁场定向 系统中，无论采用哪种方法，均涉及到电动机参数。 若参数值与实际不 符，或者在运行中发生了变化，都将直接影响到磁场定向的准确性。 磁 场定向不准确，会使矢量控制失去原本方法上的优势，造成系统不稳 定和动态性能下降。
需要注意的是，并不是全部信息都可以加密，考虑到系统的性能 和实时性要求，应该只对关键字段加密，可以不加密的尽量不加密，减 少系统不必要的开销。 在考试系统中，需要加密的敏感数据主要包括
用户信息、试题库信息、试卷信息和答卷信息等。 科 ● 【参考文献】
［1］温 丹 昊 ，陆 阳 .基 于 数 字 签 名 技 术 的 数 据 库 安 个 共 享 机 制 [J]. 网 络 安 全 技 术 与 应 用 ，2005(6)：55-57. ［2］游 碧 蓉 ，代 全 林.基 于 B/S 结 构 的 校 园 网 络 考 试 系 统 [J].科 技 情 报 开 发 与 经 济 ，2006，08：213-214. ［3］陆峰，刘清堂，等.基于 ASP. NET 的网络考试系统若干关键技术研究[J].教育 信 息 化 ，2006，09：40-42.
4 无速度传感器高动态性能控制
高精度、高分辨率的速度和位置传感器价格昂贵，而且在恶劣环
境下无法使用。 为了克服这个缺点，无速度传感器控制技术的研究进
展很快。 无速度传感器控制技术的核心问题是如何获取电机的旋转速
度，解决的出发点是利用容易测量到的定子电流、定子电压量推算出
速度或估计出速度，常用的方法有：
【参考文献】 ［1］沈 庆 国 .移 动 计 算 机 网 络 .解 放 军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 . ［2］Postel J,Transmission control protocol[s].IETF RFC 793,1981.
［3］Stevens W R.TCP Slow Start,Congestion Avoidance, Fast Retransmission, and Fast Recover Algorithms[S].IETF,RFC 2001.1997,01. ［4］Jacobson V.Modified TCP Congestion Avoidance Algorithm [OL].End -to -End mail,1990,04. ［5］Hoe J C.Improving the start -up Behavior of a Congestion Control Scheme for TCP[A].SIGCOMM’96,ACM[C].California,USA,1996:270-280. ［6］Mathis M,Mahdavi J,Floyd S and Romano A.TCP Selective Acknowledgment options[S].IETF,RFC 2018,1996,10. ［7］Dimitrious L.Axiotis,Michail E.Theologou: On the effects of platform positional instability on a UMTS system served by HAPS,The 14th IEEE,2003.
【关键词】异步电动机、矢量控制、直接转矩控制、方法综述。 The Summary of Asynchronous Motor Control Methods
【Abstract】Traditional asynchronous motor control is based on steady state operation of motor control laws, low precision, high energy consumption, low efficiency. Compare to the traditional way of motor control problems, this paper describes the asynchronous motor control method and the former often point out its shortcomings and deficiencies. Vector control, direct torque control, senseless control, adaptive control, intelligent control technology to control asynchronous motors has brought new direction.
