MATLAB异步电机矢量控制变频调速系统的研究(2)

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1.2 异步电机矢量控制变频调速系统的现状与发展

随着各种交流电机技术的进步，也必定经历了几个时期才得以完善的：初期通用变频器，一般只考虑到它的控制结构简单、成本较低，所以刚开始都是以开环恒压频比控制方法来进行研究的。但是后来也慢慢地发现它的好多不足，比如控制以及调速不是很好，控制曲线不稳定，转矩反应速度慢，电磁转矩利用率低，稳定性因为低速定子电阻以及逆变器死区效应变得不好，一般来说比较适宜应用在水泵、风机等地方；改革开放的日本学者跟踪基于磁链空间矢量的电压（或磁通轨迹法）。整体概念是基于三相波形产生的条件的影响，为理想的圆形旋转电机气隙磁场接近目标轨迹，产生三个相位调制波形即为电压空间矢量控制。要想完全能够消除速度控制稳态的偏差，我们首先要建立有关于电机的稳态模型。只有消除低速时定子电阻对调速机能的干预，才能达到预期的效果。这就需要用直流电流信号重建相电流进而估算出磁链幅值经过反馈控制来消除干预。当我们能够完成输出电压、电流的闭环控制，动态负载下的电压控制精度和稳定度就可以的到提高促使得电流波形得到改良。完成迅速的加减速全因为该控制方式对再生过电压、过电流抑制较为显著。

交流电机是一个多变量，极其复杂的非线性控制，该方法在控制特性，静态和动态的效果不是很好。想要从根本性上改善系统的性能，需要用到转矩控制调节。海外的一些学者经过对电机数学模型的简化，让它的不足得到了改善，完成了如今应用较为广的矢量控制理论。也称磁场定向控制。它是以直流电动机和交流电动机的比较得出来的，而在七十年代初期由西德F．Blasschke等人将它提了出来。创造了一个交流—直流电机等效控制。交流电动机控制的繁杂性，在以往的实验中大家能够明显看出，但并不影响其能完成转矩、磁场独立控制。矢量控制的基本原理是控制的磁通矢量电机，通过分化的定子电流，使转矩和磁场分解为两个部分，其变化是由一种正交坐标解耦控制完成。但是在实际的控制过程中却很难达到理想的预期效果，主要是因为矢量控制技术在实践操作上存在不足导致转子磁链难以观察以及矢量变换比较复杂。我们需要在这种矢量控制系统中配置转子位置和速率传感器，以便于获得转子磁链在空间上的位置，这样一来才能完成定子电流的解耦控制，这种方法有一定的局限性不方便操作，不适用很多场合。电机运转过程又会受到好多因素的影响，比如恶劣的温度等外界环境以及电机转子时间常数等参数会改变电机磁场，很大程度上降低了控制系统精度，国内外许多学者在转子时间常数还有环境方面做了大量的工作。继矢量控制方式之后，1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首次提议直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC)。直接转矩控制在控制的时候只是控制定子磁链，是不需要转速信息的，直接在定子坐标系下对交流电动机的数学模型进行分析，掌管电动机的磁链和转矩。这点也是它同矢量控制的不一样之处，它不是通过控制电流、磁链等间接方法控制转矩的，而是对转矩直接控制来进行操作的。它不需要将交流电动机控制等效成直流电动机控制样式，于是防止了矢量旋转变换中的很多繁杂的计算，它是不用遵循直流电动机的控制，不作为交流电机解耦的简化数学模型。对定子电阻的控制，所有其他的电机参数的变化；定子磁链观测的介绍可能很容易同步预算速率信息，他能够轻而易举地完成无速度传感器控制。应用于另一种通用变频器的设计也是采用这样的一种控制方法，在速度传感器安装不便的一些地方是特别重要的，这种被称为无速度传感器直接转矩控制的控制，对提高系统的稳定性给予了很大的帮助。然而，这一类的控制依赖于对电机参数的自动识别(Identification简称ID)和精准的机电数学模型，经过ID建立电机在实际情况下的电机惯量、定子阻抗互感等重要参数，然后预算出电动机的定子磁链、实际转矩和转子速率依据精准的电动机模型，转矩产生的带控制和PWM信号的频带的磁链和，逆变器的控制开关的状态。交流传动与控制技术是当今技术发展最为迅速的，这是制造技术和电力电子变流技术，控制技术，微型计算机和大规模集成电路的快速发展所造就的。