§3.6 磁场定向控制原理
磁场定向原理
磁场定向原理1. 简介磁场定向原理指的是通过改变磁场的方向和强度来控制物体的运动或行为。
磁场定向原理在电磁学中扮演着重要的角色，广泛应用于工程技术和科学研究领域。
本文将详细介绍磁场定向原理的基本理论、应用以及未来的发展方向。
2. 磁场的基本特性磁场是由具有磁性的物体所产生的一种物理现象。
根据磁体之间的相互作用，磁场可以分为两种类型：吸引和斥力。
磁场的强度和方向可以通过磁感应强度和磁场线表示。
磁感应强度代表了单位面积上磁场的能量流量，用特斯拉（T）作为单位。
磁场线是用来描述磁场方向的虚拟线条，通常沿着磁场强度的方向指向北极。
3. 磁场定向机制磁场定向原理的机制可以通过磁场对物体施加的力和磁场对物体的磁矩的作用来解释。
根据法拉第定律，磁场会对电荷载流子施加力。
当物体中存在电流时，磁场通过洛伦兹力作用于电流，从而导致物体运动或受力。
此外，物体的磁矩会受到磁场力矩的作用，使得物体在磁场中朝特定方向旋转。
4. 磁场定向应用磁场定向原理被广泛应用于各个领域，如航天、电子、能源等。
以下是一些常见的应用：4.1 磁悬浮列车磁悬浮列车利用磁场定向原理来悬浮和推动列车，减少了与轨道的接触摩擦，从而提高了运行效率和速度。
4.2 磁存储技术磁存储技术利用磁场定向原理将数据存储在磁性介质中。
通过改变磁场的方向和强度，可以读取和写入数据，实现信息的存储和传输。
4.3 磁共振成像磁共振成像（MRI）利用磁场定向原理来创建人体内部的详细影像。
通过在人体中施加强大的磁场，使得人体内的原子核生成特定的共振信号。
通过检测并分析这些信号，可以得到人体器官的高清影像，用于医学诊断和研究。
4.4 磁力传感器磁力传感器利用磁场定向原理来检测和测量磁场的方向和强度。
这种传感器广泛应用于导航、测量和控制系统中，用于测量物体的位置和运动状态。
5. 磁场定向的挑战与展望尽管磁场定向原理在许多领域得到了广泛应用，但仍存在一些挑战和限制。
例如，磁场的干扰和不稳定性可能会影响到定向的精确性和可靠性。
磁场定向控制原理
磁场定向控制原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠磁场定向控制原理。
这玩意儿啊，就好像是一个神奇的魔法棒，能让各种机器变得超级厉害！你想啊，磁场就像是一个看不见的大网，把一切都笼罩在里面。
而磁场定向控制呢，就是能精准地指挥这个大网怎么发力，让电流啊、电压啊都乖乖听话，按照我们想要的方式来工作。
比如说咱家里的那些电器，为啥能那么听话地运转呀？这可多亏了磁场定向控制原理在背后默默发力呢！它就像是一个超级聪明的指挥官，指挥着电流和电压这些小兵小将，让它们在合适的时间出现在合适的地方，完成各种任务。
再打个比方，磁场定向控制就像是一个经验丰富的老司机，能稳稳地掌控着车子的方向和速度。
它知道什么时候该加速，什么时候该减速，让车子能又快又稳地前进。
要是没有它，那车子可不得横冲直撞，乱了套啦！你说这磁场定向控制原理神奇不神奇？它能让那些复杂的电机啊、驱动器啊变得服服帖帖的，发挥出最大的功效。
而且啊，它的应用可广泛了呢，从工业生产到日常生活，到处都有它的身影。
你想想看，那些大型的工厂里，各种机器设备都在有条不紊地工作着，这其中肯定有磁场定向控制原理的功劳呀！它让那些大家伙们能高效地运转，生产出我们需要的各种东西。
还有那些电动汽车，跑得那么快那么稳，不也是因为有了它嘛！这磁场定向控制原理可真是个宝啊！它让我们的生活变得更加便捷、更加高效。
要是没有它，那我们的世界得变成啥样啊？不敢想象！所以说啊，我们可得好好感谢那些研究出这个原理的科学家们，是他们让我们享受到了这么多的好处。
总之呢，磁场定向控制原理就像是一个隐藏在幕后的大功臣，默默地为我们的生活贡献着力量。
我们要好好珍惜它，让它继续为我们创造更美好的未来！这就是磁场定向控制原理，一个神奇又重要的存在！你说它棒不棒？。
电机磁场定向控制系统概述
电机磁场定向控制系统概述永磁同步电机（PMSM）是近年来发展较快的一种电机，由于其转子采用永磁钢，属于无刷电机的一种，具有一般无刷电机结构简单，体积小，寿命长等优点。
本文讨论空间矢量控制的永磁同步电机，采用磁场定向算法借助DSP高速度实现对转速的实时控制。
由于控制算法必须获取转子位置信息，所以传统的控制系统都需要以光电编码器等作为转子位置传感器。
为了最大限度减少传感器，本文从改变相电流检测方法，建立采用砰－砰控制的滑模观测器，介绍一个可以实现的模型。
2磁场定向原理磁场定向控制，简称FOC。
两直角坐标系：αβ坐标系为定子静止坐标系，α轴与定子绕组a相轴重合；dq为转子旋转坐标系，d轴与转子磁链方向重合，并以同步速ωr逆时针旋转。
两坐标系之间的夹角为θe。
可以把定子电流综合矢量is，在旋转坐标系dq轴上如下式分解is＝isd＋isq （1）在交流永磁同步电机中，转子为永磁钢，可认为转子电流综合矢量的模大小不变，常用常数值IF代表。
根据交流电机电磁转矩T与定、转子电流综合矢量的普遍关系式式中p———极对数L12———定、转子互感i1———定子电流综合矢量i2———转子电流综合矢量δ———定、转子综合矢量间夹角这样电磁转矩只随｜i1｜和角δ变化。
为了获得简单可控的转矩特性，可以给定定子电流综合矢量指令使其始终在q轴上，即δ＝90°，从而得式中Is———定子电流综合矢量的模按上式可以实现用定子电流综合矢量的模来直接控制电动机电磁转矩，从而使永磁同步电动机获得类似直流电动机的伺服性能，并可得到快速无静差的调节特性。
磁场定向控制