2 直接转矩控制
直接转矩控制系统是继矢量控制系统后的又一种高动态性能的
具有固定的控制器参数的线性控制系统可以利用经典设计理论 比较容易实现。 理想状态下，矢量控制的交流传动系统可以认为是线 性的，就像直流电机传动系统一样。 但是在实际的工业应用中，控制对 象参数很少保持不变，另外负载转矩也变动，而且结果系统性能可能 恶化，在极端情况下引起不稳定，这个问题能够用自适应控制技术来 解决。 因此，能够克服参数变化影响的各种自适应控制便成为研究工 作的重要课题。 主要的自适应控制有自校正控制、模型参考自适应控 制、滑模变结构控制、专家系统、模糊控制、神经网络控制等。
科技信息
○机械与电子○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2011 年 第 3 期
交流异步电机控制方法综述
王民廷 (淮南矿业集团新庄孜煤矿 安徽 淮南 232000)
【摘 要】传统的异步电动机控制是按照电机稳态时的运行规律进行控制，精度低，能耗高，效率差。 针对传统电机控制方式存在的问题，本 文介绍了当前交流异步电动机的常前控制方法并且指出其缺点和不足。 矢量控制、直接转矩控制、无传感器技术、自适应控制、智能控制技术给 异步电动机控制带来了新的发展方向。
（下转第 74 页）
95
●
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2011 年 第 3 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○I T 论坛○
科技信息
当发送“探路”数据包的数目不同时，网络资源的利用率也不同， 如图 5。 当 N 较小时，如图 6 中 N 为 1-3 时，随着 N 的增大，资源利用 率会明显的增加， 但随着 N 发送数目的增多， 会过多的消耗链路资 源，造成链路资源利用率严重降低，如图 6 中 N 为 4-12。
矢量控制技术的交流传动系统的动、静态性能达到了直流双闭环传动
系统的水平。
实现矢量控制的关键是要解决沿转子磁场定向的问题，即 MT 同
步旋转坐标 M 轴要沿转子磁场方向定向。 直接磁场定向控制需要获
得电机转子磁链的知识，一般采用磁链反馈控制方式。 电机转子磁链
可直接检测，或用磁链观测器得到。
图 3 异步电动机参数变化和负载转矩扰动自适应控制系统图
Байду номын сангаас
交流传动控统。 其特点是在静止的两相坐标系中控制定子磁链幅值基 本保持恒定并实现转矩反馈控制。 其核心问题是转矩和定子磁链反馈 模型，以及如何根据转矩和磁链控制信号来选择电压空间矢量控制器 的开关状态。 直接转矩控制磁场定向所采用的是定子磁链，只要知道 定子电阻就可以把它观测出来，因此直接转矩控制大大减少了矢量控 制技术中控制性能易受参数变化影响的问题;而且直接转矩控制直接 在定子坐标系下分析交流电机的数学模型， 控制电机的磁链和转矩， 不需要为解祸而简化交流电机数学模型，即省掉矢量旋转变化等复杂 的变换和计算。 但是其缺点是:输出转矩有脉动，低速性能较差，限制 了系统的调速范围。
作者简介：张应宪(1987—),男,研 究 生 学 历, 解 放 军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 研究生管理大队,主要研究方向为卫星通信网络技术。
刘 爱 军 (1970— ),男 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,主 要 研 究 领 域 为 卫 星 通 信 抗 干 扰 技 术 , 卫星网络通信系统。
1 矢量控制技术
在异步电动机中，定子电流不但建立旋转磁场，也建立了电动机
的电磁转矩。 假如能将定子电流的总效应等效两个虚拟的彼此垂直的
直流分量，一个控制转子磁链，另一个控制电磁转矩，那么对异步电动
机的控制就如同对直流电动机的控制一样简单了。 矢量控制正是基于
这一想法而提出的。 矢量控制根据矢量变换理论，采用按转子磁场方
对于考点数据库，考试数据下发后，考点管理人员在考点数据库 拥有无限的权限，如何防止考试信息从考点泄露是非常重要的，另外， 考试完后如何防止考生的答卷和成绩被篡改也是关键问题。 这就需要 对数据库加密进行加密，通过加密，数据库的备份内容成为密文，从而 能减少因备份介质失窃或丢失而造成的损失。 由此可见，数据库加密 对于网络考试系统的安全管理，也是不可或缺的。
向定向，把定子电流矢量分解为在同步旋转坐标系中的两个互相垂直 的励磁电流分量与转矩电流分量，实现了定子电流励磁分量与转矩分
图 2 异步电动机直接转矩控制系统图
量的解耦；通过控制转子磁链幅值保持恒定不变，实现了转矩的线性 3 自适应控制
