3电动机转矩转速控制机电控制工程 高钟毓.
电气工程自动化低压电器中继电器的应用 高梓毓
电气工程自动化低压电器中继电器的应用高梓毓摘要：目前我国的电气工程处在跨越式发展的阶段，科技的日益更新，让继电器这一元件在电气工程中的使用效果以及作用都在不断提高。
为了保障电气工程的质量以及其安全性，需要发现继电器中存在的优点与缺点，更好地提高继电器使用效果，让继电器能够确保电气工程在运行时电压稳定，减少突发异常电压对电气工程设备造成的损坏。
科学、合理地使用继电器，既能够充分发挥继电器本身的积极性，同时也能够延长继电器的使用寿命，对于我国国民经济以及电气工程质量而言，都有着促进的作用。
关键词：电气工程自动化；低压电器；继电器引言对于电气工程及其自动化来讲，加强低压电器中继电器的应用势在必行，其既能保证设备运行的安全性与稳定性，还能实现电气工程良性发展。
基于此，相关人员需加大低压电器中继电器的应用力度，促使其存在的实效性发挥出最大化，以期电气工程发展到新高度，为我国现代社会健康发展做铺垫。
本文主要针对电气工程及其自动化低压电器中继电器的应用为进行分析，详细如下：1继电器的相关原理实际上，继电器属于电子控制器件，其由被控制系统与控制系统两方面组成，一般运用到自动控制电路之中，其实际上是运用小电流控制大电流的自动开关。
而继电器是拥有隔离作用的自动开关，在电力电子设备、遥控、自动控制、遥测等方面应用最广泛，是十分关键的控制元件之一。
而继电器通常都具备反映输入变量的感应机构，也就是输入部分，这些变量包含光、速度、温度、电流、温度、电压、功率、频率等；还包含控制被控电路通断的执行机构，也就是输出部分；而继电器除了输出部分与输入部分，好包含耦合隔离输入量，功能处理与对输出部分展开驱动工作的中间机构，也就是驱动部分。
作为一种控制元件，总结起来，继电器有下述几点优势：（1）拓展控制范围。
比如多触点继电器控制信号到达一定值时，能够通过多种模型，实现接通、换接以及开断多路电路。
（2）放大。
比如中间继电器和灵活性继电器等等，利用非常微小的控制量，能够实现对大功率电路控制。
【报告】变速器开题报告
【关键字】报告变速器开题报告篇一：汽车变速箱设计开题报告淮阴工学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名：专业：设计(论文)题目：指导教师:XX 年12 月17 日学号：篇二：双离合变速器开题报告山东科技大学本科毕业设计（论文）开题报告题目学院名称机械电子工程学院专业班级车辆工程XX-2学生姓名李铭学号XX01040413指导教师李学慧填表时间：XX 年4月12 日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。
3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。
4.参考文献很多于8篇，其中应有适当的外文资料（一般很多于2篇）。
5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。
篇三：汽车变速器控制技术研究开题报告黑龙江工程学院汽车工程系本科毕业设计（论文）开题报告题目名称：题目性质：学院（系）：专业：年级：指导教师：学生姓名：XX 年3 月16 日一、说明选题的目的和意义，简述本题目国内外研究现状、发展趋势1、目的、意义通过对本课题的研究，能够掌握变速器的结构、原理、控制技术，针对目前汽车常用的几种变速器进行回顾,介绍其特点以及在使用中出现的问题，综合分析国内外变速器的现状和发展趋势,探索出适合现代汽车使用的变速器2、研究现状目前世界上常见的变速器主要有四种类型，机械式变速器、液控液力式变速器、电控液力式变速器和无级变速器。
机械式变速器历史悠久、价格低廉，具有结构简单、工作可靠、传动效率高的优点，所以现在在一些货车及其他车辆上仍使用很多。
而液力式变速器是目前使用最广泛的变速器，在美国采用液力变速器的轿车已达90%以上，采用液力式变速器的汽车起步平稳、自动适应行使阻力的变化、减小传动系的动载荷、驾驶操纵简单、在一定范围内进行无级变速，实现了换档自动化和半自动化。
煤矿机电设备维修和故障诊断技术
试论煤矿机电设备的维修和故障诊断技术摘要：随着科学技术与生产的发展，机械设备工作强度不断增大，生产效率、自动化程度越来越高，同时设备更加复杂，各部分的关联愈加密切，从而往往某处微小故障就爆发链锁反应，导致整个设备乃至与设备有关的环境遭受灾难性的毁坏。
这不仅会造成巨大的经济损失，而且会危及人身安全，后果极为严重。
本文对机电设备的维修和故障检测技术进行分析研究。
关键词：机电设备维修故障检测1、前言机电设备是煤炭企业固定资产中的重要组成部分，是煤炭企业不可缺少的物资基础，设备装备的先进程度和能否合理使用、科学维修和故障检测、适时检修和更新改造、使设备发挥最大的效能，对煤炭企业至关重要。
机电设备的维修和故障检测是全过程的维修和故障检测，以获得寿命周期最经济、设备综合效能最高的目标。
设备维修和故障检测实行检修、改造和更新相结合，经济维修和故障检测技术相结合。
2、机电设备的维修2.1设备维修的必要性机器设备是由各种零部件组成的，由于各种零部件材质不同。
使用的条件不同，它们的磨损和损坏的程度也不同，1台机器设备在使用过程中，由于运转造成有些零部件间的磨损，以及长时间运转造成的有些零部件疲劳和表现，使设备的性能降低，这样就必须通过维护和维修来恢复某些零部件的性能。
1台机器设备由于有形损坏的不均匀性，有些零部件已经磨损而且有些零部件还在正常工作，这样只要将损坏的易损件进行更換和修复，就可以使机器正常运转，恢复其使用性能，比购置1台相同规格的新设备既经济又节省时间。
如1台40t刮板输送机电机，有时由于使用不当造成轴承落架，只要更换轴承就可以恢复原有性能，这样比购买1台新电动机要节省时间，既经济又合理，延长了机器设备的使用寿命。
2.2设备无限循环维修带来的弊端适时的设备维修是必要的，既经济又合理。
但是无止境的长期维修下去，就不合理，也不经济了。
1台机器在长期运转使用中，由于各零部件间产生的摩擦和材质的疲劳和老化导致性能逐渐降低，这种物理变化，通常通过维修来补偿，但是维修也是有限度的，该矿在2002年有sgw-40t刮板输送机107台，配用电动机270台。
电动机转矩转速控制机电控制工程高钟毓
j dik j dij j d
ik
dt
jk
ij dt
dt
互感电动势 自感电动势 速度电动势
（反电动势）
2020年6月20日星期六
11
能量守恒方程
dWm di Tmd
旋转一周后状态复原
蜒 dW
m
di ? Tmd
0
蜒 di Tmd
2020年6月20日星期六
12
转矩与电压平衡方程
