交流電機(jī)控制技術(shù)作圖題交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與展望

1、交流電機(jī)限制技術(shù)作圖題交流電機(jī)限制技術(shù)的開(kāi)展與展望 引言與直流電機(jī)相比,交流電動(dòng)機(jī)是多變量,強(qiáng)耦和的非線形系統(tǒng),要實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)矩限制非常困難.20世紀(jì)70年代德國(guó)工程師F.Blaschke首先提出異步電動(dòng)機(jī)矢量限制理論來(lái)解決交流 電機(jī)轉(zhuǎn)矩限制問(wèn)題.1985年,德國(guó)的Depenbrock教授提出了異步電 動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩限制方法.近年來(lái),矢量限制和直接轉(zhuǎn)矩限制技術(shù)不斷 開(kāi)展,且有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域.隨著現(xiàn)代限制理論和電子技術(shù)的發(fā) 展,各種限制方法和器件不斷出現(xiàn).矢量限制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望矢量限制新技術(shù)磁通的快速限制：在直接磁場(chǎng)定向矢量限制異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào) 速系統(tǒng)中,利用磁鏈預(yù)測(cè)值進(jìn)行磁通快速限制的方法

2、.參數(shù)辨識(shí)和調(diào)節(jié)器自整定：基于模型參考自適應(yīng)算法的一慣性 系統(tǒng)及二慣性系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)的辨識(shí)方法.非線性自抗擾限制器：在異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程中,用自抗擾限制器取代經(jīng)典PID限制器進(jìn)行限制.矩陣式變換器：一種適用于矩陣式變換器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的組合限制策略,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了矩陣式變換器的空間矢量調(diào)制和異 步電動(dòng)機(jī)的直接磁場(chǎng)定向矢量限制.矢量限制技術(shù)的開(kāi)展矢量采用高速電動(dòng)機(jī)限制專用 DSR嵌入式實(shí)時(shí)軟件操作系統(tǒng), 開(kāi)發(fā)更實(shí)用的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向方法和精確的磁通觀測(cè)器,使變頻器獲得高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高過(guò)載水平,將是未來(lái)矢量限制技術(shù)的重要開(kāi)展方向. 無(wú)速度傳感器的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控

3、制也是開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一.永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于它的高效、高功率因 數(shù)、高可靠性而得到越來(lái)越多的關(guān)注. 無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控 制和正弦波電流限制,在應(yīng)用方面已趨成熟.開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在許多 領(lǐng)域應(yīng)用也取得了很多進(jìn)展.直接轉(zhuǎn)矩限制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望直接轉(zhuǎn)矩限制新技術(shù)直接轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍限制是基于離散化直接轉(zhuǎn)矩限制系統(tǒng)提出來(lái)的一種限制方法.無(wú)差拍限制可以在一個(gè)限制周期內(nèi),完全消除定子磁 鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的動(dòng)、靜態(tài)誤差,消除由于使用滯環(huán)比擬器產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),使電機(jī)可以運(yùn)行在極低速下,擴(kuò)大了調(diào)速范圍.轉(zhuǎn)矩磁鏈跟蹤預(yù)測(cè)限制方法認(rèn)為磁鏈模值已經(jīng)被準(zhǔn)確限制或 只發(fā)生緩慢地變化,沒(méi)有考慮磁鏈模值的限制問(wèn)題. 對(duì)磁鏈和

4、轉(zhuǎn)矩都 進(jìn)行了預(yù)測(cè)跟蹤限制,限制效果明顯優(yōu)于單純的轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測(cè)限制.直接解耦限制DDe有兩種方法,一種是預(yù)測(cè)直接解耦限制 P-DDC,另一種是使用PI調(diào)節(jié)器的直接解耦限制PI-DDC.PI-DDC 限制方法具有很好的動(dòng)、靜態(tài)特性,能夠在很大程度上消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng), 即使在極低速條件下,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也非常小.PI 調(diào)節(jié)器限制是使用PI調(diào)節(jié)器輸出定子電壓矢量的直接轉(zhuǎn)矩 限制技術(shù),其中磁鏈調(diào)節(jié)器A6 R和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATRTB使用PI調(diào)節(jié)器, 通過(guò)兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器給出相應(yīng)定子電壓分量,提升限制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變 化的魯棒性,同時(shí)也減少了限制算法的計(jì)算量.間接轉(zhuǎn)矩限制是通過(guò)計(jì)算相鄰限制周期的磁鏈增量來(lái)決定定子 電壓空間