化处理，得到了与他励直流电动机一样的线性机械特性。 异步电动机
经过矢量变换控制后获得了与他励直流电动机一样的控制特性，采用
作者简介：刘秀萍，大学本科，讲师，从事计算机教学，研究力向为数据库技 术。
［责任编辑：翟成梁］
（上接第 95 页）(1)利用电机模型计算转差频率，进行补偿。 (2)利 用 电 机 模 型 推 导 出 转 速 方 程 式 ，从 而 计 算 转 速 。 (3)根 据 模 型 参 考 自 适 应 控 制 理 论 ，选 择 合 适 的 参 考 模 型 和 可 调 模 型，利用自适应算法辩识转速，或者同时辩识转子磁链和转子转速。 (4)利 用 增 广 卡 尔 曼 滤 波 方 法 。 (5)利 用 电 机 的 齿 谐 波 电 势 计 算 转 速 。 (6)利用滑模变结构控制，同时辨识转子磁链和转子转速。 目前，已 有若干品种的无速度矢量控制变频器问世， 但是电机参数变化问题， 当电动机接近零速情况下速度的正确估算，仍需要进一步研究。
郭 道 省 (1973— ),男 ,副 教 授 ,硕 士 生 导 师 , 主 要 研 究 领 域 为 卫 星 通 信 抗 干 扰 技 术。
［责任编辑：曹明明］
（上接第 83 页）篡改数据库文件内容。 这种隐患被称为通向 DBMS 的“隐秘通道”，它所带来的危害一般
数据库用户难以觉察。 对数据库中的敏感数据进行加密处理，是堵塞 这一“隐秘通道”的有效手段。
通过以上结果分析可以看出，N 坚持算法通过选择合适的 N 可以 有效的实现链路拥塞控制，提高资源的利用率。
4 总结
本文主要介绍了临近空间网络环境的拥塞控制问题， 通过分析 TCP 拥塞控制在无线网络环境中应用的缺陷 ，提出了基于主动感知方 式的临近空间网络环境拥塞控制算法— ——N 坚持算法，根据算法设计 了 仿 真 方 案 ，通 过 仿 真 表 明 ：在 无 线 网 络 环 境 中 ， TCP 拥 塞 控 制 方 法 存在严重的问题，进过改进后网络性能得到了较大的改善，这也说明 了改进算法的可行性，具有较强的实用性。 科
传统的变频调速系统的控制量是交流电动机的定子电压幅值和
频率，只能按电动机稳态运行规律进行控制，不能任意控制定子磁通 和转子磁通矢量大小和位置，所以输出的电磁转矩只能按稳态规律变 化，动态性能差，系统的响应慢。 采用矢量或者直接转矩控制技术的异 步电动机可以像直流电动机一样进行控制，从而大幅度提高交流电机 的动态性能和使用范围。 通过对异步电动机数学方程进行解耦，从而 对异步电动机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，在空间磁场中根 据控制的动态要求，计算出满足要求的电流或电压矢量，电动机的电 磁转矩可以瞬时变化，不受控制规律的影响，这样就大大方便高精度 的控制技术现实。 本文介绍几种常用的异步电动机控制方法。
图 1 异步电动机矢量控制系统图
磁场定向是异步电动机实现矢量控制的基础，在上述的磁场定向 系统中，无论采用哪种方法，均涉及到电动机参数。 若参数值与实际不 符，或者在运行中发生了变化，都将直接影响到磁场定向的准确性。 磁 场定向不准确，会使矢量控制失去原本方法上的优势，造成系统不稳 定和动态性能下降。
需要注意的是，并不是全部信息都可以加密，考虑到系统的性能 和实时性要求，应该只对关键字段加密，可以不加密的尽量不加密，减 少系统不必要的开销。 在考试系统中，需要加密的敏感数据主要包括
用户信息、试题库信息、试卷信息和答卷信息等。 科 ● 【参考文献】
［1］温 丹 昊 ，陆 阳 .基 于 数 字 签 名 技 术 的 数 据 库 安 个 共 享 机 制 [J]. 网 络 安 全 技 术 与 应 用 ，2005(6)：55-57. ［2］游 碧 蓉 ，代 全 林.基 于 B/S 结 构 的 校 园 网 络 考 试 系 统 [J].科 技 情 报 开 发 与 经 济 ，2006，08：213-214. ［3］陆峰，刘清堂，等.基于 ASP. NET 的网络考试系统若干关键技术研究[J].教育 信 息 化 ，2006，09：40-42.
4 无速度传感器高动态性能控制
高精度、高分辨率的速度和位置传感器价格昂贵，而且在恶劣环
境下无法使用。 为了克服这个缺点，无速度传感器控制技术的研究进
展很快。 无速度传感器控制技术的核心问题是如何获取电机的旋转速
度，解决的出发点是利用容易测量到的定子电流、定子电压量推算出
速度或估计出速度，常用的方法有：
【参考文献】 ［1］沈 庆 国 .移 动 计 算 机 网 络 .解 放 军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 . ［2］Postel J,Transmission control protocol[s].IETF RFC 793,1981.