利用一个ARM7处理器对无刷电机实施磁场定向控制电机驱动能效不论提高多少，都会节省大量的电能，这就是市场对先进的电机控制算法的兴趣日浓的部分原因。
三相无刷电机主要指是交流感应异步电机和永磁同步电机。
这些电机以能效高、可靠性高、维护成本低、产品成本低和静音工作而著称。
感应电机已在水泵或风扇等工业应用中得到广泛应用，并正在与永磁同步电机一起充斥家电、空调、汽车或伺服驱动器等市场。
推动三相无刷电机发展的主要原因有：电子元器件的价格降低，实现复杂的控制策略以克服本身较差的动态性能成为可能。
以异步电机为例。
简单的设计需要给定子施加三个120°相移的正弦波电压，这些绕组的排列方式能够产生一种旋转磁通量。
利用变压器效应，这个磁通量在转子笼内感应出一股电流，然后产生转子磁通量。
就是这两种磁通量相互作用产生电磁力矩，使电机旋转。
在转子上感应出电流的条件是，确保转子的转速与定子的磁通量频率不同；如果相同，转子只经历一个恒定的磁通量，不会有感应电流产生（楞次定律）。
通电频率和其产生的机械频率之间的微小差异是异步电机命名的原因。
一个三相交流电机实现转速可调操作的最简单方式是，实现一个所谓的电压/频率控制（或者叫做标量控制），其工作原理是在频率与电机通电电压之间保持恒比。
这种方法产生一个恒定的定子磁通量，然后在转子主轴上得到额定的电机力矩。
对于应用负载特性被大家了解的低成本驱动器，以及控制带宽要求不是很高的驱动器，如数量很少的HP泵和风扇、洗衣机等，这是一个很受欢迎的控制方法。
一个MIPS 不是很高并带有合理的外设接口的8位单片机如ST7MC，即可满足这种应用需求，同时编程也很简单。
这种方法无法在瞬间工作过程中保证最佳的电机特性（力矩、能效）。
而且为防止电机出现临时消磁现象，还必须限制驱动器反作用力的时间。
为了克服这些限制条件，考虑到电机的动态特性，市场上出现了其他的控制策略。
磁场定向控制（也称矢量控制）是应用最广泛的控制算法，目标应用包括带式传输机、大功率水泵、汽车废气排放、工厂自动化。
§3.6--磁场定向控制原理
§3.6 异步电动机的矢量控制异步电动机的磁场定向控制是从70年代发展起来的一种新的控制技术。
定义：异步电动机的磁场定向控制是把定子电流做为具有垂直分量的空间分量来处理的，因此又称为矢量控制。
目的：通过这种控制技术能使异步电动机得到和直流电动机相同的调速特性一． 磁场定向控制的基本思想基本思想；把交流电动机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制在任何电力拖动的控制系统，电动机产生的电磁转矩 e T 作用在电动机轴上的负载转矩（包括电动机的空载转矩0M ）L T 以及惯性转矩dt J m /ω∂ 三者之间的关系都由转矩平衡方程式决定，即：dt J T T m L e /ω∂=-设L T 及 J 均为常数，那么在动态过程中电动机速度 m ω 的变化规律完全取决于对电动机的电磁转矩e T 的控制。
举例如下：起动和制动的过程中，如果控制电动机的电磁转矩 e T 使其保持在最大允许值，就能使电动机以最大的恒加速度或恒减速度运行，从而缩短了起、制动的时间。
在突加负载时，只要能迅速地使电动机的电磁转矩 e T 增加，就可以使动态速降减小，缩短速度的恢复时间。
由此可见调速系统动态性能的好坏完全取决于在动态过程中电动机的转矩 是否能很方便、很准确地被调节和控制。
由于结构上的特点，他励直流电动机的电磁转矩T很容易控e制。
其工作原理可用下图来表示。
在励磁绕组f中通以励磁电流i则通过电刷及换相器流入f电枢绕组。
由于电刷和换相器的作用，使得电枢绕组虽然在转动但它产生的电枢磁场在空间是固定不动的。
因此可用一个等效的静止绕组来代替实际的电枢绕组。
这个等效静止绕组的轴线与励磁绕组轴线垂直，绕组中通过电枢电流i，产生的磁场与实际电枢绕组产a生的磁场相同，并且由于实际电枢绕组在旋转，因此等效静止绕组中有一感应电势e，这样，就可以用下图的等效模型来代替实际a的他励直流电动机。
励磁绕组中通入的励磁电流产生主极磁通φ，电枢绕组电流i与φa作用产生电磁转矩T。
无刷电机的磁场控制技术有哪些创新
无刷电机的磁场控制技术有哪些创新在当今科技飞速发展的时代，无刷电机作为一种高效、可靠的电机类型，在众多领域得到了广泛应用，从工业生产到家用电器，从航空航天到新能源汽车，无刷电机都发挥着重要作用。
而无刷电机的性能优劣很大程度上取决于其磁场控制技术。
随着技术的不断进步，无刷电机的磁场控制技术也在不断创新，为其性能提升和应用拓展提供了强大的支持。
无刷电机的基本工作原理是通过电子换向器来控制电机中的电流，从而产生旋转磁场，驱动电机转子转动。
而磁场控制技术的核心任务就是精确地控制这个旋转磁场，以实现电机的高效运行、精确调速、低噪声和高可靠性等目标。
在磁场控制技术的创新方面，首先要提到的是磁场定向控制（Field Oriented Control，简称 FOC）技术。
FOC 技术通过将电机的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量，并分别进行控制，从而实现了对电机磁场和转矩的解耦控制。
这种解耦控制使得电机在不同负载和转速条件下都能够保持高效运行，并且具有良好的动态响应性能。
与传统的控制方法相比，FOC 技术能够显著提高电机的效率和控制精度，降低电机的噪声和振动。
另一个重要的创新是直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）技术。
DTC 技术直接对电机的转矩和磁链进行控制，不需要复杂的坐标变换和电流解耦计算。
