直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制.ppt

第四節(jié)基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 本節(jié)提要坐標(biāo)變換的基本思路矢量控制系統(tǒng)的基本思路按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用轉(zhuǎn)子磁鏈模型轉(zhuǎn)速 磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng) 直接矢量控制系統(tǒng) 直流電機的物理模型 直流電機的數(shù)學(xué)模型比較簡單 先分析一下直流電機的磁鏈關(guān)系 圖5 1中繪出了二極直流電機的物理模型 圖中F為勵磁繞組 A為電樞繞組 C為補償繞組 F和C都在定子上 只有A是在轉(zhuǎn)子上 把F的軸線稱作直軸或d軸 directaxis 主磁通 的方向就是沿著d軸的 A和C的軸線則稱為交軸或q軸 quadratureaxis 一 坐標(biāo)變換的基本思路 主極磁場在空間固定不動 由于換向器作用 電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上 其效果好象一個在q軸上靜止的繞組一樣 但它實際上是旋轉(zhuǎn)的 會切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢 這又和真正靜止的繞組不同 通常把這種等效的靜止繞組稱作 偽靜止繞組 pseudo stationarycoils 雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的 但其繞組通過換向器電刷接到端接板上 電刷將閉合的電樞繞組分成兩條支路 當(dāng)一條支路中的導(dǎo)線經(jīng)過正電刷歸入另一條支路中時 在負電刷下又有一根導(dǎo)線補回來 分析結(jié)果 電樞磁動勢的作用可以用補償繞組磁動勢抵消 或者由于其作用方向與d軸垂直而對主磁通影響甚微 所以直流電機的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定 這是直流電機的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因 交流電機的物理模型 如果能將交流電機的物理模型 見下圖 等效地變換成類似直流電機的模式 分析和控制就可以大大簡化 坐標(biāo)變換正是按照這條思路進行的 在這里 不同電機模型彼此等效的原則是 在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致 眾所周知 交流電機三相對稱的靜止繞組A B C 通以三相平衡的正弦電流時 所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F 它在空間呈正弦分布 以同步轉(zhuǎn)速 s 即電流的角頻率 順著A B C的相序旋轉(zhuǎn) 這樣的物理模型繪于下圖5 2a中 1 交流電機繞組的等效物理模型 圖5 2a三相交流繞組 旋轉(zhuǎn)磁動勢的產(chǎn)生 然而 旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可 除單相以外 二相 三相 四相 等任意對稱的多相繞組 通以平衡的多相電流 都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢 當(dāng)然以兩相最為簡單 2 等效的兩相交流電機繞組 圖5 2b中繪出了兩相靜止繞組 和 它們在空間互差90 通以時間上互差90 的兩相平衡交流電流 也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F 當(dāng)圖a和b的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時 即認為圖5 2b的兩相繞組與圖5 2a的三相繞組等效 3 旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機模型 圖5 2c旋轉(zhuǎn)的直流繞組 再看圖5 2c中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組d和q 其中分別通以直流電流id和iq 產(chǎn)生合成磁動勢F 其位置相對于繞組來說是固定的 如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 則磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來 成為旋轉(zhuǎn)磁動勢 把這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖a和圖b中的磁動勢一樣 那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了 當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時 在他看來 d和q是兩個通以直流而相互垂直的靜止繞組 如果控制磁通的位置在d軸上 就和直流電機物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了 這時 繞組d相當(dāng)于勵磁繞組 q相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組 等效的概念 由此可見 以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則 圖5 2a的三相交流繞組 圖b的兩相交流繞組和圖c中整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效 或者說 在三相坐標(biāo)系下的iA iB iC 在兩相坐標(biāo)系下的i i 和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流id iq是等效的 它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢 有意思的是 就圖5 2c的d q兩個繞組而言 當(dāng)觀察者站在地面看上去 它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組 如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看 它們就的的確確是一個直流電機模型了 這樣 通過坐標(biāo)系的變換 可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型 現(xiàn)在的問題是 如何求出iA iB iC與i i 和id iq之間準(zhǔn)確的等效關(guān)系 這就是坐標(biāo)變換的任務(wù) 