［3］Stevens W R.TCP Slow Start,Congestion Avoidance, Fast Retransmission, and Fast Recover Algorithms[S].IETF,RFC 2001.1997,01. ［4］Jacobson V.Modified TCP Congestion Avoidance Algorithm [OL].End -to -End mail,1990,04. ［5］Hoe J C.Improving the start -up Behavior of a Congestion Control Scheme for TCP[A].SIGCOMM’96,ACM[C].California,USA,1996:270-280. ［6］Mathis M,Mahdavi J,Floyd S and Romano A.TCP Selective Acknowledgment options[S].IETF,RFC 2018,1996,10. ［7］Dimitrious L.Axiotis,Michail E.Theologou: On the effects of platform positional instability on a UMTS system served by HAPS,The 14th IEEE,2003.
【关键词】异步电动机、矢量控制、直接转矩控制、方法综述。 The Summary of Asynchronous Motor Control Methods
【Abstract】Traditional asynchronous motor control is based on steady state operation of motor control laws, low precision, high energy consumption, low efficiency. Compare to the traditional way of motor control problems, this paper describes the asynchronous motor control method and the former often point out its shortcomings and deficiencies. Vector control, direct torque control, senseless control, adaptive control, intelligent control technology to control asynchronous motors has brought new direction.
2 直接转矩控制
直接转矩控制系统是继矢量控制系统后的又一种高动态性能的
具有固定的控制器参数的线性控制系统可以利用经典设计理论 比较容易实现。 理想状态下，矢量控制的交流传动系统可以认为是线 性的，就像直流电机传动系统一样。 但是在实际的工业应用中，控制对 象参数很少保持不变，另外负载转矩也变动，而且结果系统性能可能 恶化，在极端情况下引起不稳定，这个问题能够用自适应控制技术来 解决。 因此，能够克服参数变化影响的各种自适应控制便成为研究工 作的重要课题。 主要的自适应控制有自校正控制、模型参考自适应控 制、滑模变结构控制、专家系统、模糊控制、神经网络控制等。
科技信息
○机械与电子○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2011 年 第 3 期
交流异步电机控制方法综述
王民廷 (淮南矿业集团新庄孜煤矿 安徽 淮南 232000)
【摘 要】传统的异步电动机控制是按照电机稳态时的运行规律进行控制，精度低，能耗高，效率差。 针对传统电机控制方式存在的问题，本 文介绍了当前交流异步电动机的常前控制方法并且指出其缺点和不足。 矢量控制、直接转矩控制、无传感器技术、自适应控制、智能控制技术给 异步电动机控制带来了新的发展方向。
（下转第 74 页）
95
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2011 年 第 3 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○I T 论坛○
科技信息
当发送“探路”数据包的数目不同时，网络资源的利用率也不同， 如图 5。 当 N 较小时，如图 6 中 N 为 1-3 时，随着 N 的增大，资源利用 率会明显的增加， 但随着 N 发送数目的增多， 会过多的消耗链路资 源，造成链路资源利用率严重降低，如图 6 中 N 为 4-12。