它通过实时监测电机的定子电压和电流，计算出电机的转矩和磁链，并根据给定的转矩和磁链参考值，直接选择合适的电压矢量来控制电机。
DTC 技术具有响应速度快、控制结构简单等优点，但其缺点是转矩脉动较大。
为了克服这一缺点，研究人员对 DTC 技术进行了不断改进，提出了一些新型的 DTC 算法，如空间矢量调制直接转矩控制（SVMDTC）等，有效地降低了转矩脉动，提高了电机的运行性能。
智能控制技术在无刷电机磁场控制中的应用也是一大创新。
模糊控制、神经网络控制和专家系统控制等智能控制方法被引入到无刷电机的控制中，以应对电机运行过程中的不确定性和非线性因素。
第四章磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)
2．计算确定法 最简单的是对反电势进行积分，由电压方程可 得：
d m u1 (R 1 pL1l )i1 dt
（4-23）
也就是：
m (u1 (R 1 pL1l )i1 )dt
（4-24） （4-25）
m (u1 (R1 pL1l )i1 )dt
Lm L2 Lm L2
p 2 M 1 2 M
L
L L1 L2 m / L2
(4-17)
电机模型（2）
图4-2 MT坐标系下转子磁场定向控制的异步电机模型
说明：
转子的磁链只决定于定子电流的磁化分量iM1，而 电机的转矩只与转子磁链及定子电流的转矩分量 iT1有关。 （4-10）、（4-12）、（4-14） 在M轴的磁化分量和T轴上的转矩分量之间已解 耦且相互独立，因此，电机转矩的控制就可以通 过分别对定子电流在M、T轴上的分量的独立控 制来实现，其情况和直流电机完全相似。 但是若控制iM1使磁通保持恒定，则通过控制iT1可 以实现对转矩的瞬时控制，从而使异步电动机具 有如同直流电机那样的控制特性。
第四章 磁场定向 控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
矢量控制思想的提出 矢量控制的基本原理 异步电动机矢量控制的实现 转差矢量控制方法 直接转矩控制的原理 直接转矩控制的实现
4.1 矢量控制思想的提出 现代自动控制系统和机电一体化产品普遍要求动 作灵活、行动快速、定位精确，对传动、伺服系 统的动态特性有很高的要求。 任何一个机电传动、伺服系统，在工作中都要服 从运动的基本方程式：
将 i 2 与 i 2 代入上式有： 1 2 (L mi1 r T2 2 ) T2 p 1
磁场定向技术（FOC）
磁场定向技术（FOC）
磁场定向技术（Field Oriented Control，简称FOC）是直流无刷电机和交流感应电机控制领域所采用的一种纯粹的数学变换方法，因其具有改善控制性能，降低能源消耗的潜力，现已日渐成为运动控制行业的主要关注焦点。
FOC技术优于基于霍尔传感器的无刷直流电机的标准梯形波换相技术，同时可以通过更为复杂而先进的正弦波换相技术为电机提供更为宽泛的速度范围。
对于感应电机而言，FOC技术是对标准变频驱动技术的一种重大改进。
FOC技术与磁通矢量控制技术十分接近，后者可以控制廉价的三相交流感应电机，使其获得类似于昂贵的无刷直流电机的性能，其实，许多供应商都在交替采用这两种方法。
与其他类型的伺服电机相比，比如仍旧应用于不少重要领域的有刷直流电机，无刷直流电机和交流感应电机可以提供更高的功率密度和可靠性，而且交流感应电机也更为便宜。
为充分发挥这些优势，运动控制设计人员都在采用由数字信号处理器（Digital Signal Processors，简称DSP）或专用微处理器构成的高速算法平台，力图改善性能，增进效率。
4.说明磁场定向控制技术的基本原理及实现方法
4.说明磁场定向控制技术的基本原理及实现方法磁场定向控制技术是一种应用于电磁学领域的技术，它通过控制磁场的方向和强度，实现对物体的定向控制。
该技术广泛应用于物理实验、材料制备、医学影像等领域。
本文将介绍磁场定向控制技术的基本原理及实现方法。
磁场定向控制技术的基本原理是基于磁场的相互作用特性。
在我们熟悉的物质中，存在着许多微观磁性粒子，如电子、原子。
当这些微观粒子在外加磁场的作用下，受到磁力的影响，会发生定向运动。
利用这种定向运动的特性，我们可以实现对物体的控制和定位。
为了实现磁场定向控制，我们需要准备磁体和磁场控制系统。
磁体是产生磁场的关键组件，可以是永磁体或电磁体。
通过调整磁体的位置、形状和材料等，可以改变磁场的强度和分布。
磁场控制系统包括控制电路和传感器等设备，用于对磁场进行测量和调整。
在实际应用中，我们可以采用多种方法实现磁场定向控制。
其中一种方法是利用电流控制磁场方向。
通过控制通电的线圈的电流方向和大小，可以改变线圈周围的磁场方向和强度。
另一种方法是利用磁铁控制磁场方向。
通过调整磁铁的位置和朝向，可以改变磁场的方向和分布。
除了直接控制磁场的方向，我们还可以通过调整磁场的强度来实现对物体的定向控制。
例如，在医学影像领域，我们可以通过调整磁场的强度，使得磁共振成像仪对特定组织或器官具有更好的探测效果。
磁场定向控制技术是一种基于磁场相互作用特性实现对物体定向控制的技术。
通过控制磁场的方向和强度，我们可以实现对物体的控制和定位。
在实际应用中，我们可以利用电流控制磁场方向，或者通过调整磁铁的位置和朝向来实现磁场定向控制。
这项技术在物理实验、材料制备、医学影像等领域具有重要的应用前景。
电机的磁场定向控制技术研究
电机的磁场定向控制技术研究1. 引言电机是将电能转化为机械能的重要设备，在各个领域都有广泛的应用。
磁场定向控制技术是一种通过控制电机的磁场方向和大小来实现对电机性能的精确调节的方法。
本文将介绍电机的磁场定向控制技术的原理和应用。
