講稿-軌跡跟蹤

1、低開關(guān)頻率中壓傳動(dòng)的定子磁低開關(guān)頻率中壓傳動(dòng)的定子磁鏈軌跡跟蹤控制鏈軌跡跟蹤控制天津電氣傳動(dòng)研究所 馬小亮. 概述概述基于高壓大功率器件的兩電平和三電平變頻器 (PWM整流和逆變器)傳動(dòng)已得到廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：降低開關(guān)頻率以增大輸出。 (EUPEC 6.5KV 600A IGBT) fs從800Hz降至200Hz，輸出電流大約增加一倍。 . 概述概述低開關(guān)頻率帶來(lái)的問題： 電流諧波大(不宜用常規(guī)PWM策略)； 動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢(常規(guī)VC要多個(gè)開關(guān)周期) ； d、q軸控制交叉耦合。 a) PI調(diào)節(jié) b) PI調(diào)節(jié)+前饋解耦補(bǔ)償. 概述概述解決辦法： 用同步對(duì)稱優(yōu)化PWM策略解決諧波問題。 用定子磁鏈跟蹤

2、控制(FTTC)解決如何把優(yōu)化PWM用于快速系統(tǒng)問題。 用基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速解決響應(yīng)及耦合問題。基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種與DTC和常規(guī)VC都不同的新調(diào)速系統(tǒng)，用于M0.3場(chǎng)合。. 同步對(duì)稱優(yōu)化同步對(duì)稱優(yōu)化PWM問題 隨fs降低，每個(gè)輸出基波周期中的PWM方波數(shù)(FR)減少，用常規(guī)的SPWM或SVPWM產(chǎn)生PWM信號(hào)，輸出波形中諧波太大，無(wú)法正常工作。解決辦法 采用同步對(duì)稱優(yōu)化PWM 同步 FR=整數(shù)，(常規(guī)PWM是異步調(diào)制) 對(duì)稱 1/4周期左右對(duì)稱和1/2周期正負(fù)半周對(duì)稱， 優(yōu)化PWM 指定諧波消除法(SHE-PWM)，消除N-1個(gè)特征諧波 (N是1/4周期開加關(guān)次數(shù)) ，第一個(gè)

3、未 消除諧 波被放大，需解N維三角函數(shù)聯(lián)立方程； 電流階波最小法(CHM-PWM)，所有電流諧波THD 最小，需用遺傳算法。 (兩種優(yōu)化PWM都有簡(jiǎn)單的近似算法). 同步對(duì)稱優(yōu)化同步對(duì)稱優(yōu)化PWM fs =200Hz常規(guī)SVPWM和CHM- 對(duì)稱和不對(duì)稱THD PWM的三電平逆變器波形圖 (a)同步不對(duì)稱，(b)同步且對(duì)稱 . 同步對(duì)稱優(yōu)化同步對(duì)稱優(yōu)化PWM同步對(duì)稱優(yōu)化PWM的應(yīng)用 離線計(jì)祘開關(guān)角ai (i =112N)，存于表P(M,N )中，工作時(shí)根據(jù)輸入電壓矢量u*調(diào)用。f1用來(lái)把a(bǔ)i角變換成時(shí)間ti，ti = ai /ws = ai /2pf1 (ws是定子角頻率)。控制框圖. 同步對(duì)

4、稱優(yōu)化同步對(duì)稱優(yōu)化PWM該控制框圖只適用于V/F調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況，一個(gè)基波周期更換一次P(M,N )表中數(shù)據(jù)。高性能系統(tǒng)要求在任意時(shí)刻更換P(M,N )表中數(shù)據(jù)，給系統(tǒng)帶來(lái)沖擊，造成過(guò)流。定子電流矢量軌跡圖 . 同步對(duì)稱優(yōu)化同步對(duì)稱優(yōu)化PWM產(chǎn)生沖擊的原因 定子磁鏈初始值不對(duì)。設(shè)原來(lái)按表中P1組角度工作，在t=t2時(shí)改成按P2工作而P2對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)期望磁鏈為由于二式初始條件不同，使實(shí)際磁鏈偏離期望磁鏈，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)調(diào)制誤差矢量d，它按定子暫態(tài)時(shí)間常數(shù)衰減。連續(xù)更改調(diào)用值，誤差積累將導(dǎo)致系統(tǒng)故障。 )()(2)1()2()2(2tdttttsssssu)()(2)2()2()2(2tdtttts

5、sssssu. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC)FTTC解決如何把優(yōu)化PWM用于快速系統(tǒng)問題。在暫態(tài)根據(jù)期望的定子磁鏈?zhǔn)噶颗c實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶?觀測(cè)值)之差d修正P(M,N)表中的開關(guān)角，避免沖擊。. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC)穩(wěn)態(tài)期望磁鏈 通過(guò)積分按P(M,N )表中角度再造的電壓矢量 獲得。 (tc調(diào)用開始時(shí)刻)為減少長(zhǎng)時(shí)間積分帶來(lái)的計(jì)算困難和累積誤差，把每個(gè)ai角對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)期望磁鏈 (ti) 也離線算好，存在P(M,N )表中，一起調(diào)用。 積分初始值 (ti =ai /ws是領(lǐng)先tc的第i個(gè)開關(guān)角ai對(duì)應(yīng)時(shí)刻)時(shí)間差tc- ti很短，避免了長(zhǎng)