为使Tm ≠0，必须使上式中至少一个L或M 对θ的导数≠0
因此有两类电动机：
（1）L固定，M可变——固定磁阻电动机（至少两个回路）
（2）M固定，L可变——变磁阻电动机（一个回路即可）
2020年6月20日星期六
9
u1 u
u1 固定磁阻电动机
2020年6月20日星期六
变磁阻电动机
10
n
ej k 1
4
i e
2020年6月20日星期六
Ni → H → B（μH）
磁动势 磁场强度 磁通密度
→Φ
（SB）
磁通
→Ψ
（ Φ N）
磁链
Ni Rm
N 2i
Rm
Li 5
i e
2020年6月20日星期六
UI 功率
UIdt 能量
Udt d
id Wm di Wm
6
i1 e1
i2 e2
1 2
Tb2
ua1
Tb3
ua2 ua3
ω03
ω ω02 ω01
ω
Td＝0 Td1 Td2
ua1
ua2
ua
20
动态特性
ua
Raia
L
浅谈机电一体化专业就业前景及就业方向
浅谈机电一体化专业就业前景及就业方向论文关键词：机电一体化应用就业前景论文摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的大体应用，并对机电一体化专业就业前景及就业方向进行了分析。
0引言作为全国发展较为掉队的省份，到贵州主政不到一年的省委书记栗战书、省长赵克志指出，工业强省战略是贵州更好更快发展的必然选择，因此，“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略和城镇化带动战略。
在这样的时期背景下，作为职业院校的一名教师，深感机电一体化专业又迎来了发展的春天。
随着现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同窗科的交叉与渗透，致使了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与组成、生产方式及管理体系发生了庞大转变，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
但机电一体化专业就业前景如何，机电一体化专业就业方向有哪些？这些问题成了很多家长和同窗们想要了解的问题。
1机电一体化技术的大体应用机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处置功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所组成的系统的总称。
其大体特征可归纳为：机电一体化是从系统的观点动身，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术和软件编程技术等群体技术，按照系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高靠得住性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
在现代机械制造业中的应用传统机械制造业是成立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结构和重复性来取得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低本钱取得高质量和高效率，其生产盈利是靠机械取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技术来获取的。
哈工大机电学院本科生综合课程设计2：最后附两张cad大图,一份完整的装配图
目录第一章总体方案设计 (2)1.1任务设计书及指标 (2)1.1.1设计任务书 (2)1.1.2主要技术指标 (2)1.2总体方案确定 (2)1.2.1方案确定思想 (2)1.2.2方案对比分子与确定 (3)第二章机械系统设计 (3)2.1竖直坐标工作台外形尺寸及重量估计 (5)2.2竖直导轨参数确定 (7)2.3滚珠丝杠计算和选择 (7)2.3.1 滚珠丝杠强度计算 (8)2.3.2 滚珠丝杠传动效率计算 (8)2.4伺服电机的计算与选取 (8)2.4.1 等效转动惯量的计算 (11)2.4.2 伺服电机等效负载转矩的计算 (11)2.4.3 伺服电机的选型 (12)2.5 联轴器的选用 (13)参考文献 (13)第一章 总体方案设计1.1任务设计书及指标1.1.1设计任务书题目：两维工作台（步进电机+滚珠丝杠+Y 向可加减速器方案）结构设计任务：本项目要求的两维工作台为竖直平面内的X-Y 工作台，其中Y 向为竖直，X 向为水平，电动工作方式。
1.1.2主要技术指标1）工作台台面尺寸：X 向200mm ，Y 向200mm ，台面要求沿均匀布置同心圆上分布圆间隔30mm 的M6螺孔（螺孔深度不小于15mm ），中心须有20mm 定心圆孔。
2）工作台承载：载荷重量50Kg 。
3）行程要求：X 向500mm ，Y 向1000mm 。
4）位置定位精度：X 向0.1mm ，Y 向0.05mm 。
5）最大运动精度：X 向0.1m/s ，Y 向0.2m/s 。
1.2总体方案确定根据设计任务书的要求确定总体方案。
1.2.1方案确定思想两坐标数控工作台台体设计主要分为机械系统部件和台体上的测控部件。
机械系统部件又分为导轨组成，传动组成，减速装置等；测控部件又分为伺服电机，检测及反馈元件等等。
1) 工作台型号为HXY-2020； 2) 行程要求X=200mm ，Y=200mm ；3) 工作台面尺寸为C ×B ×H=270×250×18； 4) 底座外形尺寸为C ×B ×H=1000×25×840； 5) 工作台最大长度为1000mm ； 6) 工作台负载重量为N=500N ；7) 工作台最快移动速度max max 0.2/;x y v v m s ==8)X,Y方向的定位精度为0.05mm；9)工作台负载小，运动灵敏度高，低速；10)定位精度高；11)考虑到结构稳定，安全，建议基座和滑台采用铸造工艺。
3电动机转矩转速控制机电控制工程-高钟毓解析PPT课件
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t
24
第三节 直流电动机驱动电路
自学
2021/2/25
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第四节直流电动机转矩转速控制
直流电动机转速（转矩）控制的一般形式
给定 速度
速度 控制器
电流反馈
电流 控制器
功放
M
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速度环
速度反馈
.