2. 电机的磁场定向控制原理电机的磁场定向控制技术是基于磁场定向原理的。
磁场定向是指通过控制电机的磁场方向，使电机的输出转矩与给定转矩匹配的过程。
电机的磁场定向控制是通过改变电机的磁链定向来达到控制转矩和速度的目的。
电机的磁场定向控制基于两个关键技术：感应电动势矢量定向技术和电流矢量控制技术。
感应电动势矢量定向技术是通过测量电机的感应电动势，从而确定电机的转子位置和定子电流相位。
而电流矢量控制技术则是通过调节电机的相电流，来控制电机的磁场方向和大小。
3. 电机的磁场定向控制应用电机的磁场定向控制技术在工业自动化和交通运输等领域有着广泛的应用。
3.1 工业自动化在工业自动化领域，电机的磁场定向控制技术广泛应用于电动机驱动系统中。
传统的电机驱动系统需要通过传统的控制方法来控制电机的速度和力矩，而磁场定向控制技术可以实现对电机转矩和速度的高精度控制，从而提高了系统的动态性能、响应速度和稳定性。
3.2 交通运输在交通运输领域，电机的磁场定向控制技术被广泛应用于电动汽车和磁悬浮列车等交通工具中。
电动汽车采用电机的磁场定向控制技术可以实现对车速和驱动力的精确调节，从而提高了电动汽车的能效、续航里程和驾驶舒适性。
磁悬浮列车采用电机的磁场定向控制技术可以实现对列车的悬浮力和牵引力的精确控制，从而提高了列车的运行速度和安全性能。
4. 电机的磁场定向控制技术研究进展电机的磁场定向控制技术在近年来得到了广泛的研究和应用。
研究者们不断探索新的控制方法和算法，以提高电机的磁场定向控制性能。
4.1 磁场定向控制算法研究者们提出了多种磁场定向控制算法，如基于PID控制器的算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
磁场定向控制感应电动机的弱磁控制
= L 0 imR
( 5)
( 上接第 2 页 )
3结
语
高速无刷伺服电动机的 T 形 结构转子不仅 能 很好地解决磁钢固定问题, 更重要的是可以通过优 化磁钢和 T 形结构设计来削弱气隙谐波磁场; 与等 厚磁钢相比, 在 T 形结构中选用等径磁钢, 气 隙磁 密更接近正弦波 , 且磁钢加工成本相对较低, 因此具 有很好的应用前景。 参考文献
s
为定子角速度。
考虑到 L s 和 LR 可能发生 变化 , 而假定 L 0 保持 不变 , L s 变化曲线的确定将使得该结果足以推广到其他 电感参数。 在 Rs = 8 . 400 ! 、 R r= 2 . 985 ! 、 L 0 = 0. 115 1 H 条 件下 , 实测的转矩 - 转 速关 系曲 线和 效率 结果 ( 计 算 时包 括电 机 和逆变器 ) 如表 1 所示。
3结
语
[ 3]
本文结合插补运算的特点 , 提出了数控系统在 双轴联动的情况下, 既满足曲线转接的平滑过渡, 又 提高加工效率的控制方法。文中以数控系统变速运 动时, 实现光滑转接为例给出了转接控制部分的运 动控制算法。在此基础上, 可结合通用硬件插补器 进行推广, 并且具有软件插补无法比拟的优点。通 过扩展可推出三维的直线插补器以及曲线插补器。 参考文献
mR
为励磁磁 通 ; L 0 = LM (互感 ) ; imR 为励磁电流。 u2 s - R 2s i2 s
在空载条件下 , 利用下式可计算出 L s: Ls = 1
s
( 6)
式中 : u s 为定子电 压 ; is 为定子电流 ; R s 为定 子电阻 ; L s 为 定 子电感 ; L R 为转子电感 ;
反电动势
磁场矢量定向控制
磁场矢量定向控制磁场矢量定向控制是一种利用磁场力控制物体运动的技术。
这项技术的应用范围非常广泛，包括电子学、物理学、材料科学等领域。
在这里，我们将从历史、原理、应用等方面来介绍磁场矢量定向控制。
历史磁场矢量定向控制的历史可以追溯到19世纪初。
当时，科学家们已经开始研究磁场力对物体的影响。
在1831年，英国物理学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应现象，这一发现为后来的磁场矢量定向控制技术奠定了基础。
在20世纪初，磁场矢量定向控制技术得到了广泛应用。
在航空航天领域，磁场矢量定向控制技术被用于控制飞行器的方向和姿态。
在电子学领域，磁场矢量定向控制技术被用于控制电子束的运动。
在材料科学领域，磁场矢量定向控制技术被用于制备高质量的单晶材料。
原理磁场矢量定向控制技术是基于磁场力的作用原理。
当一个物体处于磁场中时，它会受到一个磁场力的作用。
这个磁场力的大小和方向取决于物体的磁性、磁场的大小和方向以及物体在磁场中的位置。
通过控制磁场的大小和方向，可以控制物体受到的磁场力的大小和方向。
因此，可以通过磁场矢量定向控制技术来控制物体的运动。
应用磁场矢量定向控制技术在航空航天领域得到了广泛应用。
例如，在卫星姿态控制中，可以使用磁场矢量定向控制技术来控制卫星的方向和姿态。
在飞行器控制中，可以使用磁场矢量定向控制技术来控制飞行器的方向和姿态。
在电子学领域，磁场矢量定向控制技术被用于控制电子束的运动。
例如，在电子显微镜中，可以使用磁场矢量定向控制技术来控制电子束的方向和聚焦。
在材料科学领域，磁场矢量定向控制技术被用于制备高质量的单晶材料。
例如，在单晶生长中，可以使用磁场矢量定向控制技术来控制晶体生长的方向和形态。
总结磁场矢量定向控制技术是一种利用磁场力控制物体运动的技术。
它的应用范围非常广泛，包括航空航天、电子学、材料科学等领域。
通过控制磁场的大小和方向，可以控制物体受到的磁场力的大小和方向，从而实现对物体运动的控制。
§3.6 磁场定向控制原理.