5、矢量,并且在保證磁鏈軌跡為圓形的條件下, 對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn) 行限制.直接轉(zhuǎn)矩限制的開(kāi)展方向隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷開(kāi)展,直接轉(zhuǎn)矩限制技術(shù)必將有所突 破.一是交流調(diào)速向高頻化方向開(kāi)展,進(jìn)一步提升限制性能,消除脈 動(dòng),其中空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM軟關(guān)斷技術(shù)又是重點(diǎn).二是與 智能限制相結(jié)合,使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能有一個(gè)根本的提升,這是直 接轉(zhuǎn)矩限制的未來(lái).先進(jìn)限制理論在電機(jī)限制中的應(yīng)用模糊限制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制模糊限制是根據(jù)人工限制規(guī)那么組織限制規(guī)那么決策表,采用人類 思維中模糊量、限制量,由模糊推理導(dǎo)出.典型應(yīng)用如：用于電機(jī)速 度限制的模糊限制器；模糊邏輯在電機(jī)模型及參數(shù)辨識(shí)中的應(yīng)用； 基 于模糊邏輯的異步

6、電動(dòng)機(jī)效率優(yōu)化限制； 基于模糊邏輯的智能逆變器 等.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)限制是人腦神經(jīng)系統(tǒng)的某種簡(jiǎn)化抽象和模擬,由大量 的簡(jiǎn)單的神經(jīng)元互相連接形成的高度復(fù)雜的非線性系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 具有 逼近任意非線性函數(shù)的功能、高容錯(cuò)性、多輸入輸出特性,易用于多 變量系統(tǒng)的限制.魯棒限制和自抗擾限制器魯棒限制是針對(duì)時(shí)間域或頻率域來(lái)說(shuō)的,一般假設(shè)過(guò)程動(dòng)態(tài)特 性的信息和它的變化范圍.算法不需要精確的過(guò)程模型,但需要離線 辨識(shí).近年來(lái),在多電機(jī)協(xié)調(diào)限制中有重要的應(yīng)用.自抗擾限制器利用非線性結(jié)構(gòu)克服經(jīng)典 PID的缺陷,抵消和估 計(jì)出異步電動(dòng)機(jī)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)中,同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系中定子電壓方程存在的非線性耦合作用,

7、使電機(jī)定子電流的轉(zhuǎn)矩 分量與勵(lì)磁分量的相互影響,主要用于異步電動(dòng)機(jī)的非線性限制.復(fù)合限制也可以將上述幾種限制方法組合起來(lái)使用,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)模 復(fù)合限制；模糊與變結(jié)構(gòu)限制,在滑模變結(jié)構(gòu)限制系統(tǒng)中用模糊限制 取代Bang-Bang限制；滑模、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合限制；自調(diào)整模 糊滑模變結(jié)構(gòu)限制和自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)路滑模變結(jié)構(gòu)限制等.電機(jī)限制相關(guān)技術(shù)的開(kāi)展電機(jī)限制器電路集成化目前用于電機(jī)限制的集成電路可分為三大類：電機(jī)限制專用集 成電路(ASIC)、專門為電機(jī)限制設(shè)計(jì)的 MCU 口 DSP電路集成有兩個(gè) 途徑,一是將電動(dòng)機(jī)限制器和中等電流功率 MOSFE集成在一個(gè)芯片 上.二是將硬件和程序根底結(jié)構(gòu)放

8、在一個(gè)模塊里,如數(shù)字式智能電機(jī)限制模塊,它集單片機(jī)數(shù)字化限制、鍵盤操作、LED顯示電路于一身, 通過(guò)設(shè)定可實(shí)現(xiàn)壘壓起動(dòng)、軟起動(dòng)、斜坡起動(dòng)、階躍起動(dòng),限流起動(dòng)、 限壓起動(dòng)、節(jié)能運(yùn)行并可實(shí)現(xiàn)軟停車.另外,把微處理器、微限制器 和數(shù)字信號(hào)處理器的水平集中于一塊芯片上,能解決大多數(shù)工程問(wèn)題. 對(duì)于少數(shù)需要大量并行處理的電機(jī)限制,可以采用專用的限制芯片, 如FPG域ASIC芯片.電機(jī)限制微限制器的應(yīng)用MCU側(cè)重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲(chǔ)器的大小,非常適用 于有大量的I/O操作的場(chǎng)合,應(yīng)用于一些精度要求不高的電機(jī)限制系 統(tǒng)中.世界上著名的集成電路芯片制造商均推出各自的產(chǎn)品.如,最 近ZiLOG公司推出