电流环
G
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电流环
U i(s)
U a(s) K iGi (s)
1 Ra Tas 1
Ni → H → B（μH）
磁动势 磁场强度 磁通密度
→Φ
（SB）
磁通
→Ψ
（ Φ N）
磁链
Ni Rm
N 2i Rm
Li
.
5
i e
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UI 功率
UIdt 能量
Udt d
id Wm di Wm
.
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i1 e1
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i2 e2
1 L1i1 M12i2 2 L2i2 M12i1
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转矩平衡方程
J
d2
dt2
Ktia
Td
电压平衡方程
uaRaiaLdditaKeddt2021/2/25. Nhomakorabea18
静态特性
dia dt
0,ddt ddt22 0
uaRaiaKe
Ktia Td
ua Ke
Ra KeKt
Td
2021/2/25
.
19
ua Ke
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Td
Td
机械 系统
e d dt
PLC控制步进电机进行位置控制浅析
PLC控制步进电机进行位置控制浅析作者：陈青来源：《科技资讯》 2013年第15期陈青(西北工业学校陕西兴平 713100)摘要:步进电机在开环位置控制系统中具有控制精度高、控制简单、不易失步等优点。
本文介绍了PLC对步进电机的控制方法。
关键词:PLC 步进电机位置控制中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(c)-0121-02步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高(可精确到1度以下)、可靠性高、使用方便等优点,所以应用已十分普遍。
随着电力电子技术和计算机技术的发展,可编程序控制器有了突飞猛进的发展,其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围,它与计算机有效结合,可进行PID控制,具有远程通信通信功能等。
当前,PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机,具有系统构成简单,工程造价低,编程方便等优点,易于推广应用。
下图是PLC控制步进电机系统框图。
(见图1)1 PLC的基本结构PLC采用典型的计算机结构,主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。
如把PLC看作一个系统,该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。
外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量,其经PLC外部输入端子到内部寄存器中,经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子,由这些输出变量对外围设备进行各种控制。
现今,PLC生产厂家较多,较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司,本文以三菱公司的PLC为例,简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。
2 控制方法及研究2.1 控制方式PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式:通过I/O方式进行控制;通过模拟量输出进行控制;通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。
当前常用的方式,就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。
2.1.1 脉冲输出三菱FX-2N的输出端Y0,Y1可输出脉冲,脉冲频率可通过软件编程进行调节,其输出频率范围为2 Hz～20 kHz。
改进永磁同步电机转矩控制精度的措旋
改进永磁同步电机转矩控制精度的措旋薛靖（译）;钟玉林（校）【期刊名称】《电力电子》【年(卷),期】2008(000)001【摘要】各种各样的实际因素会导致永磁同步电机在求取转矩时很难绝对精确。
比如转子温升会导致磁场强度降低并使得输出转矩减小。
导致转矩减小的另一种情况是在过载时铁心出现饱和。
针对这样的情况，现在比较行之有效的设计思路是使用一个快速叠加速度控制环或者使用转矩传感器。
但是，像绞车和注塑成型机一类的设备需要很高的转矩精度，而使用转矩传感器有诸多缺陷。
本文将介绍三种不吲的改进静态转矩精度的策略。
第一种策略是基于对转矩常数和磁阻转矩常数的离线辨识。
这一思想在第二种策略中得以扩展．即通过转矩与转距电流之间的关系来识别电机特性。
这种策略通过采用多项式方程进行计算来补偿味开环控制的不足。
第三种策略是一种在线自适应转矩常数控制技术，它基于对电机电参数的观测和对转速的洲量。
试验结果证实了三种策略理论的有效性。
【总页数】5页(P22-25,47)【作者】薛靖（译）;钟玉林（校）【作者单位】清华大学电机系【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.改进永磁同步电机转矩控制精度的措施 [J], Guido;Stoeppler;Franz;Bauer;薛靖;;;;;;;;;2.基于改进型负载转矩观测器的永磁同步电机滑模控制 [J], 颜伟平;王兵;刘凯;余鑫;李江坪3.改进的永磁同步电机双矢量模型预测转矩控制 [J], 刘述喜;孙超俊;杜文睿;程楠格4.改进型永磁同步电机模型预测转矩控制 [J], 熊永跃;李光中;石川东;舒中宾5.一种改进的内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法 [J], 孟兵兵;于春来;郭昊昊;刘彦呈;张珍睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