§3.6 异步电动机的矢量控制异步电动机的磁场定向控制是从70年代发展起来的一种新的控制技术。
定义：异步电动机的磁场定向控制是把定子电流做为具有垂直分量的空间分量来处理的，因此又称为矢量控制。
目的：通过这种控制技术能使异步电动机得到和直流电动机相同的调速特性一． 磁场定向控制的基本思想基本思想；把交流电动机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制在任何电力拖动的控制系统，电动机产生的电磁转矩 e T 作用在电动机轴上的负载转矩（包括电动机的空载转矩0M ）L T 以及惯性转矩dt J m /ω∂ 三者之间的关系都由转矩平衡方程式决定，即：dt J T T m L e /ω∂=-设L T 及 J 均为常数，那么在动态过程中电动机速度 m ω 的变化规律完全取决于对电动机的电磁转矩e T 的控制。
举例如下：起动和制动的过程中，如果控制电动机的电磁转矩 e T 使其保持在最大允许值，就能使电动机以最大的恒加速度或恒减速度运行，从而缩短了起、制动的时间。
在突加负载时，只要能迅速地使电动机的电磁转矩 e T 增加，就可以使动态速降减小，缩短速度的恢复时间。
由此可见调速系统动态性能的好坏完全取决于在动态过程中电动机的转矩 是否能很方便、很准确地被调节和控制。
由于结构上的特点，他励直流电动机的电磁转矩T很容易控e制。
其工作原理可用下图来表示。
在励磁绕组f中通以励磁电流i则通过电刷及换相器流入f电枢绕组。
由于电刷和换相器的作用，使得电枢绕组虽然在转动但它产生的电枢磁场在空间是固定不动的。
因此可用一个等效的静止绕组来代替实际的电枢绕组。
这个等效静止绕组的轴线与励磁绕组轴线垂直，绕组中通过电枢电流i，产生的磁场与实际电枢绕组产a生的磁场相同，并且由于实际电枢绕组在旋转，因此等效静止绕组中有一感应电势e，这样，就可以用下图的等效模型来代替实际a的他励直流电动机。
励磁绕组中通入的励磁电流产生主极磁通φ，电枢绕组电流i与φa作用产生电磁转矩T。
磁场洛伦兹力左手定则
磁场洛伦兹力左手定则洛伦兹力，听上去是不是有点儿高大上的感觉？但其实它跟你我日常生活有着不少联系，可能你也在某些时候悄悄碰到过它。
简单来说，洛伦兹力就是一个磁场里，磁力作用于电荷的力。
你想啊，电荷就像个调皮的孩子，而磁场就是一个看不见的“老师”，给它施加一定的力量，迫使它朝某个方向走。
到底怎么个走法？这就得用左手定则来解决了。
左手定则可不是乱说的，是有用的！它的原理呢，简单到你都能理解。
大家伸出左手，手指朝着电流的方向（电荷运动的方向），然后把手掌竖起来，接着你就能看到，大拇指自然地指向的那个方向，就是洛伦兹力的方向。
是不是有点意思？这个“力”就像你在操控遥控车一样，指挥着小车往某个方向走，磁场对电荷的作用也就是这么精准。
而且呀，这个“力”的大小可不是随便给的，它和电流的大小、磁场的强弱、还有电荷运动的速度都密切相关。
你想想，这就像你玩游戏时，技能的威力不单单看你按了什么键，还看你练得多熟，按得多准。
别以为这个定则就那么简单。
在现实中，洛伦兹力的运作可是比你想象的复杂多了。
举个例子吧，想象你开车，车速很快，风在你脸上刮得呼呼作响，这就是一个典型的“运动中”遇到阻力的情况。
电荷在磁场中运动，也像是在跑步一样。
它们的速度越快，磁场对它们的影响就越大。
这么一想，磁场好像是个无形的教练，指挥电荷跑步，不断调整它们的路线。
是不是有点儿像你跟朋友一起玩街头篮球，教练在一旁喊着：“加速！转弯！别停下！”洛伦兹力为什么是“左手定则”？因为有道理！用左手定则可以方便地知道电荷在磁场里的运动方向。
咱们知道，右手定则有时候拿来判断电流与磁场之间的关系，但洛伦兹力是特别针对电荷的，它的方向和电流方向并不完全一致。
所以呀，左手的拇指就自然地成了指挥棒，指示着电荷的运动方向。
这就好比你站在足球场上，左手的指向就是球的运动路线，右手才是那个提醒你传球的教练。
有的时候我们觉得这些物理原理离我们远得很，实际它无处不在，环绕在我们生活的方方面面。
磁场矢量定向控制
磁场矢量定向控制
磁场矢量定向控制是一种常用于物理实验和工业生产中的技术手段。
它可以通过控制磁场的方向和强度来实现对物体的定向控制。
在实际应用中，磁场矢量定向控制具有很多优点，比如精度高、可靠性强、适应性好等等。
磁场矢量定向控制的原理是利用磁场的矢量性质来控制物体的方向，即通过改变磁场的方向和强度，来施加不同的力矩，从而使物体朝着指定的方向移动或旋转。
这种技术常用于磁性材料的制备、磁性传动装置的设计、磁悬浮列车的控制等方面。
磁场矢量定向控制的核心是磁场的控制。
磁场控制可以通过多种手段实现，如电流控制、永磁体控制、电磁铁控制等等。
其中，电流控制是最常用的一种方法。
通过控制电流的大小和方向，可以实现对磁场的控制。
在实际应用中，常用的电流控制方法包括线圈电流控制、电容器电流控制等等。
除了控制磁场的方向和强度外，磁场矢量定向控制还需要考虑其他因素，如物体的大小、形状、质量等。
这些因素会影响物体在磁场中的运动状态，从而影响磁场矢量定向控制的效果。
因此，在实际应用中，需要进行详细的物理分析和实验研究，来确定最佳的磁场控制参数和物体运动轨迹。
磁场矢量定向控制是一种非常实用的技术手段，它可以实现对物体
的精确定向控制，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展和进步，磁场矢量定向控制技术也将不断得到完善和提升，为推动人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
