无速度传感器矢量控制技术的行业现状与展望(转载)
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》

《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言随着现代工业技术的飞速发展,对于电机控制系统的性能和可靠性要求也越来越高。
其中,异步电机无速度传感器矢量控制系统是一种能够满足高性能需求的技术手段。
这种系统不需要机械式速度传感器,就能够精确控制电机的转矩和速度,具有较高的动态响应和稳定性。
本文将详细介绍异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 总体设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由电机本体、逆变器、控制器等部分组成。
其中,控制器是整个系统的核心部分,负责实现电机的矢量控制。
2. 矢量控制算法设计本系统采用无速度传感器矢量控制算法,主要包括磁链观测、转子时间常数辨识、电流控制等部分。
其中,磁链观测是实现无速度传感器控制的关键技术之一,能够根据电机定子电压和电流信息估计出转子磁链的位置和大小。
转子时间常数的辨识则是为了提高系统的动态性能和鲁棒性。
电流控制则是根据电机转矩需求和观测到的转子磁链信息,控制逆变器输出电压,实现电机的精确控制。
3. 控制器硬件设计控制器硬件主要包括微处理器、功率驱动电路、采样电路等部分。
微处理器是控制器的核心部件,负责运行矢量控制算法和实现各种保护功能。
功率驱动电路将微处理器的控制信号转换为逆变器所需的驱动信号。
采样电路则负责实时采集电机的电压、电流等信号,为矢量控制算法提供必要的输入信息。
三、系统实现1. 软件设计软件设计主要包括操作系统、控制算法程序等部分。
操作系统负责管理控制器的硬件资源,为控制算法程序提供运行环境。
控制算法程序则是实现无速度传感器矢量控制的核心程序,包括磁链观测、转子时间常数辨识、电流控制等部分的实现。
2. 实验验证为了验证本系统的性能和可靠性,我们进行了大量的实验验证。
实验结果表明,本系统具有较高的动态响应和稳定性,能够精确控制电机的转矩和速度,且无需机械式速度传感器,具有较高的实用价值。
四、结论本文介绍了一种异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现过程。
异步电机无速度传感器矢量控制策略综述

矢量控制策略具有动态响应快、转 矩脉动小、运行效率高等技术优势 ,在异步电机控制领域得到了广泛 应用。
02
异步电机无速度传感器技术
无速度传感器技术原理
估计转速和位置
通过检测电机的电压、电流等电气信 号,利用特定的算法估计电机的转速 和转子位置。
消除机械传感器
无需使用机械式的速度传感器,降低 了系统的复杂性和成本,同时提高了 系统的可靠性和维护性。
节能环保
无速度传感器技术能够实 现电机的精确控制,减少 不必要的能耗,有利于节 能环保。
矢量控制策略简介
基本原理
矢量控制策略是一种通过坐标变 换将三相交流电机等效为直流电 机进行控制的方法,可以实现电
机的高性能控制。
控制方法
矢量控制策略包括磁场定向控制( FOC)和直接转矩控制(DTC)等 方法,可以根据不同的应用需求选 择合适的控制方法。
无速度传感器技术分类
01
基于电机模型的方法
利用电机的数学模型,通过检测电机的电压、电流等电气信号估计转速
和转子位置。如基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的方法。
02
基于信号处理的方法
通过分析电机运行过程中的信号特征来估计转速和转子位置。如基于振
动信号分析、电流频谱分析等方法。
03
混合方法
结合电机模型和信号处理的方法,以充分利用两者的优点,提高估计精