数控车床的主轴驱动变频控制系统
摘要本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并简述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。
关键词：矢量控制变频器数控车床目录摘要 (3)第1章变频器矢量控制阐述 (3)第2章数控车床主轴变频的系统结构与运行模式 (3)2.1 主轴变频控制的基本原理 (3)2.2 主轴变频控制的系统构成 (4)第3章无速度传感器的矢量控制变频器 (4)3.1 主轴变频器的基本选型 (4)3.2 无速度传感器的矢量变频器 (5)3.3 矢量控制中的电机参数辨识 (5)3.4 数控车床主轴变频矢量控制的功能设置 (6)第4章结束语 (6)致谢 (7)参考文献 (8)数控车床的主轴驱动变频控制系统第1章变频器矢量控制阐述70年代西门子工程师F.Blaschke首先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。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。
采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。
由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。
1基础知识_机电控制工程 高钟毓
n bn a1 n 1 an 11 an 0
2017年3月12日星期日
19
传递函数转换为状态方程
1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 A ,B 0 0 0 1 n 1 an an 1 an 2 a1 n C 1 0 0 , D 0
»了解控制对象的特性 »进行定量分析
– 构成
»物理定律和系统关系
– 特点
»抽象近似
– 形式
»传递函数、状态方程
2017年3月12日星期日 15
输入－输出模型
u1 (t ) u2 (t ) u p (t ) y1 (t ) y2 (t ) yq (t )
系 统
p q个微分方程
输出
前馈控制器引入输入信号的导数分量， 加快系统对输入信号的响应速度
2017年3月12日星期日 12
控制系统分类
– 模拟、数字控制系统 – 调节、跟踪、伺服、过程控制系统
2017年3月12日星期日
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第二节 典型机电控制系统
本节自学
2017年3月12日星期日
14
第三节 系统数学模型
概述
– 目的
35
60
40
20
Input
0
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Time
盘式制动器在电机车上的应用
盘式制动器在电机车上的应用Ξ解翠英(大连昕迈机电控制工程公司,辽宁大连 116000)摘 要:阐述了盘式制动器在电机车上的应用及它的结构特点和连接形式。
关键词:电机车;盘式制动器;制动盘;制动力中图分类号:U463151 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2004)02-0035-02 随着车辆速度的提高和载重的增大,对制动的要求也越来越高。
传统的单纯闸瓦制动方式,大部分的热能由车轮来承担,1个车轮最多能安装1对闸瓦,而车轮的材质和结构不能自由选择,这就限制了它的使用。
而在盘式制动器中,作为磨擦副的制动盘的结构,可根据制动的要求进行多种方案的选择。
因此盘式制动器在铁道车辆上得到迅速发展。
早在20世纪30年代的德国柏林地铁车辆,首先用了BSI公司的盘式制动器,随后在高速列车(时速175km/h)也装用了这种制动器。
不久美国、荷兰也相继使用,现在美国、法国、日本、英国、和俄罗斯等国也普遍采用。
盘式制动器具有以下几种特点:①散热性能比较好,摩擦系数稳定,能得到较恒定的制动力。
它的热容量允许它采用较高的制动率,可以获得较高的减速度,从而也就缩短了制动距离。
②由于它可以自由地选择制动盘和合成闸片,使这一对磨擦副具有最佳的制动参数。
而且每个制动盘可以安装几个制动器,容易获得较高的摩擦系数,并且比较稳定,受速度的影响小。
③它还可以根据需要,在每根车轴上安装2个制动盘、3个制动盘甚至4个制动盘,使制动功率达到粘着条件所允许的最大值,这对高速车辆来说尤其重要。
④盘形制动运用经济。
由于制动盘摩擦面积大,承受的单位面积压力小,它磨耗率也小,寿命较长。
简而言之,它具有体积小、重量轻、结构紧凑、摩擦面积大、散热性能比较好、制动力恒定、制动率高等特点。
它的最大优点是可以根据制动力的大小自由地选择制动盘和制动器的数量,可以满足制动力要求比较大的情况下制动的需求,从而使制动功率达到粘着条件所允许的最大值。
在制动过程中,制动盘是受热载荷的主要部件,所以对制动盘的材质选择也就十分重要。
一种基于干扰观测器的重复控制解耦方法
一种基于干扰观测器的重复控制解耦方法赵钢;刘娟【摘要】A kind of repetitive control technique based on disturbance observer is proposed for the three-axis turntable dynamics decoupling, starting from the analysis of the velocity coupling and torque coupling to establish a dynamic differential equations. The disturbance observer works as a feedback controller to compensate for the effects of dynamic coupling, providing certain robustness. In order to inhibit the coupling interference, a repetitive controller is added, making the system better robust performance. The simulation results show that the coupling to inhibit the effectiveness of the strategy, indicating that the turntable can meet the system location accuracy requirements.