磁场定向原理
磁场定向原理
磁场定向原理是一种通过磁场作用来定向材料内部结构的方法。
它可
以被广泛应用于各种材料的控制和加工中，例如金属、陶瓷、塑料等。
该原理是基于电磁力学理论以及材料科学的原理而来的。
磁场定向原理的核心是磁场的方向和强度。
通常，制造带有长条形状
的材料时，可以将它们置于一个磁场中，并对磁场的方向和强度进行
调整，以使得材料内部的微观结构在方向性方面得到控制和定向。
在
这种情况下，材料中的磁性颗粒会按照磁场方向排列，并且具有排列
方向的材料将具有更好的性能和功能。
以塑料制品的生产为例，磁场定向原理可以使其性能更加优良。
在塑
料制品的生产过程中，将塑料置于磁场中，调整磁场的方向和强度，
可以使其分子更加紧密地排列在一个方向上。
这样就可以提高塑料制
品的机械强度、耐热性和耐磨性等性能。
值得注意的是，磁场定向原理在材料加工中也具有一定的局限性。
对
于非磁性材料，该原理的作用将大大降低。
此外，磁场定向的效果也
取决于材料的种类和性质，因此需要根据实际情况进行合理的调整和
选择。
总之，磁场定向原理是一种非常有效的材料定向方法，它可以用于各种材料的控制和加工中，提供更优化的性能和功能。
磁场定向技术正在得到越来越广泛的应用，将会在材料科学和工业领域中起到越来越重要的作用。
磁场定向控制原理之深入浅出
E
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Motor.emf
2013-06-04
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减小转矩波动带来的机械振动
减小噪声
提高效率 增加舒适度
提高定位、速度的准确度和响应快速性
2013-06-04
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Page 16
FOC的需求
A IU
B IV
C
D IW
I d I cos( ) I sin( ) I q I sin( ) I cos( )
V Vd cos( ) Vq sin( ) V Vd sin( ) Vq cos( )
2014-06-17
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FOC是螺旋前进的必然……
2013-06-04
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磁场定向变频器
磁场定向变频器磁场定向变频技术是一项先进的电气传动控制技术，其应用已经广泛应用于各种不同类型的机器和设备中，例如电动汽车、大型机床、钢铁冶金设备等。
磁场定向变频器可以实现对电机的精确控制，从而提高电机运行的效率和可靠性，同时还可以降低电能的消耗，减少对环境的污染，是一项非常有潜力的控制技术。
一、磁场定向控制技术的基本原理磁场定向控制技术是指将电机视为一个磁动系统，通过对电机磁场的定向控制来实现高效、精确的传动控制。
该技术可以分为磁通定向控制和磁场定向控制两种方式。
磁通定向控制是在旋转坐标系下将电机的磁通定向在一个方向上，并控制电机的转速和电流，从而实现对电机的控制；磁场定向控制是在同步坐标系下将电机的磁场定向在一个方向上，并控制电机的磁场和电流，从而实现对电机的控制。
在磁场定向控制技术中，通常采用电流反馈控制方式，即通过对电动机的电流进行反馈控制，实现对磁场定向控制的精确控制。
另外，通过对电机的转速、转矩和电流进行控制，实现对电机输出的磁力和扭矩的控制，从而实现对电机的控制。
二、磁场定向变频器的基本构成及工作原理磁场定向变频器是一种特殊的电力电子器件，主要用于对电机的电流和电压进行控制，从而实现对电机的控制。
磁场定向变频器的基本构成包括电源电路、整流电路、逆变电路、控制电路和保护电路等。
在磁场定向变频器的工作过程中，首先将交流电源通过整流电路转换成直流电源，然后通过逆变电路将直流电源转换为交流电源，控制电路接收传感器信号，对电机的输出电压和电流进行精确控制，从而实现对电机的控制。
保护电路可以保护电机和电源不受损害。
三、磁场定向变频技术的优点和应用前景磁场定向变频技术能够提供比传统的电机驱动技术更高的效率和更可靠的控制。
通过电流反馈控制技术，可以实现对电机输出扭矩和转速的精确控制，从而提高电机的运行效率和可靠性；同时，变频器可以实现对应用场合的特定需求进行调整，从而提高机器和设备的使用寿命和效益。
磁场矢量控制电机
磁场矢量控制电机
磁场矢量控制电机，又称磁场定向控制，是通过坐标变换将三相交流电的控制转换为产生转矩的q轴电流和产生磁场的d轴电流的控制，实现转矩和励磁的独立控制。
磁场矢量控制电机具有以下优点：
- 转矩平稳：能够精确地控制磁场大小与方向，使电机转矩平稳。
- 噪声小：磁场定向控制能够减少振动和噪音，使电机运行更加安静。
- 效率高：通过优化电流控制，提高了电机的能量转换效率。
- 动态响应快：电机能够快速地加速或减速，具有良好的高速动态性能。
磁场矢量控制电机的应用范围广泛，包括航天用电机、新能源汽车用电机、鼓风机、压缩机、机床主轴、离心机和家用电器等。
在需要减小体积、重量的场合，以及需要静音低噪的场合，如变频空调的风扇、空气净化器、风扇等，都可以见到磁场矢量控制电机的身影。
磁控工作原理
磁控工作原理
磁控工作原理是利用磁场对粒子进行控制和操纵的技术。
