高性能的通用變頻器
從總體控制結構上看,兩者都采用轉矩和磁鏈分別控制,轉矩控制環(huán)(或電流的轉矩分量環(huán))都處于轉速環(huán)的內(nèi)環(huán),可以抑制磁鏈變化對轉速子系統(tǒng)的影響,從而使轉速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似的解耦。因此兩種系統(tǒng)都能獲得較高的靜、動態(tài)性能。
但是,由于具體控制方案的區(qū)別,兩者在控制性能上卻各有千秋。矢量控制系統(tǒng)采用轉子磁鏈定向,因而實現(xiàn)了定子電流轉矩分量與磁鏈分量的解耦,可以按線性系統(tǒng)理論分別設計轉速與磁鏈調(diào)節(jié)器(一般采用PI調(diào)節(jié)器),實行連續(xù)控制,從而獲得較寬的調(diào)速范圍;但按ψr定向受電動機轉子參數(shù)變化的影響,降低了控制系統(tǒng)的魯棒性。直接轉矩控制系統(tǒng)則實行Te和ψs砰-砰控制,避開了旋轉坐標變換,簡化了控制結構;控制定子磁鏈而不是轉子磁鏈,不受轉子參數(shù)變化的影響;砰-砰控制本身屬于P控制,可以獲得比PI調(diào)節(jié)器更快的動態(tài)響應(由于沒有電流內(nèi)環(huán),須注意限制最大沖擊電流);但不可避免地產(chǎn)生轉矩脈動,而且?guī)Хe分環(huán)節(jié)的磁鏈電壓模型在低速時準確度較差,這都使系統(tǒng)的低速性能受到限制。
3矢量控制和直接轉矩控制的應用和發(fā)展
矢量控制系統(tǒng)和直接轉矩控制系統(tǒng)都是高性能的交流調(diào)速系統(tǒng),都已獲得廣泛的實際應用,由于它們各自的特色,在應用領域上又各有側重。矢量控制除用于一般調(diào)速外,更適用于寬范圍調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng),而直接轉矩控制則更適用于需要快速轉矩響應的大慣量運動控制系統(tǒng)(如電氣機車)。鑒于兩種控制策略都還有一些不足之處,兩種系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作都在朝著克服其缺點的方向發(fā)展。
對矢量控制系統(tǒng)的進一步研究工作主要是提高其控制的魯棒性問題。長期以來,人們很自然地想到采用自適應控制來解決轉子參數(shù)變化對按轉子磁鏈定向準確度的影響,但研究成果很少得到實際應用,較多使用的是對轉子電阻變化的溫度補償?,F(xiàn)代智能控制方法可使被控系統(tǒng)不依賴于或較少依賴于控制對象的數(shù)學模型,因而能使矢量控制系統(tǒng)不受或少受電機參數(shù)變化的影響,比較方便的辦法是采用單神經(jīng)元構成的自適應PID控制器。
對直接轉矩控制系統(tǒng)的研究工作集中在提高其低速性能上。上世紀90年代初,德國魯爾大學EAEE研究室在Depenbrock教授和Steimel教授的領導下提出了作為直接轉矩控制系統(tǒng)改進方案的間接自控制ISR(德文IndirektSelbstregelung)系統(tǒng)。其中,將砰-砰控制器改為連續(xù)的調(diào)節(jié)器,用PI調(diào)節(jié)器對定子磁鏈幅值進行閉環(huán)控制,以建立圓形的定子磁鏈軌跡,又根據(jù)電磁轉矩的偏差推算出磁鏈矢量增量所對應的角度Δθ,最后按照磁鏈、轉矩兩個調(diào)節(jié)器的輸出推算出定子電壓矢量,求得相應的變頻器開關狀態(tài)??梢钥闯觯琁SR系統(tǒng)實際上是直接轉矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)的融合與折中。除此以外,還有許多在直接轉矩控制的砰-砰控制器基礎上提出的改進方案,例如,對磁鏈偏差和轉矩偏差的細化,對電壓空間矢量的無差拍調(diào)制,對開關狀態(tài)的預測控制、智能控制,單獨對轉矩或磁鏈進行預測跟蹤控制等等。
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