%针对某型号的三轴转台,从分析速度耦合及力矩耦合出发建立了三轴转台动力学微分方程,提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.干扰观测器作为反馈控制器补偿了动力学耦合的影响,为系统提供了一定的鲁棒性.为了更彻底的抑制耦合干扰,增设了重复控制器,使系统获得更好的鲁棒性能.仿真结果证明了该耦合抑制策略的有效性,表明了转台可以满足系统位置精确度要求.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)006【总页数】5页(P25-29)【关键词】三轴转台;解耦;干扰观测器;重复控制;鲁棒性能【作者】赵钢;刘娟【作者单位】天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384;天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言随着航空航天技术的飞速发展，对惯性导航系统的精确度要求越来越高，因此迫切需要研制出惯性导航元件检测设备即转台.然而在转台的三框之间存在着非线性耦合关系，它们相互影响［1］，严重时会对系统的性能产生直接影响.为了满足三轴转台高精确度的要求，必须对三轴转台进行解耦研究.许多文献从不同角度对三轴转台解耦问题进行了分析研究，提出了如状态反馈与动态补偿法［2］，二阶系统反馈解耦法［3］，速度内反馈解耦法［4］，鲁棒补偿解耦法［5］等.这些方法首先均对三轴转台建立了动力学方程，不同的是，文［2］中首先采用逆系统理论证明系统的可解耦性，然后运用状态反馈与动态补偿的方法将系统转化为零耦合的线性系统;文［3］中将多输入多输出的二阶转台系统转化为无阻尼、无刚度的惯性系统;速度内反馈法通过高开环增益削弱速度环其对框体运动速度的影响，保证位置环的跟踪精确度;鲁棒补偿法通过设计由干扰观测器与低通滤波器组成的动态解耦鲁棒补偿控制器检测和补偿耦合干扰.本文提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.1 三轴转台动力学微分方程的建立通过对三轴转台内、中、外三框的速度耦合及力矩耦合的分析，并根据动量矩定理的推导，最终可以得到三轴转台的动力学方程为［2］:本文所研究的某型三轴转台其框架相对于固联坐标系的转动惯量为该三轴转台系统所使用的电机为直流力矩电机，电机型号及参数如下:表1 电机型号及参数参数型号峰值堵转电压/V 电流/A 转矩/(N·m)最大空载转速/(r/min)电枢电感/mH 电阻/Ω 转动惯量/(kg·m2)J215LYX03D 60 5.5 24 110 11.2 19 0.038 J250LYX05C 60 8 60 63 7.1 17.2 0.08 J275LYX04B 60 9.6 85 58 6.24 18.7 0.18由文［6］可知，控制电压与电机输出力矩的线性关系为其中Kt为电机的转矩系数，经过计算可得三个型号的电机转矩系数分别为4.36、7.5、8.86 N·m/A.将电机数据分别代入式(4)中，并联合式(1)～(3)，经过转换可以得到如下方程组:设，则用微分方程表示本系统为从(5)～(7)可以看出，该系统是一个3输入3输出的非线性系统，包含复杂的耦合关系.解耦设计成为了设计出高性能控制系统的必要步骤.2 干扰观测器的结构与设计干扰观测器(disturbance observer-DOB)的基本思想是:把实际系统输出与标称模型输出的差值应用于标称模型，估计出等效的干扰，并将其作为补偿信号反馈到输入端［7］.图1 干扰观测器的初始结构图中Gp(s)为实际对象的传递函数，Gn(s)为标称模型，u为系统的外部输入，d为外部干扰，d^为d的估计值，即观测到的干扰.对于实际的物理系统，Gn(s)的相对阶不为零，其逆在物理上不可实现;实际对象Gp(s)的精确数学模型亦无法确定;而且实际系统由于受到测量噪声的影响，该方法的控制性能也会受到影响.鉴于此，我们在等效干扰后串入一个低通滤波器，如图2所示，从而改善Gn(s)的相对阶不为零所带来的问题.图2 改进后的干扰观测器结构图由图2可以得到:取低通滤波器Q(s)的频带为fq，则有当f≤fq，Q≈1，Guy(s)≈Gn(s)，Gdy(s)≈0，Gny(s)≈1;当f≥fq，Q≈0，Guy(s)≈Gp(s)，Gdy(s)≈Gp(s)，Gny(s)≈0.由此可见，外界干扰可以通过低通滤波器的合理设计过滤掉.但是设计低通滤波器时有两点需要予以考虑:首先，需使Q(s)Gn-1(s)正则，Q(s)的相对阶应不小于Gn-1(s)的相对阶;其次，Q(s)的带宽设计应该在干扰抑制能力与抑制噪声即系统相对稳定度之间折衷.设Gp(s)的标称模型为Gn(s)，则被控对象的数学模型可用标称模型及可变传递函数的乘积表示，即式中Δs为可变的传递函数.欲使干扰观测器Q(s)实现鲁棒稳定性，必须满足:本系统采用的低通滤波器形式如下:当τ=0.001时，式(9)可以得到满足，同时外界干扰可以得到很好的抑制.3 基于干扰观测器的重复控制技术重复控制是一种基于内模原理的控制方法［8］.内模原理的基本思想是:如果要使一个稳定的反馈系统实现对某一外激励信号的稳态无误差的跟踪或者抑制，其充分必要条件是在系统回路中设置这一激励信号的发生器［9］.近年来，重复控制被广泛应用于光伏逆变［10-11］、有源滤波［12-13］、伺服控制等领域［14-15］;重复控制亦与 PID 控制［16］、最优控制［17］和神经网络控制［18-19］等控制策略相结合成复合控制策略.本文将重复控制器插入到扰动观测器前，如图3所示.基于重复控制理论设计出的重复控制器的输出为上一个周期的控制偏差，加到干扰观测器的输入信号除偏差信号外，还叠加了上一周期该时刻的控制偏差.把上一次运行时的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加到干扰观测器上进行控制，偏差被重复使用，经过几个周期的重复控制之后可以大大的提高系统的控制精确度，改善系统品质［20］.