展望
• 在未来,该控制策略有望成为电机控制领域的主流 技术之一,为工业自动化、智能家居等领域带来更 多的创新和变革。
THANK YOU
异步电机无速度传感器矢量控制策略的优势与局限
优势
局限
• 无需使用速度传感器,降低了系统成本和复杂度。
• 通过对电机参数的精确测量和计算,可以实现高精度 的矢量控制,提高了电机的运行效率和性能。
异步电机无速度传感器矢量控制策略综述

基于滑模控制的自适应控制策略
总结词
滑模控制是一种非线性控制策略,其核心思 想是在控制过程中使系统的状态轨迹在预设 的滑模面上滑动,以达到预设的目标。
详细描述
在无速度传感器矢量控制中,滑模控制通常 用于估计转速和转子位置。通过设计适当的 滑模面和控制律,可以使系统的状态轨迹在 滑模面上滑动,并根据滑模面的输出估计转 速和转子位置。
基于人工智能的无速度传感器控制技术
1 2
神经网络(NN)
利用多层神经网络对电机转速进行估计,具有 较好的自适应性和鲁棒性。
支持向量机(SVM)
通过构建支持向量机分类器或回归器,实现对 电机转速的估计和控制。
3
强化学习(RL)
通过设计合适的奖励函数和策略,实现对电机 转速的优化控制。
基于信号处理的无速度传感器控制技术
无速度传感器技术的优势
无速度传感器技术能够简化系统结构,降低成本,提高可靠性,因此研究无速 度传感器矢量控制策略具有重要的实际意义。
研究现状与发展
研究现状
目前,异步电机无速度传感器矢量控制策略的研究已经取得了一定的成果,各种 控制方法不断涌现,如基于模型的控制、滑模控制、神经网络控制等。
发展方向
未来的研究将更加注重控制算法的优化和实际应用效果的验证,同时结合现代信 号处理技术和人工智能技术,进一步发展新型的无速度传感器矢量控制策略。
CHAPTER 03
无速度传感器矢量控制技术
基于模型的无速度传感器控制技术
模型预测控制(MPC)
利用电机动态模型进行预测和反馈控制,以达到良好的动态性能 。
滑模观测器(SMO)
通过设计滑模面和滑模控制器,实现对电机转速的精确估计。
扩展卡尔曼滤波(EKF)
国内外传感器现状及发展趋势

国内外传感器现状及发展趋势
一、传感器现状
传感器是当今技术发展过程中必不可少的部分,它是检测和控制环境的器件,能够检测到物体、生物体及其他环境参数,并将检测到的信息转化为电信号处理,控制环境参数,使得系统能够自动化操作并取得正确的结果。
近年来,由于电子技术的发展,传感技术也取得长足的进步,它不仅可以应用于消费电子、汽车、工厂自动化等领域,而且可以应用于仪器仪表、通信等军事领域,并且在生物医学、环境科学、空间探测等领域得到了广泛的应用。
目前,国内外传感器技术的发展已经达到了非常可观的水平,技术的改进使其性能有了质的提高,传感器的灵敏度更高,噪声更低,广泛的可调,价格也较低,较常规传感器可以检测更小单位的变化,这都为后续的技术应用奠定了坚实的基础。
二、传感器发展趋势
随着科学技术的发展,传感器技术也在迅速发展,未来几年传感器技术将出现以下发展趋势:
(1)开发更多高灵敏度、超小体积的传感器。
目前,国际上有不少国家正在加大投入,开发更多高灵敏度、超小体积的传感器,满足智能化和自动化技术要求。
(2)开发更多低功耗传感器。
2024年异步电机无速度传感器DTC系统带速重启动控制研究

2024年异步电机无速度传感器DTC系统带速重启动控制研究随着工业自动化的不断发展,异步电机在各类机械设备中得到了广泛应用。
为了提高异步电机的控制精度和动态响应性能,无速度传感器直接转矩控制(DTC)系统逐渐成为了研究热点。
在无速度传感器DTC系统中,如何实现带速重启动控制是一个关键问题,它关系到系统在故障或停机后的快速恢复能力。
本文将对异步电机无速度传感器DTC 系统的带速重启动控制进行深入研究,探讨其控制策略、稳定性与可靠性、动态性能优化等方面的问题。
