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、電機(jī)就與人類文明的進(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)在稱為“電源變換”的設(shè)備。一項(xiàng)技術(shù)在不同的時代有著不同的內(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)定的動力，而調(diào)速及力矩的控制則用皮帶輪和齒輪來完成，所以那時的電機(jī)控制只是解決它的起動與停止，大部分的控制用簡單的觸點(diǎn)開關(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)形式已不能滿足實(shí)際需要.因此對電機(jī)的控制提出了新的要求.例如，煉鋼廠的反轉(zhuǎn)軋機(jī)，電動機(jī)在工作中不但要求快速地起動和制動.而且要求能頻繁地改變運(yùn)行方向，這時電機(jī)運(yùn)行中的起動轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩以及動態(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，它的起動加速和停止減速應(yīng)遵循一定的運(yùn)行規(guī)律.所以拖動電機(jī)的運(yùn)行過程中必須按照某種曲線迅速調(diào)整速度.這時.如果簡單地控制電機(jī)的起動與停止，則是無法滿足要求的.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，一般都采用張力控制技術(shù)來實(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，因此分別帶動放料滾筒和收料卷筒的2個電動機(jī)必須按一定的規(guī)律調(diào)節(jié)速度，1個需要隨料筒直徑的減小適時地加快，另1個需要隨料筒直徑的增大適時地減慢.否則難以保證材料在傳送過程中的均衡張力.影響產(chǎn)品加工質(zhì)量.甚至出現(xiàn)材料斷裂。由此可見，生產(chǎn)實(shí)踐中對電機(jī)控制的要求有時非常復(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)控制從最初簡單的起動控制發(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)、自動控制理論、現(xiàn)代調(diào)速等多門學(xué)科的電力電子技術(shù)與運(yùn)動控制學(xué)科的綜合控制，在自動生產(chǎn)線、網(wǎng)絡(luò)制造、信息產(chǎn)業(yè)、運(yùn)輸、包裝、儲存、銷售、測試、航空、航天、國防等領(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)速傳動的場合都被采用;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、噪聲和無線電干擾.使它的應(yīng)用受到極大的限制，因此，當(dāng)時的電氣傳動中，大部分采用的是交流感應(yīng)電動機(jī).雖然那時交流調(diào)速也有多種方案，但面于當(dāng)時的技術(shù)水平，始終無法達(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，對在電氣傳動中占主導(dǎo)地位的交流電機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行高效節(jié)能的變頻調(diào)速研究。經(jīng)過多年努力，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)、水泵的傳動能收到節(jié)電20%的效果.而風(fēng)機(jī)、水泵的裝機(jī)容量兒乎占工業(yè)電氣傳動總?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.在電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動下.傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)也在技術(shù)上有了大的突破.以功率電子開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)換向的無刷直流電機(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)控制從最初簡單的電力拖動，發(fā)展到后來能夠調(diào)速的電氣傳動，又從后來的電氣傳動發(fā)展到現(xiàn)在的運(yùn)動控制，控制對象不但包括傳統(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、調(diào)速，還包括電磁轉(zhuǎn)矩、位置控制及動態(tài)響應(yīng)性能等。運(yùn)動控制將電網(wǎng)、整流器、逆變器、電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和控制系統(tǒng)作為1個整體綜合考慮.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個獨(dú)立的裝置來考慮相比，這樣更能發(fā)揮整體優(yōu)勢，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，沒有計(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)時性地完成電機(jī)控制和電源變換中的運(yùn)算速度越來越快，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)提供了一個堅(jiān)實(shí)的技術(shù)平臺.

最早的不停電電源(UPS)，完全用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)，利用慣性飛輪存儲的動能帶動發(fā)電機(jī)，為負(fù)載提供電網(wǎng)中斷時的供電.設(shè)備笨重，噪聲大，效率低.切換時間長.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。靜止變流器從開始的晶閘管(SCI。和模擬電路控制，到后來的晶體管(GTR)和數(shù)字電路控制，一直發(fā)展到現(xiàn)在的場控功率開關(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。