图3 基于干扰观测器的重复控制系统框图基于干扰观测器的重复控制技术既利用了扰动观测器的补偿作用，又利用了重复控制的重复叠加提高精确度的特性，有利于抑制三轴转台的动力学耦合.4 仿真研究为了验证基于干扰观测器的重复控制对三轴转台解耦的有效性，本文对三轴转台伺服系统的位置跟踪进行了仿真研究.并将基于扰动观测器的PID控制与基于干扰观测器的重复控制进行了分析比较，观察其是否能达到本转台所要求的位置精确度. 本论文研究的三轴转台伺服系统使用直流力矩电机直接驱动.力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩，带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机.力矩电机的工作原理和传统的直流伺服电机相同，而直流电机的数学模型可以表示为［21］式中:Km与Tm有明显的物理意义;Km为系统增益;Tm是电机时间常数.结合本研究中内框驱动电机的参数，可以得到内框驱动电机的数学模型即实际被控对象为取标称模型为本文中所使用的转台性能指标为:内框旋转角度范围在-20°～20°，中框旋转角度范围为-30°～30°，外框旋转角度为0°～360°，三框最高转速均为120°/s，最大加速度均为800°/s2，三框的角位置精度误差均为5″.以研究内框的位置跟踪为例，在满足系统性能指标的前提下，分两种情况进行仿真.第一种情况:取内框给定位置信号为:r(t)=sin8πt，扰动信号为中框与外框分别转过1°时对内框产生的耦合影响;第二种情况为:取内框给定位置信号为r(t)=10sin2πt，扰动信号为中框和外框分别转过10°时对内框产生的耦合影响.仿真结果如下:从以上仿真曲线可以看出，干扰观测器不仅能观测到三轴转台的动力学耦合，而且采用干扰观测器使得系统对输入信号的跟踪性能明显优于无干扰观测器时对输入信号的跟踪性能.但是本文所研究的转台角位置精确度要求为5″，即0.001 389°，仅仅使用干扰观测器仍不能达到精确度要求.根据本文的研究，在干扰观测器前加上重复控制之后，经过1～2个周期的调整，跟踪误差稳定在0.000 4°左右，完全符合角位置精确度要求.图4 第一种情况下仿真结果图图5 第二种情况下仿真结果图5 结语本文为了抑制三轴转台动力学耦合对系统的影响，提高系统的位置跟踪精确度，将干扰观测器控制策略与重复控制算法相结合.该方法较文［2］中方法而言更贴合实际，更多的考虑实际中电机和外界干扰的对耦合的影响;较文［3］而言，本文方法下系统响应速度和解耦精度都有明显提高.参考文献:【相关文献】［1］李秋红，薛开，李燕.双半轴轴承结构的功率流传递特性［J］.哈尔滨工程大学学报，2011，32(19):1163-1167..［2］黄卫权，刘文佳.三轴仿真转台耦合问题的研究［J］.弹箭与制导学报，2009，29(1):99-103. ［3］刘延斌，金光，何惠阳.三轴仿真转台系统模型建立及解耦控制研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2003，35(3):323-328.［4］李付军，雒宝莹.3轴电动转台动力耦合分析及抑制策略.［J］.上海交通大学学报，2011，45(2):202-207.［5］崔栋良.三轴摇摆台动力学仿真与复合控制研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2009:43-50. ［6］高钟毓.机电控制工程［M］3版.北京.清华大学出版社.2011:8.［7］高亮.基于干扰观测器的转台控制系统设计［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2007:36.［8］孙宜标，闫峰，刘春芳.抑制直线伺服系统周期性扰动的改进型重复控制［J］.控制与检测，2009，4:42-45.［9］陈诗恒.基于二维混合模型的静态输出反馈鲁棒重复控制［D］.长沙:中南大学，2009:8. ［10］张国月，曲轶龙，齐冬莲，等.基于重复控制的三电平光伏逆变技术.［J］.浙江大学学报:工学版，2012，46(7):1339-1344.［11］魏艳芳，赵莉华，荣先亮.基于PI控制和重复控制的100KW隔离型光伏逆变器［J］.可再生能源，2012，30(4):6-9.［12］于晶荣，栗梅，孙尧.有源电力滤波器的改进重复控制及其优化设计［J］.电工技术学报，2012，27(2):235-242.［13］徐明夏，林平，张涛，等.有源电力滤波器重复控制方法的设计［J］.电源学报，2012(3):16-20.［14］夏加宽，郭铁，何新.基于重复控制的高频响直线伺服系统［J］.微电机，2012，45(3):44-46.［15］潘宇航，曾清平，曹帅，等.基于重复控制技术的位置伺服系统的设计研究［J］.空军雷达学院学报，2010，24(1):51-53.［16］张震，柴文野，潘登，等.基于PID和重复控制的UPS逆变器的研究［J］.电测与仪表，2011，48(545):89-92.［17］张宜标，王欢，杨俊友.基于H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制［J］.沈阳工业大学学报，2012，34(3):241-246.［18］黄薇，周荔丹，郑益慧，等.基于神经网络PI重复控制器的三相并联有源电力滤波器［J］.电力系统保护与控制，2012，40(3):78-84.［19］张丹红，胡孝芳，苏义鑫，等.结合重复控制补偿和CMAC的液压伺服系统PID控制研究［J］.机械科学与技术，2012，31(5):749-752.［20］胡洪波，于梅.低频标准振动台波形复合控制仿真研究［J］.计量技术，2008，1:50-53. ［21］KATSUHIKO Ogata.现代控制工程［M］.5版，卢伯英，佟明家译.北京.电子工业出版社，2011:30-51.。
清华大学-控制工程-主要参考文献
