全數(shù)字化異步電機矢量控制系統(tǒng)的分析

1、1緒論交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)、民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，為追求異步電機矢量控制系統(tǒng)及通用變頻器的高性能、高精度、高穩(wěn)定性，這方面的分析依舊是個熱點。同時，隨著應(yīng)用的越來越廣，如何在追求高性能和設(shè)計方便程度、系統(tǒng)的成本之間，找個一個平衡點，也是人們關(guān)心的話題之一?；赟VPWM等的高性能矢量控制技術(shù)提高了系統(tǒng)的性能，尤其是直流電壓利用率[1]，但要求系統(tǒng)具有強大的計算、處理、控制能力，對控制芯片的要求也越來越高，如何在現(xiàn)有技術(shù)條件下，選擇合

2、適且性價比的控制芯片也是作為工程技術(shù)人員關(guān)心的話題。此外，很多變頻器需要適用于通用負載電機，但高性能的異步電機矢量控制系統(tǒng)需要異步電機的轉(zhuǎn)子電阻等參數(shù)才能達到高精度控制，需要對電機進行參數(shù)的自學習和參數(shù)辨識，如何在最小的硬件成本下實現(xiàn)電機參數(shù)的辨識，也是國內(nèi)外交流傳動領(lǐng)域關(guān)注的動向。1.1交流調(diào)速技術(shù)概況據(jù)統(tǒng)計電機類的耗電量占企業(yè)總用電量的70%以上，因此電機節(jié)能對國家經(jīng)濟具有重要的意義，電氣傳動及其自動化技術(shù)是電氣技術(shù)的重要組成，電力

3、傳動的技術(shù)發(fā)展水平也是體現(xiàn)國家科技水平的重要方面[1][2]。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對電機進行節(jié)能技術(shù)改造，可以有效地節(jié)電量，取得很好的經(jīng)濟效益。20世紀60年代以前的調(diào)速系統(tǒng)以直流機組及晶閘管構(gòu)成的直流VM系統(tǒng)為主。隨著80年代IGBT等新型電力電子器件及微機控制技術(shù)的發(fā)展[2]，及以矢量控制為代表的各種交流調(diào)速理論的發(fā)展，也伴隨著人們?yōu)榻鉀Q能源危機的巨大科研投入，交流調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展[2][3]。交流傳動系統(tǒng)在性能上也已取得了長足發(fā)展

4、，具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快速動態(tài)響應(yīng)及四象限運行等良好技術(shù)性能，其動、靜態(tài)特性可以和直流傳動系統(tǒng)相媲美。交流調(diào)速系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)簡單、功率大、堅固耐用、慣量小矢量控制等高性能控制動態(tài)響應(yīng)好、效率高、性價比高，高精度等特點[1]，是目前運用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速1目前矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在SIEMENS，ABB，GE，F(xiàn)uji等國際化大公司變頻器，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但由于交流調(diào)速的復(fù)雜性及人們對性能要求的提高，矢量控制還有很大的分

5、析空間，近年來，圍繞著矢量變換控制的缺陷和性能的進一步提高，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非線性和電機參數(shù)變化影響系統(tǒng)性能等問題，國內(nèi)外學者進行了大量的分析。目前矢量控制的幾個難點是[3][9]：其一，轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，矢量變換復(fù)雜，使得實際控制效果難以達到理論分析的效果，這是由矢量控制技術(shù)特點決定；其二，必須直接或間接得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能通過坐標變換，實現(xiàn)定子電流解耦控制。這就使得矢量控制系統(tǒng)中，需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，增加了成

6、本，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于調(diào)速范圍、轉(zhuǎn)速精度和動態(tài)品質(zhì)要求不是特別高的場合，往往采用無速度傳感器矢量變頻控制系統(tǒng)；其三，矢量控制需要交流電機多耦合的參數(shù)，才能實現(xiàn)高精度的控制（如電機轉(zhuǎn)子時間常數(shù)等）。目前通用變頻器，無論是對電機參數(shù)的自學習式參數(shù)獲取及在對電機運行過程中，由于溫度等外界環(huán)境和電機磁場變化引起的參數(shù)變化的動態(tài)跟蹤辨識都還是個難題。1.3PWM控制技術(shù)的發(fā)展脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)是指利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流

7、電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓變頻控制并消除諧波的技術(shù)，是電力電子控制器的核心技術(shù)之一，電力電子電路任何控制算法的最終實現(xiàn)幾乎都是以各種PWM控制方式完成的，對于電機控制而言，目前應(yīng)用最廣的是正弦脈寬調(diào)制（SPWM），此外更高控制性能的空間脈寬調(diào)制（SVPWM）也逐漸進入人們的視野[11]。1964年德國的honung等人率先提出了脈寬調(diào)制變頻的思想，他們把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于變頻調(diào)速中[10]。40多年來，PWM控