1. 系统概述异步电机无速度传感器DTC系统是一种基于电机转矩和定子磁链直接控制的系统,其特点是不需要额外的速度传感器,而是通过电机自身的电信号来估算转速和位置信息。
这种系统结构简单,成本较低,且具有较好的动态性能和鲁棒性。
然而,在电机带速重启动的过程中,由于转速和位置信息的突变,会给系统的稳定性带来挑战。
2. 控制策略分析为了实现异步电机无速度传感器DTC系统的带速重启动控制,首先需要对其控制策略进行深入分析。
常用的控制策略包括基于模型的控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些控制策略各有优缺点,需要根据具体的应用场景和性能需求来选择合适的策略。
例如,基于模型的控制策略具有较高的精度和稳定性,但计算复杂度较高;而模糊控制和神经网络控制则具有较强的鲁棒性和自适应性,但可能需要大量的训练数据和调试工作。
3. 带速重启动机制在异步电机无速度传感器DTC系统中,带速重启动机制是实现快速恢复的关键。
该机制需要在电机停机或故障后,快速准确地识别电机的转速和位置信息,并重新启动控制系统。
为实现这一目标,可以采用预充电、定位算法和快速跟踪控制等方法。
预充电可以在电机停机时保持定子磁链的稳定,为重新启动做好准备;定位算法则可以通过分析电机的电信号来估算转速和位置信息;快速跟踪控制则可以在电机重新启动后迅速调整转矩和磁链,使电机快速达到稳定运行状态。
4. 稳定性与可靠性稳定性与可靠性是异步电机无速度传感器DTC系统带速重启动控制的重要指标。
国内外传感器技术现状与未来发展趋势

《传感器原理与应用》结课论文国内外传感器现状及发展趋势学院:计算机与信息工程学院专业:通信工程班级:13级通信工程学号:姓名:指导教师:袁博学年学期:2016-2017学年第一学期摘要:传感器技术是现代技术的应用具有巨大的发展潜力,通过传感器技术的应用现状,在未来发展中存在的问题和面临的挑战,传感器技术现状与发展趋势。
关键字:传感器,现状,发展趋势。
正文:一、传感器的定义和组成根据国家标准(GB7665—87),传感器(transduer/sensor)的定义是:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
这一定义包含了以下几方面的含意:①传感器是测量装置,能完成检测任务:②它的输出旦是某一被测量,可能是物理量.也可能是化学量、生物量等;②它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、显示等,这种量可以是气、光、电物理量,但主要是电物理量;④输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。
关于传感器,我国曾出现过多种名称,如发送器、传送器、变送器等,它们的内涵相同或相似。
所以近来己逐渐趋向统一,大都使用传感器这一名称了。
但是,在我国还经常有把‘传感器”和“敏感元件”等同使用的情况。
当从仪器仪表学科的角度强调是一种感受信号的装置时,称其为。
传感器”:而从电子学的角度强调它是一种能感受信号的电子元件时,称其为“敏感元件”。
两种不同的提法在大多数情况下并不矛盾。
例如热敏电阻,既可以称其为“温度传感器”,也可以称之为“热敏元件”。
但在有些情况下则只能概括地用“传感器”一词来称谓。
例如,利用压敏元件作为敏感元件,并具有质量块、弹按和阻尼等结构的加速度传感器,很难用“敏感元件%类的词称谓,而只“传感器”则更为贴切。
传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。
(1)敏感元件:它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。