教材董景新，赵长德，控制工程基础，北京：清华大学出版社，1992主要参考文献[1] 张伯鹏，控制工程基础，北京：机械工业出版社，1982．「2」高钟毓主编，机电一体化系统设计，北京：机械工业出版社，1997．[3] 王显正，范崇，控制理论基础，北京：国防工业出版社，1980．[4]Katsuhiko Ogata（美），现代控制工程（第四版中译本），北京：电子工业出版社，2002．[5] 吴麒，自动控制原理，北京：清华大学出版社，1990．[6」李友善，自动控制原理，北京：国防工业出版社，1980．[7] 杨叔子，杨克冲，机械工程控制基础，武汉：华中工学院出版社，1984．[8」阳含和，机械控制工程（上册），北京：机械工业出版社，1986．[9] Morris Driels,Linear Control Systems Engineering(国际知名大学原版教材)，北京：清华大学出版社，2000[10] Gene F.Franklin,J.David Powell,Emami Naeini， Feedback Control of Dynamic Systems (3rd ed)， Addison-Wesley Publishing Company， 1994[11] Richard C.Dorf,Robert H.Bishop， Modern Control System (7th ed)，Addison-Wesley Publishing Company， 1995[12] John Van De Vegte， Feedback Control System (3rd ed)， Prentice-Hall， Inc.， Englewood：Cliffs,New Jersey， 1994「13」Ernest O. Doebelin， Control System Principles and Design，Prentice-Hall， Inc.，Englewood：Cliffs,New Jersey， 198558。
1米太阳望远镜光谱仪像旋转及消旋控制
1米太阳望远镜光谱仪像旋转及消旋控制柳光乾;付玉;程向明【摘要】光谱仪是1m太阳望远镜的主要终端设备之一,该望远镜采用地平式的机架结构和修正的格里高利光学系统.在望远镜跟踪太阳时,由于地平式望远镜的自身运动特点和光学系统中平面反射镜的存在,其光谱仪狭缝所在平面上的太阳像随时间绕主光轴旋转,因此光谱仪必须进行消旋才能正常工作.首先深入研究了光谱仪狭缝平面上像的旋转变化,分析其旋转范围、速度和加速度随时角变化的特性,然后根据光谱仪消旋精度并结合像的旋转特性提出伺服系统位置检测和驱动电机的主要性能指标,最后给出光谱仪消旋伺服控制方案.【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》【年(卷),期】2012(009)001【总页数】7页(P86-92)【关键词】1m太阳望远镜;光谱仪;像旋转;伺服控制;消旋【作者】柳光乾;付玉;程向明【作者单位】中国科学院云南天文台光电实验室,云南昆明650011;中国科学院云南天文台光电实验室,云南昆明650011;中国科学院云南天文台光电实验室,云南昆明650011【正文语种】中文【中图分类】P111位于云南抚仙湖的1 m太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope以下简称NVST)是地平式机架结构，口径为1 m的真空望远镜，其光学系统为修正的格里高利系统。
科学目标是在0.3～2.5μm波段，对太阳流场和磁场进行高分辨率成像及光谱观测。
终端配有焦长为6 m和10 m的垂直式光谱仪。
6 m光谱仪有3条工作谱线，分别是Ha(656.3 nm)，CaII(854.2 nm)和HeI(1083 nm)，10 m光谱仪是一个大色散光谱仪，如图1。
图1 1 m太阳望远镜及光谱仪结构示意图Fig.1 Sketch of the 1m solar telescope(NVST)and its light paths光谱仪狭缝与望远镜的折轴焦点F3共面，由于望远镜在跟踪太阳的过程中，望远镜的折轴焦平面像不断旋转变化，因此，在对太阳上的某一活动区进行光谱扫描观测或在光谱观测需要进行较长时间的曝光时，光谱仪必须随望远镜焦面像同步旋转才能保证其正常工作。
论JSBXC-850型继电器的故障维修
动力与电气工程变频节能方式下其电能总消耗近似于22OQ CH。
相应两种调控方式下的电能消耗差值为'22H CBH(图1中阴影部分所示),这就是变频调速节能控制所取得的节能效果。
综上所述,采用以变频器为核心的智能变频调控系统,对原来的静态变流阀门调控系统进行技术升级改造,在相同流量调控下,其取得的节能降耗效果十分明显,尤其对于处于连续波动调节、运行持续时间较长、用电量较大的重要辅机系统而言,其获得的节省电能资源相当可观,且能够有效改善辅机调控系统的运行性能,确保船舶具有较高的运行安全水平。
3 变频节能技术在船舶恒压供水节能中的应用一种小型船舶其供水系统原来控制方式是无论工作人员使用水否,均按照额定功率运行,其水泵动、静叶调节过程中的节流损失以及无人用水时,相比设计额定运行工况下的节流损失会增加40%。
从大量记录数据表明,水泵系统运行效率较低,电、水等能源浪费相当严重,直接影响到船舶电站的厂用电率。
结合水泵大量的历史运算数据分析结果可知,从理论节能潜力分析表明,如采用以变频器为核心的变频节能调速控制方案对水泵系统进行动态节能调节,大致可以获得45%的节能潜力,节能效果相当明显。
于是决定采用变频器对水泵控制系统进行节能升级改造,其具体的节能改造方案如图2所示。
按照图2对供水系统进行节能升级改造后,不仅成功地将以变频器为核心的智能自动化变频调控系统引入到船舶供水系统节能工程中,同时实现了有人用水时的恒压节能供水、无人用水时自动停运的自动调控,达到升级改造和节能降耗的目的。
具体表现在以下多方面优点:(1)通过变频器的恒压变频调速控制,有效解决小型船舶使用压力柜进行供水过程中存在压力波动较大、最大压力过高等问题,提高了供水系统的性能水平和综合使用寿命。
(2)有效克服了常规高位水箱供水模式下可能存在的压力过小、用水不畅等问题,确保供水系统运行具有较高的安全可靠性。
(3)采用变频器为核心的变频恒压供水系统,其通过内部软起动,有效避免了常规直接起动过程中大电流对电机设备的冲击,其系统智能自动化水平较高,综合维护较便捷,故障率较低。
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（2）M固定，L可变——变磁阻电动机（一个回路即可）
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u1
u
u1
固定磁阻电动机 变磁阻电动机
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10
