高空作業(yè)設(shè)備控制技術(shù)發(fā)展

自從1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象以來(lái)、電機(jī)就與人類(lèi)文明的進(jìn)步緊密結(jié)合在一起.這里的“電機(jī)”不僅是通常所指的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，還包括能改變電能電壓的變壓器及改變電能頻率、電流、相位的變換器等裝黃，也就是現(xiàn)在稱(chēng)為“電源變換”的設(shè)備。一項(xiàng)技術(shù)在不同的時(shí)代有著不同的內(nèi)涵。19世紀(jì)中葉先后誕生的直流電機(jī)和交流電機(jī).最初只是為人們提供種穩(wěn)定的動(dòng)力，而調(diào)速及力矩的控制則用皮帶輪和齒輪來(lái)完成，所以那時(shí)的電機(jī)控制只是解決它的起動(dòng)與停止，大部分的控制用簡(jiǎn)單的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電器即能解決。隨著世界工業(yè)革命的進(jìn)程.大工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)量和質(zhì)量都發(fā)生了根本性的變化，小作坊式的生產(chǎn)形式已不能滿(mǎn)足實(shí)際需要.因此對(duì)電機(jī)的控制提出了新的要求.例如，煉鋼廠的反轉(zhuǎn)軋機(jī)，電動(dòng)機(jī)在工作中不但要求快速地起動(dòng)和制動(dòng).而且要求能頻繁地改變運(yùn)行方向，這時(shí)電機(jī)運(yùn)行中的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)成為控制的主要焦點(diǎn).又例如，載人電梯.為了人的舒適性，它的起動(dòng)加速和停止減速應(yīng)遵循一定的運(yùn)行規(guī)律.所以拖動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中必須按照某種曲線迅速調(diào)整速度.這時(shí).如果簡(jiǎn)單地控制電機(jī)的起動(dòng)與停止，則是無(wú)法滿(mǎn)足要求的.再臂如，在造紙、印染、塑料、冶金等行業(yè)常用卷繞設(shè)備的電氣傳動(dòng)，一般都采用張力控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中的平衡卷繞.

為了保證加工質(zhì)量，必須維持材料在傳送中有一定的均衡張力;但工藝過(guò)程中.放料滾筒的外徑不斷縮小，而收料卷筒的外徑卻在不斷增大，因此分別帶動(dòng)放料滾筒和收料卷筒的2個(gè)電動(dòng)機(jī)必須按一定的規(guī)律調(diào)節(jié)速度，1個(gè)需要隨料筒直徑的減小適時(shí)地加快，另1個(gè)需要隨料筒直徑的增大適時(shí)地減慢.否則難以保證材料在傳送過(guò)程中的均衡張力.影響產(chǎn)品加工質(zhì)量.甚至出現(xiàn)材料斷裂。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)電機(jī)控制的要求有時(shí)非常復(fù)雜。

正是由于工業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，電機(jī)控制從最初簡(jiǎn)單的起動(dòng)控制發(fā)展到現(xiàn)在包括功率電子器件、模擬與數(shù)字電子技術(shù)、高頻電源變換技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代調(diào)速等多門(mén)學(xué)科的電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制學(xué)科的綜合控制，在自動(dòng)生產(chǎn)線、網(wǎng)絡(luò)制造、信息產(chǎn)業(yè)、運(yùn)輸、包裝、儲(chǔ)存、銷(xiāo)售、測(cè)試、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