9、了 Z8Encore!MCFMCl6100系列,據(jù)稱是首例支持 矢量限制性能的8位MCU它將高速CPU高達(dá)10MIPS、高速ADC 集成運(yùn)算放大器和優(yōu)化的C言編譯程序結(jié)合起來(lái),提供與DS次量控 制同樣的功能.又如,Infineon公司推出了 8位XC88曲口 XC 888產(chǎn) 品家族,可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向限制.再如, Microchip公司推出的8位 pic18fxx31系列,適合低本錢的先進(jìn)無(wú)刷直流和交流感應(yīng)電機(jī)電機(jī) 限制應(yīng)用,16位dspic30fdsc電機(jī)限制和功率轉(zhuǎn)換系列,適用于精 度更高、運(yùn)行速度更快或無(wú)傳感器限制的電機(jī)限制應(yīng)用；pic16f7x78位單片機(jī)系列,適合對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行高效限制.

10、數(shù)字信號(hào)處理器DSP的應(yīng)用DSP芯片內(nèi)部集成了模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入/輸出、串口通信, 電機(jī)限制PWM1號(hào)輸出等接口,因此使得電機(jī)限制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)更加 靈活、簡(jiǎn)易.DSP勺特長(zhǎng)在于高速運(yùn)算,側(cè)重于運(yùn)算速度, DSP-般 用于高檔工業(yè)電動(dòng)機(jī)限制中,如伺服電動(dòng)機(jī)限制.近年來(lái),隨著 DSP 價(jià)格的降低,逐漸用DSP弋替MCU;現(xiàn)電動(dòng)機(jī)限制.TI 、ADI、Freescale三家公司都生產(chǎn)滿足電機(jī)限制要求的 DSPTI公司的相關(guān)產(chǎn)品為TMS320C200康歹U,ADI公司的相關(guān)產(chǎn)品為ADMC 系列,Freescale公司的相關(guān)產(chǎn)品為DSP5680蹤列,各系列產(chǎn)品中 功能最強(qiáng)的 DS的另U是 TMS320

11、LF2407AADMC40和 DSP56FS07 三 種產(chǎn)品性能比擬.未來(lái),具有更高速、方便的周邊功能模塊的電機(jī)專用DS喝電機(jī)限制微處理器的方向.直接集成 FPGA CPL灣大規(guī)模邏輯器件, 將兩者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,設(shè)計(jì)混合式CPU/DS他是開(kāi)展方向之一.更高 效的支持C/C+將高級(jí)語(yǔ)言編程,采用更強(qiáng)大的集成調(diào)試環(huán)境,從硬 件上更好地支持實(shí)時(shí)在線調(diào)試,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在限制系統(tǒng)軟件中的應(yīng) 用是軟件方面的開(kāi)展方向.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展為電機(jī)限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了便利條件,如用 MATLAB的real-time workshop,可將Simulink生成的限制系統(tǒng)轉(zhuǎn) 化為C語(yǔ)言文件,將其編譯成可

12、執(zhí)行文件后,在獨(dú)立的機(jī)器上運(yùn)行, 通過(guò)接口卡,將計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出到適宜的限制系統(tǒng)的執(zhí)行局部,即可實(shí)現(xiàn)在線仿真.如建立異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩限制的MATLAB/Simulink仿真系統(tǒng),并進(jìn)行仿真,同時(shí)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析.又如,在 MATLAB/Simulink 環(huán)境下對(duì)所建立的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)差型矢量限制系統(tǒng)采用變步長(zhǎng)方 法進(jìn)行仿真等.采用具有很強(qiáng)運(yùn)算水平的數(shù)學(xué)軟件 Mathematica,也可以對(duì)控 制系統(tǒng)的限制理論進(jìn)行仿真設(shè)計(jì). 還有利用Orcad、Pspice模擬電路 仿真軟件,可以對(duì)限制系統(tǒng)的主電路和執(zhí)行元件進(jìn)行仿真.目前在將不同的仿真軟件結(jié)合起來(lái)的方面也有研究,例如將MATLAB勺系統(tǒng)功能與Ps