2 三相 兩相變換 3 2變換 現(xiàn)在先考慮上述的第一種坐標(biāo)變換 在三相靜止繞組A B C和兩相靜止繞組 之間的變換 或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換 簡稱3 2變換 圖5 3中繪出了A B C和 兩個坐標(biāo)系 為方便起見 取A軸和 軸重合 設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為N3 兩相繞組每相有效匝數(shù)為N2 各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積 其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上 由于交流磁動勢的大小隨時間在變化著 圖中磁動勢矢量的長度是隨意的 C 圖5 3三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動勢的空間矢量 設(shè)磁動勢波形是正弦分布的 當(dāng)三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時 兩套繞組瞬時磁動勢在 軸上的投影都應(yīng)相等 寫成矩陣形式 得 5 1 考慮變換前后總功率不變 在此前提下 可以證明 見p96 匝數(shù)比應(yīng)為 5 2 代入式 5 1 得 5 3 令C3 2表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣 則 5 4 5 5 三相 兩相坐標(biāo)系的變換矩陣 如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線 則有iA iB iC 0 或iC iA iB 代入式 5 4 和 5 5 并整理后得 5 6 5 7 按照所采用的條件 電流變換陣也就是電壓變換陣 同時還可證明 它們也是磁鏈的變換陣 3 兩相 兩相旋轉(zhuǎn)變換 2s 2r變換 從圖5 2等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型的圖b和圖c中從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d q變換稱作兩相 兩相旋轉(zhuǎn)變換 簡稱2s 2r變換 其中s表示靜止 r表示旋轉(zhuǎn) 把兩個坐標(biāo)系畫在一起 即得圖5 4 圖5 4兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動勢 電流 空間矢量 圖5 4中 兩相交流電流i i 和兩個直流電流id iq產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速 s旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢Fs 由于各繞組匝數(shù)都相等 可以消去磁動勢中的匝數(shù) 直接用電流表示 例如Fs可以直接標(biāo)成is 但必須注意 這里的電流都是空間矢量 而不是時間相量 d q軸和矢量Fs is 都以轉(zhuǎn)速 s旋轉(zhuǎn) 分量id iq的長短不變 相當(dāng)于d q繞組的直流磁動勢 但 軸是靜止的 軸與d軸的夾角 隨時間而變化 因此is在 軸上的分量的長短也隨時間變化 相當(dāng)于繞組交流磁動勢的瞬時值 由圖5 4可見 i i 和id iq之間存在下列關(guān)系 2s 2r變換公式 寫成矩陣形式 得 5 8 5 9 是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換陣 式中 兩相旋轉(zhuǎn) 兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣 對式 5 8 兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣 即得 5 10 5 11 則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣是 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流 磁動勢 旋轉(zhuǎn)變換陣相同 兩相靜止 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣 令矢量is和d軸的夾角為 s 已知id iq 求is和 s 就是直角坐標(biāo) 極坐標(biāo)變換 簡稱K P變換 圖5 5 4 直角坐標(biāo) 極坐標(biāo)變換 K P變換 圖5 5K P變換空間矢量 顯然 其變換式應(yīng)為 5 12 5 13 當(dāng) s在0 90 之間變化時 tan s的變化范圍是0 這個變化幅度太大 很難在實際變換器中實現(xiàn) 因此常改用下列方式來表示 s值 5 14 式 5 14 可用來代替式 5 13 作為 s的變換式 這樣 三相異步電動機在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 前已指出 異步電機的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜 坐標(biāo)變換的目的就是要簡化數(shù)學(xué)模型 異步電機數(shù)學(xué)模型是建立在三相靜止的ABC坐標(biāo)系上的 如果把它變換到兩相坐標(biāo)系上 由于兩相坐標(biāo)軸互相垂直 兩相繞組之間沒有磁的耦合 僅此一點 就會使數(shù)學(xué)模型簡單了許多 異步電機在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq坐標(biāo)系 上的數(shù)學(xué)模型 兩相坐標(biāo)系可以是靜止的 也可以是旋轉(zhuǎn)的 其中以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系為最一般的情況 有了這種情況下的數(shù)學(xué)模型 要求出某一具體兩相坐標(biāo)系上的模型就比較容易了 變換關(guān)系 設(shè)兩相坐標(biāo)d軸與三相坐標(biāo)A軸的夾角為 s 而p s dqs為dq坐標(biāo)系相對于定子的角轉(zhuǎn)速 dqr為dq坐標(biāo)系相對于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速 圖5 6任意兩相坐標(biāo)變換空間矢量 要把三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程 磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程 p94 都變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上來 