是一种气体压力传感器的示意图。
膜盒2的下半部与壳体l固接,上半部通过连扦与磁芯4相连,磁芯4置于两个电感线圈3中,后者接人转换电路5。
传感器技术发展现状与趋势文献
传感器技术发展现状与趋势文献传感器技术是现代工业、农业、医疗、环保等领域中不可或缺的一项技术。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展,传感器技术也在不断发展和创新。
本文将从传感器技术的发展现状和趋势两个方面展开,探讨传感器技术的未来发展方向。
一、传感器技术的发展现状传感器技术的发展可以追溯到20世纪初,当时主要应用于工业自动化控制领域。
随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展,传感器技术也得到了广泛应用。
目前,传感器技术已经涉及到了工业、农业、医疗、环保、交通等多个领域。
在工业领域,传感器技术已经成为工业自动化控制的重要组成部分。
传感器可以实时监测生产过程中的温度、压力、流量等参数,从而实现对生产过程的精确控制和优化。
在农业领域,传感器技术可以实现对土壤湿度、温度、光照等参数的监测,从而实现对农作物的精准管理和优化。
在医疗领域,传感器技术可以实现对患者的生命体征、病情等参数的监测,从而实现对患者的精准治疗和护理。
在环保领域,传感器技术可以实现对环境污染物的监测和控制,从而实现对环境的保护和治理。
在交通领域,传感器技术可以实现对车辆、行人等的监测和控制,从而实现对交通流量的优化和管理。
二、传感器技术的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的不断扩展,传感器技术也在不断发展和创新。
未来,传感器技术的发展趋势主要包括以下几个方面:1. 多功能化未来的传感器将不仅仅是单一的测量仪器,而是具备多种功能的智能传感器。
例如,可以实现对多种参数的监测和控制,同时还可以实现数据处理、通信等功能。
2. 微型化未来的传感器将越来越小,甚至可以实现微型化。
微型化的传感器可以更加方便地嵌入到各种设备和系统中,实现对设备和系统的实时监测和控制。
3. 无线化未来的传感器将越来越倾向于无线化。
无线传感器可以实现对设备和系统的远程监测和控制,从而提高工作效率和安全性。
4. 智能化未来的传感器将越来越智能化。
智能传感器可以通过学习和适应,实现对环境和设备的自主控制和优化。
无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究的开题报告
无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究的开题报告题目:无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究一、选题背景随着工业自动化的不断推进和发展,传统的电机控制方式已经不能满足工业现代化的需求。
电机矢量控制技术是一种新兴的控制技术,可以提高电机的精度和效率,且具有自我诊断和扩展性等优点。
然而,传统电机矢量控制系统通常需要速度传感器进行控制,成本较高且易受环境干扰,因此研究无速度传感器感应电机矢量控制系统具有重要的理论和实践意义。
二、研究目的本研究旨在通过对无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究,探究其在电机控制方面的优势和实际应用价值。
具体研究内容包括:1. 建立无速度传感器感应电机矢量控制系统的数学模型,分析其原理和特点;2. 设计和实现无速度传感器感应电机矢量控制系统的算法,验证其正确性和稳定性;3. 综合比较传统电机矢量控制系统和无速度传感器感应电机矢量控制系统的性能优劣;4. 将无速度传感器感应电机矢量控制系统应用到实际电机控制系统中,探究其实用价值。