ej
k 1
n
j ik
j k
dik j di j j d dt i j dt dt
自感电动势 速度电动势 （反电动势）
i1≠0，互感项
k (i1 , i2 , Wm
k 1
2018年12月8日星期六
n
, ik 1 0,
, )dik
8
k (i1 , i2 , Wm
k 1
n
, ik 1 0,
, )dik
Wm Tm
i const
k (i1 , i2 , k 1
17
转矩平衡方程
d 2 J 2 Kt ia Td dt
电压平衡方程
dia d ua Raia L Ke dt dt
2018年12月8日星期六
18
静态特性
2 dia d d 0, 2 0 dt dt dt
ua Raia Ke
Kt ia Td
1 Ke (Ta s 1) Ra ( s) Td ( s) U a ( s) 2 TmTa s Tm s 1 Kt
Td ( s)
Ls Ra Kt I a ( s) 1 Kt Ls Ra
1 Js
( s )
Ke
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Kt ( s) JLs 2 JRa s Kt Ke
Ls Ra Td ( s) U a ( s) Kt
JRa L 令Ta ,Tm Ra K e Kt
ω
ω03
ω
ω02
ω01
0
Td＝0 Td1
Td2
ua1
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ua2
ua
20
动态特性
dia ua Ra ia L K e dt J d K i T t a d dt
( Ls Ra ) I a ( s) U a ( s) K e ( s) Js( s) Kt I a ( s) Td ( s)
ui
Tem x
d dt
机械
系统
d e dt
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3
r
Td e
ω 机械 系统
电 系 统
ui
耦合
电磁场
Tem x
四端模型：电端点对选（i，ψ）
机械端点对选（Tm，θ）
独立变量对：（1）（ ψ ， θ ） （2）（i， θ）
Wm磁场能量
W’ m磁场同等能量
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互感电动势
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11
能量守恒方程
di Tmd dWm
旋转一周后状态复原
dW
m
di Tm d 0
di T d
m
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转矩与电压平衡方程
u j rj i j e j
d ( J ) Tm Td dt
i1
e1
i2 e2
1 L1i1 M 12i2 2 L2i2 M 12i1
磁场能量
L1i1di1 L2i2 di2 M 12i2 di1 M 12i1di2
7
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i1 e1
i2
e2
1 (i1 , i2 0, )di1 2 (i1 , i2 , )di2 Wm
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21
( Ls Ra ) I a ( s) U a ( s) K e ( s) Js( s) Kt I a ( s) Td ( s)
U a ( s)
1 Ls Ra
I a ( s)
Td ( s)
Kt
Ke
1 Js
( s )
U a ( s)
ua Ra Td K e K e Kt
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ua Ra Td K e K e Kt ua Td 0 0 Ke ua 0 Tb Kt Ra Ra tan Tb Ke Kt
Tb1 Tb2 Tb3
Tm ua1
ua3
ua2
15
Tm
0
2
线圈多到一定程度时
Tm Kt ia
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16
dia d eL sin dt dt
线圈多到一定程度时
dia d eL Ke dt dt
K e Kt V/rad/s N m/A
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2018年12月8日星期六
13
第二节 直流电动机原理和特性
工作原理
Lia cos
dia Wm
0 ia
S
ϴ
N
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1 2 Lia cos ia 2 Wm Tm sin ia
14
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机电控制工程
第三章 电动机转矩转速控制
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1
概述
内容
– – – – – 旋转电动机基本原理 直流电动机的原理及控制 直流无刷电动机的控制 永磁同步电动机的控制 交流感应电动机的控制
2018年12月8日星期六
2
第一节 旋转电动机基本原理
电磁场耦合模型
r 电 系 统 Td e 耦合 电磁场 ω
4
i e
Ni → H → B（μH） 磁动势 磁场强度 磁通密度
→Φ （SB） 磁通
→Ψ （ Φ N） 磁链
Ni Rm N 2i Rm
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Li
5
i e
UI 功率
UIdt 能量
Udt d
id W
m
di W
m
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n
, ik 1 0,
, ) dik
j M1 j i1 M 2 j i2
Байду номын сангаас
Lj i j M( j 1) j i j 1
M nj in
为使Tm ≠0，必须使上式中至少一个L或M 对θ的导数≠0
因此有两类电动机： （1）L固定，M可变——固定磁阻电动机（至少两个回路）