中国矿业大学 现代交流调速论文(3)

中国矿业大学研究生交流调速论文 老师：何凤有

5 控制理论的发展

交流电机矢量控制技术的提出，明显改善了交流电机的调速性能。然而，传统的矢量控制技术依赖于电机的模型和参数，而模型和参数在电机运行过程中是变化的，这就使得电机的矢量控制无法达到理论上的性能指标，满足不了现代伺服驱动系统的应用要求。现代控制理论的各种技术能够使系统在模型或者参数变化时保持良好的控制性能。

永磁同步电机的控制策略主要有以下三种:变压变频控制(Variable Voltage Variable Frequency Control,简称 VVVF)、矢量控制(Field Oriented Control,简称 FOC)和直接转矩控制(Direct Torque Control,简称 DTC) _。随着发展的需要又出现了一些更高级的控制算法例如模型参考自适应、智能控制等下面简要做一下介绍： 5.1 VVVF控制

VVVF控制主要控制电机定子电压幅值和频率,为达到保持定子磁通恒定不变的目的,在电机转速改变,即定子电压频率改变时,需要相应的改变该电压幅值。然后根据该电压幅值通过调制算法计算出功率开关器件的通断时间,通过逆变器产生该电压施加到电机定子上,实现VVVF控制。该控制方式属于开环控制,控制方法简单、通用性强、经济性好,适用于控制精度要求不是十分严格或者负载变动较小的控制场合。如果使用VVVF控制方式控制永磁同步电机,在高速和重载的情况下可能会出现电机失步的现象。 5.2 矢量控制

矢量控制与VVVF控制相比,在控制交流电机的定子电压幅值和频率的基础上,增加了对定子电压相位的控制。在暂态过程如突加、突减负载的情况下,矢量控制会随着速度的变化来调整定子电压的幅值、频率和相位,使暂态过程迅速的恢复到平衡状态。因此矢量控制系统具有良好的转矩响应,精确的转速控制,可以实现满载情况下从静止启动等显著优点。 5.3 直接转矩控制

直接转矩控制是在矢量控制技术出现之后出现的又一种新型的交流变频调速控制技术。直接转矩控制是通过定子磁链定向,实现对定子磁链和转矩的直接控制。直接转矩控制相较于矢量控制不存在复杂的坐标变换,而且对电机参数变化不敏感。因此直接转矩控制的转矩响应很快,控制算法结构相对简单,并且对电机参数鲁棒性好。

5.4 模型参考自适应控制(MRAS)

模型参考自适应控制系统要求控制系统用一个模

型来体现,模型的输出就是理想的响应这个模型称为参考模型系统在运行中总是力求使可调模型的动态与参考模型的动态一致通过比较参考模型和实际过程的输出,并通过自适应控制器去调节可调模型的某些参数或产生一个辅助输入,以使得实际输出与参考模型的输出偏差尽可能的小，实际应用中,通常用于速度估计,以实现无速度传感器运行由此可知,模型参考自适应主要取决于可调模型的精确程度,它对系统的稳定运行起着决定性的作用;另外,自适应控制律参数整定也是一个难题,对控制系统的控制精度也有着很大的影响。

5.5 基于状态观测器控制

基于状态观测器控制是在现代控制理论的基础上发展起来的,在永磁同步电机数学模型的基础上构造观测器,用来观测控制系统中各个量的状态,从而提取速度等控制量"它也依赖电机模型的准确性,当低速运行或温度升高导致电机参数变化时会出现较大的误差,从而给控制带来较大的偏差" 5.6 智能控制

利用智能化的算法,对控制系统进行智能化的控制,如模糊控制[9]

神经网络控制!参数自整定等等,通过一次或几次试运行后,自动将参数整定出来,实现最优化控制"智能控制虽然有着很多优点,尤其是其在多变量!非线性的电机控制系统中,然而,它的控制性能好坏有赖于控制对象,也就是说不是每个控制系统都能很好的实现控制,这需要经验;同时,其计算量较大,对控制器也有一定的要求"

6 现代电力电子技术的发展

电力电子技术是实现信息流与物质/能量流之间联系的重要纽带，逆变器器件的发展是电力电子技术发展的标志。现代电力电子技术的基础与核心就是以开关方式工作的电力半导体器件。在交流调速系统中,主功率回路中的电力半导体器件是调速系统的心脏和灵魂。因此电力半导体器件的发展为现代交流调速系统的发展提供了物质基础。电力半导体器件主要发展历程从晶闹管(SCR) —功率晶体管(GTR) —可关断晶闹管(GTO)—电力场效应晶体管(MOSFET) —绝缘栅功率晶体管(IGBT)。后来又出现的智能功率模块(IPM)是电力半导体器件向功率集成电路发展的过渡产品,IPM是电力电子技术和微电子技术相结合的产物,它不但能够提供功率输出功能,而且还具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断等功能,是电力半导体的重要发展方向。目前,智能功率模块已经在工业变频器(中小功