6、時(shí)間積分。 ssuss)()(ctttdttcssssssuss)()(ittctdttcissssssu. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC)實(shí)際的定子磁鏈 來(lái)自按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)電流模型。 s )F()F()F(srsisrlk. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC)動(dòng)態(tài)調(diào)制誤差d用以修正P(M,N )表中ai，使d趨于最小。磁鏈誤差是PWM波形的伏-面積誤差，可以通是改變PWM開關(guān)時(shí)刻來(lái)修正。采樣和修正周期為Tk=0,5ms(小于PWM開關(guān)周期)，在這周期中若某相存在PWM跳變，便修正它的跳變時(shí)刻，無(wú)跳變便不修正。 修正的原理： 對(duì)于電壓正跳變(

7、標(biāo)記為s=+1) ，若跳變時(shí)刻推后Dt0，則伏-秒面積減小，反之則伏-秒面積增加； 對(duì)于電壓負(fù)跳變(標(biāo)記為s=-1) ，若跳變時(shí)刻推后Dt0，則伏-秒面積增加，反之則伏-秒面積減??； 若無(wú)跳變，標(biāo)記為s=0。. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC)以a相為例，若在Tk中存在n次跳變，其中第i次跳變的時(shí)間修正量Dtai為，則在Tk中a相動(dòng)態(tài)調(diào)制誤差的修正量為d矢量在abc三相坐標(biāo)系的三個(gè)分量即三相侍修正誤差量，代入上式可算出各相應(yīng)修正的時(shí)間。DDniaiaidatsud13. 定子磁鏈軌跡跟蹤控制定子磁鏈軌跡跟蹤控制(FTTC). 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)A.

8、 “自控電機(jī)”VC中輸入電壓矢量u*(等于PWM輸出基波，不含諧波)來(lái)自電流調(diào)節(jié)器輸出，含有噪聲，把它送至優(yōu)化PWM，將導(dǎo)致P(M,N)錯(cuò)誤調(diào)用和修正，系統(tǒng)紊亂。解決辦法 借助電機(jī)觀測(cè)器建立一個(gè)能輸出干凈u*的 “自控電機(jī)”。 u*不來(lái)自電流調(diào)節(jié)器輸出，而是優(yōu)化PWM輸入，觀測(cè)器輸出一個(gè)干凈的u*信號(hào)，又送回PWM輸入，這是一個(gè)自我封閉的穩(wěn)態(tài)工作系統(tǒng)，所有輸出都是干凈的基波值，僅在接受輸入擾動(dòng)信號(hào)后才改變工作狀態(tài)。 . 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)混合觀測(cè)器 定子模型是降階觀測(cè)器，轉(zhuǎn)子模型是轉(zhuǎn)子磁鏈定向模型(電流模型電流模型)。 . 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

9、B. 基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)引入“自控電機(jī)”后系統(tǒng)不能調(diào)速，必須通過(guò)外環(huán)加入擾動(dòng)矢量 才能改變?cè)瓉?lái)的穩(wěn)定工作狀態(tài)。基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)由磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器)組成，沒有電流調(diào)節(jié)器。 s. 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)磁鏈調(diào)節(jié)器的輸出是定子磁鏈d軸分量給定 ，由于 轉(zhuǎn)子磁鏈不與q軸耦合，可以通過(guò) 控制來(lái)控制 。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出是定子磁鏈q軸分量給定 ，由于在 恒定條件下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不與d軸耦合，可以通過(guò)控制 來(lái)控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩和電流的限制由該調(diào)節(jié)器限幅實(shí)現(xiàn)。*sdsdsrdrdrkdtdsdrd*sqsqrdsrdlkTrdsq. 基于基于FT

10、TC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 和 合成得定子磁鏈給定矢量 ，與來(lái)自觀測(cè)器的 比較后得“自控電機(jī)”的擾動(dòng)矢量信號(hào) 。由于FTTC的跟蹤性能好，能很快消除磁鏈誤差 ，從而消除交叉耦合，實(shí)現(xiàn)磁鏈與轉(zhuǎn)矩的分別控制和快速響應(yīng)。為消除電機(jī)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)影響，引入2個(gè)參數(shù)補(bǔ)償PI調(diào)節(jié)器，由于電機(jī)參數(shù)變化緩慢，這2個(gè)PI調(diào)節(jié)的比例系數(shù)P很小，時(shí)間常數(shù)T大。 *sd*sq*ss1 ss. 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)C. 30KW樣機(jī)和1WM工業(yè)裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 基于基于FTTC的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)本調(diào)速系統(tǒng)性能優(yōu)于常規(guī)VC。常規(guī)VC用電流調(diào)節(jié)器改變PWM占空比來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)時(shí)間需多個(gè)開關(guān)周期，在低fs下動(dòng)態(tài)解耦效果不好。本系統(tǒng)通過(guò)改變PWM波形前后沿角度來(lái)調(diào)節(jié)，響應(yīng)過(guò)程有可在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)完成，動(dòng)態(tài)解耦效果好。本調(diào)速系統(tǒng)性能也優(yōu)于TDC。TDC在低開關(guān)頻率下電流波形諧波大，影響裝置出力。. 結(jié)論結(jié)論1.基于高壓大功率器件的變頻器要求低開關(guān)頻率，帶來(lái)PWM波形諧波大問題。解決諧波問題的辦法是采用同步且對(duì)稱的優(yōu)化PWM策略