矢量控制技术的交流传动系统的动、静态性能达到了直流双闭环传动
系统的水平。
实现矢量控制的关键是要解决沿转子磁场定向的问题，即 MT 同
步旋转坐标 M 轴要沿转子磁场方向定向。 直接磁场定向控制需要获
得电机转子磁链的知识，一般采用磁链反馈控制方式。 电机转子磁链
可直接检测，或用磁链观测器得到。
图 3 异步电动机参数变化和负载转矩扰动自适应控制系统图
Байду номын сангаас
交流传动控统。 其特点是在静止的两相坐标系中控制定子磁链幅值基 本保持恒定并实现转矩反馈控制。 其核心问题是转矩和定子磁链反馈 模型，以及如何根据转矩和磁链控制信号来选择电压空间矢量控制器 的开关状态。 直接转矩控制磁场定向所采用的是定子磁链，只要知道 定子电阻就可以把它观测出来，因此直接转矩控制大大减少了矢量控 制技术中控制性能易受参数变化影响的问题;而且直接转矩控制直接 在定子坐标系下分析交流电机的数学模型， 控制电机的磁链和转矩， 不需要为解祸而简化交流电机数学模型，即省掉矢量旋转变化等复杂 的变换和计算。 但是其缺点是:输出转矩有脉动，低速性能较差，限制 了系统的调速范围。
作者简介：张应宪(1987—),男,研 究 生 学 历, 解 放 军 理 工 大 学 通 信 工 程 学 院 研究生管理大队,主要研究方向为卫星通信网络技术。
刘 爱 军 (1970— ),男 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,主 要 研 究 领 域 为 卫 星 通 信 抗 干 扰 技 术 , 卫星网络通信系统。
1 矢量控制技术
在异步电动机中，定子电流不但建立旋转磁场，也建立了电动机
的电磁转矩。 假如能将定子电流的总效应等效两个虚拟的彼此垂直的
直流分量，一个控制转子磁链，另一个控制电磁转矩，那么对异步电动
机的控制就如同对直流电动机的控制一样简单了。 矢量控制正是基于
这一想法而提出的。 矢量控制根据矢量变换理论，采用按转子磁场方
对于考点数据库，考试数据下发后，考点管理人员在考点数据库 拥有无限的权限，如何防止考试信息从考点泄露是非常重要的，另外， 考试完后如何防止考生的答卷和成绩被篡改也是关键问题。 这就需要 对数据库加密进行加密，通过加密，数据库的备份内容成为密文，从而 能减少因备份介质失窃或丢失而造成的损失。 由此可见，数据库加密 对于网络考试系统的安全管理，也是不可或缺的。
向定向，把定子电流矢量分解为在同步旋转坐标系中的两个互相垂直 的励磁电流分量与转矩电流分量，实现了定子电流励磁分量与转矩分
图 2 异步电动机直接转矩控制系统图
量的解耦；通过控制转子磁链幅值保持恒定不变，实现了转矩的线性 3 自适应控制
化处理，得到了与他励直流电动机一样的线性机械特性。 异步电动机
经过矢量变换控制后获得了与他励直流电动机一样的控制特性，采用
作者简介：刘秀萍，大学本科，讲师，从事计算机教学，研究力向为数据库技 术。
［责任编辑：翟成梁］
（上接第 95 页）(1)利用电机模型计算转差频率，进行补偿。 (2)利 用 电 机 模 型 推 导 出 转 速 方 程 式 ，从 而 计 算 转 速 。 (3)根 据 模 型 参 考 自 适 应 控 制 理 论 ，选 择 合 适 的 参 考 模 型 和 可 调 模 型，利用自适应算法辩识转速，或者同时辩识转子磁链和转子转速。 (4)利 用 增 广 卡 尔 曼 滤 波 方 法 。 (5)利 用 电 机 的 齿 谐 波 电 势 计 算 转 速 。 (6)利用滑模变结构控制，同时辨识转子磁链和转子转速。 目前，已 有若干品种的无速度矢量控制变频器问世， 但是电机参数变化问题， 当电动机接近零速情况下速度的正确估算，仍需要进一步研究。
郭 道 省 (1973— ),男 ,副 教 授 ,硕 士 生 导 师 , 主 要 研 究 领 域 为 卫 星 通 信 抗 干 扰 技 术。
［责任编辑：曹明明］
（上接第 83 页）篡改数据库文件内容。 这种隐患被称为通向 DBMS 的“隐秘通道”，它所带来的危害一般
数据库用户难以觉察。 对数据库中的敏感数据进行加密处理，是堵塞 这一“隐秘通道”的有效手段。
通过以上结果分析可以看出，N 坚持算法通过选择合适的 N 可以 有效的实现链路拥塞控制，提高资源的利用率。
4 总结
本文主要介绍了临近空间网络环境的拥塞控制问题， 通过分析 TCP 拥塞控制在无线网络环境中应用的缺陷 ，提出了基于主动感知方 式的临近空间网络环境拥塞控制算法— ——N 坚持算法，根据算法设计 了 仿 真 方 案 ，通 过 仿 真 表 明 ：在 无 线 网 络 环 境 中 ， TCP 拥 塞 控 制 方 法 存在严重的问题，进过改进后网络性能得到了较大的改善，这也说明 了改进算法的可行性，具有较强的实用性。 科