三、研究方法本研究主要采用理论研究和实验研究相结合的方法。
具体包括:1. 基于电机理论和控制系统理论,建立无速度传感器感应电机矢量控制系统的数学模型;2. 设计和实现无速度传感器感应电机矢量控制系统的算法,并进行仿真验证和实验测试;3. 根据实验数据,综合比较传统电机矢量控制系统和无速度传感器感应电机矢量控制系统的性能表现;4. 将无速度传感器感应电机矢量控制系统应用到实际电机控制系统中,并进行功能测试和效果评估。
四、研究内容和进度安排1. 建立无速度传感器感应电机矢量控制系统的数学模型(两周);2. 设计和实现无速度传感器感应电机矢量控制系统的算法(四周);3. 进行仿真验证和实验测试(四周);4. 综合比较传统电机矢量控制系统和无速度传感器感应电机矢量控制系统的性能表现(两周);5. 将无速度传感器感应电机矢量控制系统应用到实际电机控制系统中,并进行功能测试和效果评估(两周);6. 撰写研究报告(两周)。
矢量控制的优势与不足
矢量控制的优势与不足矢量控制(Vector Control)是一种通过控制系统的输出来实现电机转速和转向控制的方法。
在现代电机控制中,矢量控制被广泛应用于交流电机,尤其是感应电机和永磁同步电机。
作为一种高级控制技术,矢量控制拥有许多优势,但同时也存在一些不足之处。
本文将探讨矢量控制的优势与不足,并分析其应用领域和未来发展趋势。
优势:1. 高控制精度:矢量控制通过对电机的电流和电压进行独立控制,能够实现非常精确的转速和转向控制。
相较于传统的定向控制方法,矢量控制能够准确地跟踪和调节输出信号,提供更高的控制精度和稳定性。
2. 宽控制范围:矢量控制技术可以实现电机在整个转速范围内的稳定运行。
无论是低速启动还是高速运行,矢量控制都能够提供相应的控制策略,确保电机输出满足要求。
这使得矢量控制在需要广泛的转速调节范围的应用中得到了广泛应用,如电梯、风电等行业。
3. 抗负载干扰能力强:矢量控制技术能够对电机负载的变化做出快速响应,并调整控制策略以保持电机的稳定运行。
无论是负载的突然增加还是减少,矢量控制都能够迅速调整输出,保持电机的性能和效率。
4. 快速动态响应:矢量控制技术通过准确控制电机的输出信号,能够实现快速的动态响应。
对于需要频繁启停或者需要高速运动的应用,矢量控制能够快速调整电机的输出,在保证稳定性的同时实现高效工作。
不足:1. 系统复杂性:矢量控制技术的实现需要复杂的控制算法和电路设计。
相较于传统的定向控制方法,矢量控制对硬件和软件的要求更高,对控制系统的设计和实现提出了更高的要求。
这增加了系统的开发难度和成本。
2. 需要高性能电机:矢量控制技术对电机的性能要求较高,只有在电机具备足够的响应速度和扭矩特性时,才能发挥矢量控制的优势。
对于一些低成本或老旧电机,可能需要进行改造或更换才能适应矢量控制技术的要求。
3. 对控制参数的敏感性:矢量控制对于控制参数的调整和优化要求较高。
不同的应用场景可能需要不同的参数设置,而这些参数的调整需要丰富的经验和专业知识。
异步电机无速度传感器矢量控制策略综述
描述转子位置、速度、电流等变量之间的关系,以及它们与 定子电压、电流等变量之间的关系。
矢量控制的基本原理
矢量控制概念
将异步电机的三相电流通过派克变换转化为直交坐标系下的直流电流,通过 对直流电流的控制实现异步电机的矢量控制。
矢量控制的优点
通过控制直交坐标系下的电流,可以实现对异步电机转矩和磁通的独立控制 ,提高电机的效率和动态性能。
测试环境
为保证实验的准确性,实验环境需要具备良好的电磁兼 容性,且需使用高性能的数字信号处理器(DSP)进行 控制算法的运行。
实验结果与分析
实验结果
通过对比实验,可以得出无速度传感器矢 量控制策略在异步电机控制中具有优越的 性能表现。
VS
结果分析
无速度传感器矢量控制方法可以消除传统 控制方法中必需的机械速度传感器,从而 提高系统的可靠性和鲁棒性,同时制器