在磁控系统中，通常使用电磁铁或永磁材料来产生恒定磁场或变化磁场。
粒子受到磁场力的作用，根据粒子的荷质比和初速度的不同，会遵循不同的运动轨迹。
磁控工作原理涉及到两个重要的物理定律：洛伦兹力和塞曼效应。
洛伦兹力指的是带电粒子在磁场中会受到一种力的作用，其大小和粒子电荷、速度以及磁场强度和方向有关。
当磁场与粒子速度方向垂直时，洛伦兹力会使粒子沿着磁力线做圆周运动。
塞曼效应是指原子或分子在磁场中的谱线会出现分裂的现象。
原子或分子在基态或激发态时，它们的电子绕原子核旋转。
当外加磁场时，电子的自旋和轨道运动会相互耦合，造成谱线的分裂。
基于以上原理，磁控系统通过控制磁场的强度和方向来操纵粒子的运动，实现对粒子的加速、定位、束流调控等功能。
例如，在粒子加速器中，通过改变磁场的参量，可以改变加速器中粒子的轨迹和能量，从而杂交产生高能粒子束。
此外，磁控工作原理也广泛应用于电子显微镜、离子注入装置、磁共振成像等领域。
通过利用磁场对粒子进行控制，可以实现高精度的成像和定位。
总体而言，磁控工作原理提供了一种有
效的方式，用于操纵和控制粒子的运动，为研究和应用领域带来了许多重要的进展。
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§3.6 异步电动机的矢量控制异步电动机的磁场定向控制是从70年代发展起来的一种新的控制技术。
定义：异步电动机的磁场定向控制是把定子电流做为具有垂直分量的空间分量来处理的，因此又称为矢量控制。
目的：通过这种控制技术能使异步电动机得到和直流电动机相同的调速特性一． 磁场定向控制的基本思想基本思想；把交流电动机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制在任何电力拖动的控制系统，电动机产生的电磁转矩 e T 作用在电动机轴上的负载转矩（包括电动机的空载转矩0M ）L T 以及惯性转矩dt J m /ω∂ 三者之间的关系都由转矩平衡方程式决定，即：dt J T T m L e /ω∂=-设L T 及 J 均为常数，那么在动态过程中电动机速度 m ω 的变化规律完全取决于对电动机的电磁转矩e T 的控制。
举例如下：起动和制动的过程中，如果控制电动机的电磁转矩 e T 使其保持在最大允许值，就能使电动机以最大的恒加速度或恒减速度运行，从而缩短了起、制动的时间。
在突加负载时，只要能迅速地使电动机的电磁转矩 e T 增加，就可以使动态速降减小，缩短速度的恢复时间。
由此可见调速系统动态性能的好坏完全取决于在动态过程中电动机的转矩 是否能很方便、很准确地被调节和控制。
由于结构上的特点，他励直流电动机的电磁转矩T很容易控e制。
其工作原理可用下图来表示。
在励磁绕组f中通以励磁电流i则通过电刷及换相器流入f电枢绕组。
由于电刷和换相器的作用，使得电枢绕组虽然在转动但它产生的电枢磁场在空间是固定不动的。
因此可用一个等效的静止绕组来代替实际的电枢绕组。
这个等效静止绕组的轴线与励磁绕组轴线垂直，绕组中通过电枢电流i，产生的磁场与实际电枢绕组产a生的磁场相同，并且由于实际电枢绕组在旋转，因此等效静止绕组中有一感应电势e，这样，就可以用下图的等效模型来代替实际a的他励直流电动机。
励磁绕组中通入的励磁电流产生主极磁通φ，电枢绕组电流i与φa作用产生电磁转矩T。
无论电机处于稳态或动态，它产生的电磁转e矩都是 2i C T T e φ=。
由于励磁绕组轴线与等效的电枢静止绕组轴线互相垂直，再利用补偿绕组的磁、势抵消掉电枢磁势对主极磁通的影响，因此可以认为主极磁通 φ 仅与励磁电流f i 有关而与电枢电流 a i 无关。
如果励磁电流恒定，他励直流电动机的电磁转矩e T 将与电枢电流 a i 成正比。
调节和控制电枢电流就能实现对电磁转矩的调节和控制。
笼型转子异步电动机上，定子上有三个对称绕组，转子绕组则由彼此互相短路的导体组成。
能够直接控制的变量只有定子电压（或电流）及定子的频率。
他没有象直流电动机那种独立的励磁绕组，所以有效磁通不能以简单的形式决定。
异步电动机（包括笼型转子及饶线转子异步电动机）的电磁转矩公式为：2cos ϕφm T e C T =式中 m φ是由定、转子电流共同作用产生的气隙合成磁通，它以定子电流角频率 1ω 在空间旋转。
2i 是转子电流空间矢量的幅值，不能直接控制。
m φ与2i 之间的空间相位角为90 2ϕ+ 不象直流电动机那样ai 与 m φ 互差。
2ϕ是转差角频率s ω 的函数。
s ω 越大， 2i 的去磁作用就越强。
当升高定子电流频率以增大转差角频率s ω 以使转矩增加时，气隙磁通 m φ 就趋向与减弱。
磁通的这个瞬态下降时电动机电磁转矩的响应变得迟缓。
这种复杂的耦合作用使得电动机的电磁转矩难以准确控制。
为了解决这个问题，可以采用异步电动机转子磁场定向控制的方法。
在上面我们介绍了在以转子总磁链空间矢量 定向的 M ，T 同步旋转的坐标系中，定子电流空间矢量 1i 被分解为沿M 轴和T 轴方向上两个互相垂直的分量 1M i 和 1T i ，此时用1M i 及 1T i 表达的转矩公式12'''1/T R M e i L pL T ϕ=转子磁链 2'ϕ 与1M i 之间的关系为：1212')1/(M M i P T L +=ϕ由于 1T i 与 1M i 互相垂直，是解耦的，可以独立改变某一个而不致影响另一个变量。
其中 1M i 用于产生磁链2'ϕ ，它与直流电动机的励磁电流相当； 1T i 则用于产生电磁转矩，与直流电动机电枢电流相当。