可以先利用3 2變換將方程式中定子和轉(zhuǎn)子的電壓 電流 磁鏈和轉(zhuǎn)矩都變換到兩相靜止坐標(biāo)系 上 然后再用旋轉(zhuǎn)變換陣C2s 2r將這些變量變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq上 變換過程 具體的變換運算比較復(fù)雜 此處從略 需要時可參看相關(guān)參考文獻 ABC坐標(biāo)系 坐標(biāo)系 dq坐標(biāo)系 3 2變換 C2s 2r 矢量控制思想的引入 異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階 非線性 強耦合的多變量系統(tǒng) 通過坐標(biāo)變換 可以使之降階并化簡 但并沒有改變其非線性 多變量的本質(zhì) 需要高動態(tài)性能的異步電機調(diào)速系統(tǒng)必須在其動態(tài)模型的基礎(chǔ)上進行分析和設(shè)計 但要完成這一任務(wù)并非易事 經(jīng)過多年的潛心研究和實踐 有幾種控制方案已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用 目前應(yīng)用最廣的就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 直流電機交流電機表達式一表達式二 圖5 7異步電機矢量圖 二 矢量控制系統(tǒng)的基本思路 在坐標(biāo)變換章節(jié)中已經(jīng)闡明 以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則 在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流iA iB iC 通過三相 兩相變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流i i 再通過同步旋轉(zhuǎn)變換 可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流id和iq 如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn) 他所看到的便是一臺直流電機 可以控制使交流電機的轉(zhuǎn)子總磁通 r就是等效直流電機的磁通 如果把d軸定位于的方向上 稱作M Magnetization 軸 把q軸稱作T Torque 軸 則M繞組相當(dāng)于直流電機的勵磁繞組 im相當(dāng)于勵磁電流 T繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組 it相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來 便得到圖5 8 從整體上看 輸入為A B C三相電壓 輸出為轉(zhuǎn)速 是一臺異步電機 從內(nèi)部看 經(jīng)過3 2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換 變成一臺由im和it輸入 由 輸出的直流電機 圖5 8異步電動機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3 2 三相 兩相變換 VR 同步旋轉(zhuǎn)變換 M軸與 軸 A軸 的夾角 異步電機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖 既然異步電機經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電機 那么 模仿直流電機的控制策略 得到直流電機的控制量 經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換 就能夠控制異步電機了 由于進行坐標(biāo)變換的是電流 代表磁動勢 的空間矢量 所以這樣通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng) VectorControlSystem 控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 圖5 9矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 在設(shè)計矢量控制系統(tǒng)時 可以認為 在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR 1與電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消 2 3變換器與電機內(nèi)部的3 2變換環(huán)節(jié)抵消 如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后 則圖5 9中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去 剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了 設(shè)計控制器時省略后的部分 圖5 10簡化控制結(jié)構(gòu)圖 可以想象 這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜 動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美 三 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用 問題的提出上述只是矢量控制的基本思路 其中的矢量變換包括三相 兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換 在前述動態(tài)模型分析中 進行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時 只規(guī)定了d q兩軸的相互垂直關(guān)系和與定子頻率同步的旋轉(zhuǎn)速度 并未規(guī)定兩軸與電機旋轉(zhuǎn)磁場的相對位置 對此是有選擇余地的 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向 現(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?并稱之為M Magnetization 軸 而q軸再逆時針轉(zhuǎn)90 即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?