根据异步电机的数学模型和给定 的参考信号,计算出需要的电压 和电流控制量,并将其输出到 PWM调制器和逆变器。
PWM调制器
将控制器的输出转化为脉冲信号 ,控制逆变器的开关状态,从而 实现对异步电机电源的控制。
逆变器
根据PWM调制器输出的脉冲信 号,产生异步电机所需的电压和 电流,实现对电机的控制。
步研究提供了理论依据和参考。
研究不足与展望
01
虽然本文对无速度传感器矢量控制策略的研究现状进行了较为全面的综述,但 还有一些方法尚未涉及,如基于人工智能等非线性控制方法在无速度传感器矢 量控制中的应用等。
02
此外,本文所综述的实验数据主要来自仿真和实验室研究,实际应用中可能存 在不确定性和干扰因素,因此需要进一步研究更为实用的控制策略。
控制策略对比与优劣分析
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1 引言交流传动在高性能场合的应用始于矢量控制概念的引入,包括直接磁场定向与间接磁场定向控制。
尽管这一概念早在60年代就已出现,并由Siemens 的Blaschke博士于1972年正式提出,但是真正应用还是在微电子技术发展的二十年后。
矢量控制从基本原理上讲能够获得优异的动静态特性,但是对电机参数的敏感性却成为实际应用中必须解决的问题。
驱动器通过启动前的自整定以及运行过程中的在线整定,适应电机参数变化,保持矢量控制的动静态性能,这些复杂的自适应控制算法都必须通过强大的信号处理器才能完成。
近年来随着半导体技术的发展及数字控制的普及,矢量控制的应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合,乃至家用电器。
交流驱动器已在工业机器人、自动化出版设备、加工工具、传输设备、电梯、压缩机、轧钢、风机泵类、电动汽车、起重设备及其它领域中得到广泛应用。
随着半导体技术的飞速发展,功率器件在不断优化,开关速度在提高而损耗在下降,功率模块的功率密度在不断增加;数字信号处理器的处理能力愈加强大,处理速度不断提升,交流驱动器完全有能力处理复杂的任务,实现复杂的观测、控制算法,现代交流传动的性能也因此达到前所未有的高度。
以代表交流驱动控制最高水平的交流伺服为例,其需求随着新的生产技术与新型加工原料的出现而迅速增长。
据相关统计,高性能交流伺服驱动器数量的年增长率超过12%。
伺服驱动中应用最多的电机是异步电机及同步电机,额定功率从50W到200kW,位置环、速度环以及转矩环路的典型带宽分别为60Hz、200Hz以及1000Hz。
交流电机驱动中的大部分问题应当说在当今的驱动器中已经得到解决,相关的成熟技术提供了被业界广泛接受的解决方案,并在许多领域中得到成功应用,因此从基本结构上来讲,交流驱动器的现有设计方案在未来的几年中不会有大的变化。
现在,交流驱动器开发的一个重点是如何将驱动器与电机有机地结合在一起,开发出更低成本、高可靠性、高性能“驱动模块”。
基于这一思路,为进一步减小成本、提高可靠性,开发人员在如何省去轴侧传感器以及电机相电流传感器进行了深入的研究,特别是高性能无速度传感器矢量控制(SVC)的实现吸引了各国研发人员的广泛关注,并已成为近年来驱动控制研究的热点。
随着具有强大处理能力的数字信号处理器的推出,实现该控制方式所需要的高鲁棒性、自适应的参数估计以及非线性状态观测成为可能,新的无速度传感控制方案不断推出。
Siemens、Yaskawa、Toshiba GE、Rockwell、Mistubishi、Fuji等知名公司纷纷推出自己的SVC控制产品(本文所指SVC均针对异步电机),控制特性也在不断提高。
SVC目前已在印刷、印染、纺机、钢铁生产线、起重、电动汽车等领域中广泛应用,在高性能交流驱动中占有愈来愈重要的地位。