20世紀(jì)70年代以前，直流電機(jī)因具有優(yōu)越的調(diào)速性能，而在需要調(diào)速傳動(dòng)的場(chǎng)合都被采用;但傳統(tǒng)直流電機(jī)采用電刷機(jī)械方法換向，存在機(jī)械摩擦，需要經(jīng)常維護(hù)，并且運(yùn)行中產(chǎn)生火花、噪聲和無(wú)線電干擾.使它的應(yīng)用受到極大的限制，因此，當(dāng)時(shí)的電氣傳動(dòng)中，大部分采用的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī).雖然那時(shí)交流調(diào)速也有多種方案，但面于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，始終無(wú)法達(dá)到直流調(diào)速的性能。到了20世紀(jì)70年代初，席卷全球的石油危機(jī)迫使人們不得不投人大量人力和物力，對(duì)在電氣傳動(dòng)中占主導(dǎo)地位的交流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行高效節(jié)能的變頻調(diào)速研究。經(jīng)過(guò)多年努力，終于使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能可以達(dá)到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的程度。由于交流變頻調(diào)速用于風(fēng)機(jī)、水泵的傳動(dòng)能收到節(jié)電20%的效果.而風(fēng)機(jī)、水泵的裝機(jī)容量?jī)汉跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?因此從20世紀(jì)80年代起，交流變頻調(diào)速在世界范圍內(nèi)得到迅速的推廣和應(yīng)用。與此同時(shí).在電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下.傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)也在技術(shù)上有了大的突破.以功率電子開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)換向的無(wú)刷直流電機(jī)獲得成功.并在儀器儀表、醫(yī)療器械、家用電器和信息產(chǎn)品中得到推廣應(yīng)用.

電機(jī)控制從最初簡(jiǎn)單的電力拖動(dòng)，發(fā)展到后來(lái)能夠調(diào)速的電氣傳動(dòng)，又從后來(lái)的電氣傳動(dòng)發(fā)展到現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)控制，控制對(duì)象不但包括傳統(tǒng)的直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)和交流同步電機(jī).還包括直線電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、雙凸極電機(jī)、超聲電機(jī)和其他的新型電機(jī);控制內(nèi)容不但包括常規(guī)的起動(dòng)、調(diào)速，還包括電磁轉(zhuǎn)矩、位置控制及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能等。運(yùn)動(dòng)控制將電網(wǎng)、整流器、逆變器、電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和控制系統(tǒng)作為1個(gè)整體綜合考慮.與以前那種電源是電源，變頻器是變頻器，電機(jī)是電機(jī)，每1項(xiàng)都作為1個(gè)獨(dú)立的裝置來(lái)考慮相比，這樣更能發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)，獲得最佳的控制效果.要在系統(tǒng)控制中實(shí)現(xiàn)這種整體優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有計(jì)算機(jī)技術(shù)的介人顯然是難以實(shí)現(xiàn)的.正是由于以微處理器為核心的全數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展。尤其是DSP嵌人式片上系統(tǒng)SOC的出現(xiàn).使得系統(tǒng)實(shí)時(shí)性地完成電機(jī)控制和電源變換中的運(yùn)算速度越來(lái)越快，處理各種復(fù)雜運(yùn)算不再困難，系統(tǒng)的整體控制性能越來(lái)越好，為進(jìn)一步提高電機(jī)控制和電源變換技術(shù)的性能指標(biāo)提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的技術(shù)平臺(tái).

最早的不停電電源(UPS)，完全用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)，利用慣性飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，為負(fù)載提供電網(wǎng)中斷時(shí)的供電.設(shè)備笨重，噪聲大，效率低.切換時(shí)間長(zhǎng).隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，辭止變流器逐漸取代了那種笨重的機(jī)械式的電源變換裝置。靜止變流器從開(kāi)始的晶閘管(SCI。和模擬電路控制，到后來(lái)的晶體管(GTR)和數(shù)字電路控制，一直發(fā)展到現(xiàn)在的場(chǎng)控功率開(kāi)關(guān)(1GI3T)和以嵌人式微處理器為核心的全數(shù)字化控制，所經(jīng)歷的發(fā)展歷程與電機(jī)控制幾乎同步.這類(lèi)的電源變換裝置.現(xiàn)在除了UPS外.還有飛機(jī)上的變速恒頻電源、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)功率變換器、高頻逆變焊機(jī)、電力有源濾波器和高壓直流輸電中的各類(lèi)變換器等。

數(shù)字化控制是當(dāng)今電機(jī)控制和電源變換技術(shù)發(fā)展的主流，是電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制學(xué)科中的一項(xiàng)重要技術(shù)，而DSP現(xiàn)已成為這項(xiàng)技術(shù)的核心。