稱之為T Torque 軸 這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為M T坐標(biāo)系 即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向 FieldOrientation 的坐標(biāo)系 當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時 應(yīng)有 5 15 5 16 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的系統(tǒng)模型 5 16 代入M T軸系的電壓矩陣方程式 5 15 即得磁場定向的電壓基本方程 由第三 四行可分別得到 5 17 和 5 18 分別帶入 5 16 得 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義 式 5 19 表明 轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生 與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān) 從這個意義上看 定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的 式 5 19 還表明 r與ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié) 時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù) 當(dāng)勵磁電流分量ism突變時 r的變化要受到勵磁慣性的阻撓 這和直流電機勵磁繞組的慣性作用是一致的 由式 5 20 和式 5 19 可分別得轉(zhuǎn)差角頻率公式 式 5 21 是在任意選取的MT坐標(biāo)內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的表達式 無論對動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)都是適用的式 5 22 是在已沿轉(zhuǎn)子磁場定向的特定MT坐標(biāo)內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩表達式 在轉(zhuǎn)子磁場恒定或者變化時都適用 式 5 23 是在沿磁場定向的特定MT坐標(biāo)內(nèi)轉(zhuǎn)子磁場恒定 即電機穩(wěn)態(tài)運行時的電磁轉(zhuǎn)矩表達式 式 5 19 5 24 和 5 22 構(gòu)成矢量控制基本方程式 按照這些關(guān)系可將異步電機的數(shù)學(xué)模型繪成圖5 11中的形式 圖中前述的等效直流電機模型 見圖5 8 被分解成 和 r兩個子系統(tǒng) 可以看出 雖然通過矢量變換 將定子電流解耦成ism和ist兩個分量 但是 從 和 r兩個子系統(tǒng)來看 由于T同時受到ist和 r的影響 兩個子系統(tǒng)仍舊是耦合著的 電流解耦數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu) 圖5 11異步電動機矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型 按照圖5 9的矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖模仿直流調(diào)速系統(tǒng)進行控制時 可設(shè)置磁鏈調(diào)節(jié)器A R和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR分別控制 r和 如圖5 12所示 為了使兩個子系統(tǒng)完全解耦 除了坐標(biāo)變換以外 還應(yīng)設(shè)法抵消轉(zhuǎn)子磁鏈 r對電磁轉(zhuǎn)矩Te的影響 圖5 12矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 比較直觀的辦法是 把ASR的輸出信號除以 r 當(dāng)控制器的坐標(biāo)反變換與電機中的坐標(biāo)變換對消 且變頻器的滯后作用可以忽略時 此處的 r 便可與電機模型中的 r 對消 兩個子系統(tǒng)就完全解耦了 這時 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個獨立的線性子系統(tǒng) 可以采用經(jīng)典控制理論的單變量線性系統(tǒng)綜合方法或相應(yīng)的工程設(shè)計方法來設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器A R和ASR 應(yīng)該注意 在異步電機矢量變換模型中的轉(zhuǎn)子磁鏈 r和它的定向相位角 都是實際存在的 而用于控制器的這兩個量都難以直接檢測 只能采用觀測值或模型計算值 在圖5 12中冠以符號 以示區(qū)別 解耦條件 因此 兩個子系統(tǒng)完全解耦只有在下述三個假定條件下才能成立 轉(zhuǎn)子磁鏈的計算值等于其實際值 r 轉(zhuǎn)子磁場定向角的計算值等于其實際值 忽略電流控制變頻器的滯后作用 四 轉(zhuǎn)子磁鏈模型 要實現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號 以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要 開始提出矢量控制系統(tǒng)時 曾嘗試直接檢測磁鏈的方法 一種是在電機槽內(nèi)埋設(shè)探測線圈 另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件 從理論上說 直接檢測應(yīng)該比較準(zhǔn)確 但實際上這樣做都會遇到不少工藝和技術(shù)問題 而且由于齒槽影響 使檢測信號中含有較大的脈動分量 越到低速時影響越嚴(yán)重 因此 現(xiàn)在實用的系統(tǒng)中 多采用間接計算的方法 即利用容易測得的電壓 電流或轉(zhuǎn)速等信號 利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型 實時計算磁鏈的幅值與相位 利用能夠?qū)崪y的物理量的不同組合 可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型 具體見書中P106 五 轉(zhuǎn)速 磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng) 直接矢量控制系統(tǒng) 如前所述 在矢量控制系統(tǒng)中 主要依賴于對轉(zhuǎn)子磁鏈的檢測和觀察 不同的磁鏈觀察模型 需要對不同基本量 電壓 電流 轉(zhuǎn)速及指令參數(shù)等 的檢測 因而構(gòu)成了各種矢量控制系統(tǒng) 電流控制變頻器 電流控制變頻器可以采用如下兩種方式 電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器 圖5 13a 帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器 圖5 13b 帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱直接矢量控制系統(tǒng) 1 電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器 圖5 13a電流控制變頻器 2 帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器 圖5 13b電流控制變頻器 3 轉(zhuǎn)速磁鏈閉環(huán)微機控制電流滯環(huán)型PWM變頻調(diào)速系統(tǒng) 另外一種提高轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)解耦性能的辦法是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)增設(shè)轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán) 如下圖5 14所示 圖中 作為一個示例 主電路采用了電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器 電流滯環(huán)型PWM變頻器 圖5 14帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速 磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng) 工作原理 轉(zhuǎn)速正 反向和弱磁升速 磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲得 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號 弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制 在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中 磁鏈對控制對象的影響相當(dāng)于一種擾動作用 因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制 從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng) 使它少受磁鏈變化的影響 第6章基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 概述直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC DirectTorqueControl 系統(tǒng) 是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面 利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩 因而得名 一 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點 系統(tǒng)組成 圖6 1按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)特點 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán) ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號 設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán) 它可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響 從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似的解耦 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器 用滯環(huán)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器 控制特點 與VC系統(tǒng)一樣 它也是分別控制異步電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈 但在具體控制方法上 DTC系統(tǒng)與VC系統(tǒng)不同的特點是 1 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰 砰控制器 并在PWM逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生電壓的SVPWM波形 從而避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量 省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制 簡化了控制器的結(jié)構(gòu) 2 選擇定子磁鏈作為被控量 而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈 這樣一來 計算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響 提高了控制系統(tǒng)的魯棒性 如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈控制的規(guī)律 顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復(fù)雜 但是 由于采用了砰 砰控制 這種復(fù)雜性對控制器并沒有影響 3 由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制 在加減速或負載變化的動態(tài)過程中 可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 但必須注意限制過大的沖擊電流 以免損壞功率開關(guān)器件 因此實際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的 性能比較 從總體控制結(jié)構(gòu)上看 直接轉(zhuǎn)矩控制 DTC 系統(tǒng)和矢量控制 VC 系統(tǒng)是一致的 都能獲得較高的靜 動態(tài)性能 二 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型 除轉(zhuǎn)矩和磁鏈砰 砰控制外 DTC系統(tǒng)的核心問題就是 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號的計算模型 如何根據(jù)兩個砰 砰控制器的輸出信號來選擇電壓空間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài) 電壓空間矢