2 无速度传感器矢量控制的优势概括来说,无速度传感器矢量控制可以获得接近闭环控制的性能,同时省去了速度传感器,具有较低的维护成本。
与传统V/Hz控制比较,无速度传感器矢量控制可以获得改进的低速运行特性,变负载下的速度调节能力亦得到改善,同时还可获得高的起动转矩,这在高摩擦与惯性负载的起动中有明显的优势。
正是由于这些驱动特性,该控制技术已逐渐成为通用恒转矩驱动应用的选择。
事实上,基本上所有的AC驱动厂家都提供该控制模式。
Schneider公司的驱动市场经理Susan Bowler认为,该控制模式的吸引人之处在于利用最小的附加费用获得大大增强的性能,包括低速特性、转矩响应及定位能力等。
由于其性能接近伺服驱动,公司在拓展需要更精确负载定位控制的场合。
该公司的第三代Altivar无速度传感器驱动产品具有自调谐特性,确保驱动器在电机运行参数随时间发生变化的情况下仍然能够持续优化电机运行特性,控制算法在设定速度上计算优化的电机电压以获得最大的转矩输出。
电机的模型已经考虑了热效应的影响。
Siemens交流驱动产品经理Kirkpatrick 的观点是,目前大多数的AC驱动产品默认都是SVC控制。
闭环磁通矢量控制(FVC)只是在一些需要更严格速度控制及零速转矩控制的场合应用。
由于FVC成本较高,码盘、电缆及其安装接线等涉及问题较复杂,其销量不大。
3 无速度传感器矢量控制的现状无速度传感器控制这种感应电机的高级驱动方式填补了高性能闭环控制与简单开环控制之间的空档,其价格与所提供的驱动性能相称。
尽管省略了闭环控制中使用的速度传感器,SVC仍然需要采用电压、电流传感器对电机进行控制,在高速运算处理器的平台上通过使用复杂的电机模型与高强度的数学运算,对传感器输入信号进行处理获得电机控制所需的磁通与转矩分量,再通过自适应的磁场向量方法实现解耦控制,以获得良好的动态响应。
应当说,该控制方式目前没有标准的解决方案,在过去的十几年里研究人员发表了不少论文,提出了许多不同的思路,而事实上许多公司在其通用变频器中亦采用了各自不同的无速度传感器控制方案,其驱动性能不尽相同,这与方案的内核是基于V/Hz或者磁场定向有关。
大多数的无速度传感器交流驱动都属于无速度传感器矢量类型,而直接转矩控制(DTC)则属于另外一种。
Rockwell的Kerkman认为,高性能的无速度传感器控制源于闭环磁场定向磁通矢量控制,其控制基于转子磁通矢量;而相对性能较低的方案则基于定子磁通矢量和一些简单的控制算法。
SVC控制技术中滑差频率的准确估测是困难所在,计算该频率所需的量对SVC来讲都是基本的控制量,因此它涉及到多方面的问题。
Siemens标准传动R&D 的Eckardt则认为,在高速电机磁场可以直接根据电机反电势计算获得,在低速(特别是零频附近),定子磁通的计算较为困难;而在零频,理论上定子磁通是不可观测的。
在Mitsubishi公司,高级磁通矢量控制代表了最新的无速度传感器控制技术。
该技术对公司之前于1993年开发的技术进行了进一步的优化,旨在提高低速无速度传感器运行时的输出转矩与运行稳定性。
该公司交流驱动市场部经理Kantarek认为,SVC控制的优良特性可以应用到绝大多数恒转矩运行场合,特别是那些需要高起动转矩及低速平滑运行的场合,而且SVC驱动器目前已经发展到可以替代DC驱动。
根据Kantarek的介绍,Mitsubishi的SVC控制首先采用了电机内部特征模型,之后通过自整定每几个毫秒采样一次电机模型,驱动器将输出电流分解为激磁与转矩电流。
通过相应的电压补偿保证电机定子磁通在一个稳定值上,并进一步计算转差频率。
直接转矩控制(DTC)为另外一种当今引起广泛关注的无速度传感器控制解决方案, ABB 公司于1995年推出了其直接转矩控制产品ACS600,目前升级至ACS800。
DTC采用了单独的环路对电机的速度及转矩进行控制。