在额定频率以下运行时 2'ϕ保持不变而靠改变1T i 来调节转矩e T ，这就与他励直流电动机的转矩控制相同了。
二、异步电动机的矢量控制原理图7—20所示了在磁场定向的M,T 坐标系中异步电动机的模型。
为了便于了解定子绕组与旋转的转子磁链空间矢量2ψ'之间的关系，通过坐标变换把定子三项绕组等效为与2ψ'同步旋转的两相绕组，即轴线与2ψ'平行的M 1绕组及与2ψ'垂直的T 1绕组。
这时M 1，T 1绕组中的电流1T i 、1M i 都是直流。
转子三相绕组（绕线转子异步电动机）也同样被变换成M,T 坐标系中的M 2，T 2两个绕组。
图7-20 M 、T 坐标系统异步电动机的模型在图中给出的速度ω1，ω，转矩T e 以及个电流的正方向。
电磁转矩T e 可以看成转子磁链2ψ'与转子电流2i '相互作用产生。
由于2Mi '产生的磁势与2ψ'方向一致，所以它不产生电磁转矩，产生电磁转矩的只有2i '的T 轴分量2T i '，故有22ψ'-=T e i T （7-145）转子磁链2ψ'是由定子M 轴绕组电流1M i 在转子侧产生的互感磁链11M M i L 与转子M 轴绕组电流2Mi '产生的磁链2221)(M R M l M i L i L L ''=''+ 两者之和，即2112M R M M i L i L ''+='ψ（7-146）T 轴上转子磁链02='Tψ，即 2110T RT M i L i L ''+=（7-147）上式说明，为了使02='Tψ，定子T 轴绕组电流1T i 产生的转子T 轴绕组的互感磁链11T M i L 必须抵消掉转子T 轴绕组产生的总磁链2T R i L ''，故2Ti '与1T i 之间应满足下式关系112T RMTi L L i '-=' （7-148）把上式代入式（8-145）得 211ψ''=T RMe i L L T （7-149）上式对图7-20所示两极电机模型到出的，若极对数为P 则上式变为 211ψ''=T RMe i L L p T （7-150）转子电流2M i '由转子M 轴绕组电势2M e '产生。
由于M 轴绕组轴线与转子磁链2ψ'方向一致，所以不产生旋转电势，但当2ψ'发生变化时，即产生变压器电势2M e '，即22ψ'-='P e M 转子电流2Mi '为 222221ψ''-=''='P r r e i M M（7-151）2ψ'是由1M i ，2M i '共同作用产生。
由式7-146解出 RM M ML i L i '-'='1122ψ将上式代入（7-151）解出2ψ'为： 12121M Mi PT L +='ψ（7-152）有上式看出，在稳态下02='ψP ，此时转子M 2绕组中的变压器电势为零，02='M i ，因此2ψ'完全有定子M 1绕组中的电流1M i 产生。
当改变1M i 时，2ψ'将发生变化，于是在转子M 2绕组中立即产生电势 22ψ'-='P e M ，因而产生电流2Mi '及磁链2M R i L ''，阻碍2ψ'的变化，使2ψ'的变化滞后于1M i 。
这与直流电机中通过励磁电压调节主磁通相当。
所以转子磁链的控制，实质上是电流的控制。
由于T 轴方向02='T ψ，所以在等效的转子T 轴绕组中没有变压器电势2ψ'P 。
但却有旋转电势212)(ψωω'--='T e 。
因而产生转子T 轴电流2T i ' 22221222)(r r r e i S T T''-=''--=''='ψωψωω （7-153）把式（7-148），（7-152）代入上式得 11112112211M T M T M T S i iP i i T i i T P T +=+=ω（7-154） 或ωω++=112211M T i i T P T（7-155） 式中εtg i i M T =11，ε是定子电流空间矢量1i 与M 轴之间的夹角，如图7-21所示。
（7-153）说明，转差角频率S ω对转矩的建立起重要作用。
因为在M ，T 坐标系中电磁转矩由2Ti '与2ψ'作用产生，而由式（7-153）可知，只有在一定的转差角频率S ω下才能产生2Ti '。
当通过给出定子电流T 轴分量1T i 来控制转矩时，若保持1M i 不变则定子电流矢量1i 的相位角ε即发生变化（见图7-21）。
从而使转差角频率得到改变。
可见磁场定向控制方法不仅控制了定子电流的副职有控制了它的相位。
式（7-150），（7-152）（7-154）使异步电动机磁场定向控制的基本关系式。
这些关系式说明，只要把定子电流矢量分成与磁链矢量2ψ'平行和垂直的两个矢量进行控制，就可以独立地控制磁链2ψ'和转矩T e 。
正因为是把定子电流作为具有两个垂直分量1M i ，1T i 的矢量来控制，所以把磁场定向控制称为矢量控制。
在M,T 轴系中1M i 及1T i 都是直流量，各自的控制与它励直流电动机的励磁电流和电枢电流的控制相对应。
通常称1T i 为定子电流的转矩分量，1M i 称为励磁分量。
各电流相互关系的矢量图7-22所示。
这里应当提及的事，当异步电动机在工频电源恒定电压情况下运行时，电动机的电磁转矩有一最大值，但在磁场定向控制中，由于引进了转子磁链，当控制1M i 以维持2ψ'恒定时，电磁转矩与定子电流的转矩分量成正比，所以电磁转矩没有上限值。
此外，由于实现了1M i 和1T i 的解耦控制，因而产生了快速的动态响应，这就使控制系统能够很容易地设计成具有四象限运行的能力。
所以，异步电动机的矢量控制系统能满足伺服传动系统、轧钢机传动系统等高性能的用途。