ABB交流驱动R&D经理Gokhale解释说,“DTC 自开发之初就是一种无传感器控制的结构,它从本质上说是一种转矩控制方案,而不是矢量控制。
”DTC除去了典型矢量控制中的电流调节器或电压指令生成环节。
代之的是两个滞环控制环节,每25μs分别对磁通及转矩进行估计与控制。
在该控制结构中, 低速磁通辨识的积分漂移以及定子电阻变化的影响直接限制了驱动器的最低工作范围。
由于系统没有中间转矩电流、磁通电流控制环节, DTC缺乏直接电流控制。
总体来讲, DTC直接控制转矩, 间接控制电流。
正是由于以上一些特点,一些研究人员将DTC称为本质上的“高级标量控制”。
限于篇幅,本文将不再展开,以下将只针对SVC进行相关阐述。
SVC控制的关键在于正确的转速估计与解耦控制,但这两者之间又存在相互耦合的关系。
转速估计的精度不仅决定于测量的定子电压与电流,同时与电机参数密切相关。
在数字化电机控制系统中,转速估计的精度又与采样频率以及反馈信号的分辨率有关,而转速估计的精确程度不仅影响到速度控制的准确度, 也会影响到速度环路补偿器的设计。
这些问题环环相扣, 稍有失误甚至会影响到系统的稳定性。
SVC技术要实用化,必须解决几个基本问题:磁通辨识、速度估计以及参数适应性。
过去十几年里,研究人员开发出了多种磁通辨识与转速估计方法。
应用较为广泛的磁通辨识模型包括:开环电压模型、闭环复合模型以及自适应磁通观测模型。
开环电压模型在低速存在积分漂移,对参数较为敏感,通过引入低通环节或多重级连低通环节解决积分漂移引起的发散问题,但是会引入幅值与相位失真,因此高性能的无速度传感器控制必须引入适当的补偿方法;闭环复合模型通过计算电压模型与电流模型间的估计误差完成高低速两种模型的平滑切换,在实际设计时通常需要选择合适的增益;自适应磁通观测模型通过自适应环节消除参数变化对磁通观测的影响,可应用于直接转子磁场定向控制。
速度估计的方法有的是根据电机端电压及电流来估计转速,有的则是利用观测器来估计转速。
转速估计的基本思路在于利用定子电压、电流与频率来计算转子的速度,这些方法基本上可分为:(1) 以滑差频率为基础的转速估计方法;(2) 以磁场定向为基础的转速估计方法;(3) 以自适应控制为基础的转速估计方法;(4) 以观察器为基础的转速估计方法。
其中以磁场定向为基础的转速估计法由于其快速性与较高的准确度,已成为行业设计的主流。
无论是磁通辨识还是速度估计,对参数的依赖性都较强,也正是因为如此SVC与采用速度或位置传感器的闭环磁通矢量控制(FVC)相比,对电机参数的变化更为敏感,在速度调节与转矩响应等动态指标上要落后于FVC控制。
目前业界对SVC参数整定的设计包括初始整定与在线整定两种。
在初始整定中,一些厂家只需输入电机铭牌参数,另外一些厂家则需要进入单独的静止、旋转参数辨识(离线辨识)。
例如,GE Fuji生产的AF-300 G11动态转矩矢量控制驱动器中提供离线与在线整定两种方式。
该产品有一个子程序跟踪电机运行状态,观测由于温度或负载变化引起的参数变化。
通过在电机运行过程中不断刷新电机参数,并利用其独特的数学模型调节电压及电流,达到优化电机低速运行性能的目的。
在线整定的典型方法包括:EKF、MRAC以及直接求解电机DQ模型方程式等方法。
众所周知,转子时间常数在磁场定向中扮演重要角色,在无速度传感器控制中,如何独立辨识转子速度与转子时间常数十分重要。
一种办法是通过注入高次谐波来实现,但需要注意引起的转速、转矩波动,这是由于为了进行有效地辨识,谐波幅度相对需要较大;另外有的研究人员提出使用电机转子槽谐波独立辨识转速。
有关参数自适应这方面的研究仍在深入,如何提高SVC系统的适应性、鲁棒性无疑是一个重要的研究课题。
总的来看,由于不需要速度传感器,SVC的电机控制模型要十分精确。
从运算量来讲,SVC控制比FVC更为复杂,这也使得无速度传感器控制的难度要明显高于闭环控制。