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

1、交流電機限制技術(shù)作圖題交流電機限制技術(shù)的開展與展望 引言與直流電機相比,交流電動機是多變量,強耦和的非線形系統(tǒng),要實現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)矩限制非常困難.20世紀70年代德國工程師F.Blaschke首先提出異步電動機矢量限制理論來解決交流 電機轉(zhuǎn)矩限制問題.1985年,德國的Depenbrock教授提出了異步電 動機直接轉(zhuǎn)矩限制方法.近年來,矢量限制和直接轉(zhuǎn)矩限制技術(shù)不斷 開展,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：在直接磁場定向矢量限制異步電動機變頻調(diào) 速系統(tǒng)中,利用磁鏈預(yù)測值進行磁通快速限制的方法

2、.參數(shù)辨識和調(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)動慣量參數(shù)的辨識方法.非線性自抗擾限制器：在異步電動機系統(tǒng)的動態(tài)方程中,用自抗擾限制器取代經(jīng)典PID限制器進行限制.矩陣式變換器：一種適用于矩陣式變換器驅(qū)動異步電動機調(diào)速 系統(tǒng)的組合限制策略,同時實現(xiàn)了矩陣式變換器的空間矢量調(diào)制和異 步電動機的直接磁場定向矢量限制.矢量限制技術(shù)的開展矢量采用高速電動機限制專用 DSR嵌入式實時軟件操作系統(tǒng), 開發(fā)更實用的轉(zhuǎn)子磁場定向方法和精確的磁通觀測器,使變頻器獲得高起動轉(zhuǎn)矩、高過載水平,將是未來矢量限制技術(shù)的重要開展方向. 無速度傳感器的交流異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)和永磁電動機驅(qū)動系統(tǒng)控

3、制也是開發(fā)熱點之一.永磁電動機驅(qū)動系統(tǒng)由于它的高效、高功率因 數(shù)、高可靠性而得到越來越多的關(guān)注. 無刷電動機的無位置傳感器控 制和正弦波電流限制,在應(yīng)用方面已趨成熟.開關(guān)磁阻電動機在許多 領(lǐng)域應(yīng)用也取得了很多進展.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)提出來的一種限制方法.無差拍限制可以在一個限制周期內(nèi),完全消除定子磁 鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的動、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,使電機可以運行在極低速下,擴大了調(diào)速范圍.轉(zhuǎn)矩磁鏈跟蹤預(yù)測限制方法認為磁鏈模值已經(jīng)被準(zhǔn)確限制或 只發(fā)生緩慢地變化,沒有考慮磁鏈模值的限制問題. 對磁鏈和

4、轉(zhuǎn)矩都 進行了預(yù)測跟蹤限制,限制效果明顯優(yōu)于單純的轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測限制.直接解耦限制DDe有兩種方法,一種是預(yù)測直接解耦限制 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、靜態(tài)特性,能夠在很大程度上消除轉(zhuǎn)矩脈動, 即使在極低速條件下,轉(zhuǎn)矩脈動也非常小.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, 通過兩個PI調(diào)節(jié)器給出相應(yīng)定子電壓分量,提升限制系統(tǒng)對參數(shù)變 化的魯棒性,同時也減少了限制算法的計算量.間接轉(zhuǎn)矩限制是通過計算相鄰限制周期的磁鏈增量來決定定子 電壓空間

5、矢量,并且在保證磁鏈軌跡為圓形的條件下, 對電磁轉(zhuǎn)矩進 行限制.直接轉(zhuǎn)矩限制的開展方向隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷開展,直接轉(zhuǎn)矩限制技術(shù)必將有所突 破.一是交流調(diào)速向高頻化方向開展,進一步提升限制性能,消除脈 動,其中空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM軟關(guān)斷技術(shù)又是重點.二是與 智能限制相結(jié)合,使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能有一個根本的提升,這是直 接轉(zhuǎn)矩限制的未來.先進限制理論在電機限制中的應(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：用于電機速 度限制的模糊限制器；模糊邏輯在電機模型及參數(shù)辨識中的應(yīng)用； 基 于模糊邏輯的異步

6、電動機效率優(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)的某種簡化抽象和模擬,由大量 的簡單的神經(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時間域或頻率域來說的,一般假設(shè)過程動態(tài)特 性的信息和它的變化范圍.算法不需要精確的過程模型,但需要離線 辨識.近年來,在多電機協(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 計出異步電動機高階、非線性、強耦合的多變量系統(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、使電機定子電流的轉(zhuǎn)矩 分量與勵磁分量的相互影響,主要用于異步電動機的非線性限制.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.電機限制相關(guān)技術(shù)的開展電機限制器電路集成化目前用于電機限制的集成電路可分為三大類：電機限制專用集 成電路(ASIC)、專門為電機限制設(shè)計的 MCU 口 DSP電路集成有兩個 途徑,一是將電動機限制器和中等電流功率 MOSFE集成在一個芯片 上.二是將硬件和程序根底結(jié)構(gòu)放

8、在一個模塊里,如數(shù)字式智能電機限制模塊,它集單片機數(shù)字化限制、鍵盤操作、LED顯示電路于一身, 通過設(shè)定可實現(xiàn)壘壓起動、軟起動、斜坡起動、階躍起動,限流起動、 限壓起動、節(jié)能運行并可實現(xiàn)軟停車.另外,把微處理器、微限制器 和數(shù)字信號處理器的水平集中于一塊芯片上,能解決大多數(shù)工程問題. 對于少數(shù)需要大量并行處理的電機限制,可以采用專用的限制芯片, 如FPG域ASIC芯片.電機限制微限制器的應(yīng)用MCU側(cè)重于I/O接口的數(shù)量和可編程存儲器的大小,非常適用 于有大量的I/O操作的場合,應(yīng)用于一些精度要求不高的電機限制系 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10MIPS、高速ADC 集成運算放大器和優(yōu)化的C言編譯程序結(jié)合起來,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,可實現(xiàn)磁場定向限制.再如, Microchip公司推出的8位 pic18fxx31系列,適合低本錢的先進無刷直流和交流感應(yīng)電機電機 限制應(yīng)用,16位dspic30fdsc電機限制和功率轉(zhuǎn)換系列,適用于精 度更高、運行速度更快或無傳感器限制的電機限制應(yīng)用；pic16f7x78位單片機系列,適合對感應(yīng)電機進行高效限制.

10、數(shù)字信號處理器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, 電機限制PWM1號輸出等接口,因此使得電機限制系統(tǒng)硬件設(shè)計更加 靈活、簡易.DSP勺特長在于高速運算,側(cè)重于運算速度, DSP-般 用于高檔工業(yè)電動機限制中,如伺服電動機限制.近年來,隨著 DSP 價格的降低,逐漸用DSP弋替MCU;現(xiàn)電動機限制.TI 、ADI、Freescale三家公司都生產(chǎn)滿足電機限制要求的 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 功能最強的 DS的另U是 TMS320

11、LF2407AADMC40和 DSP56FS07 三 種產(chǎn)品性能比擬.未來,具有更高速、方便的周邊功能模塊的電機專用DS喝電機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)勢相結(jié)合,設(shè)計混合式CPU/DS他是開展方向之一.更高 效的支持C/C+將高級語言編程,采用更強大的集成調(diào)試環(huán)境,從硬 件上更好地支持實時在線調(diào)試,實時操作系統(tǒng)在限制系統(tǒng)軟件中的應(yīng) 用是軟件方面的開展方向.計算機輔助設(shè)計與仿真計算機技術(shù)的開展為電機限制系統(tǒng)的設(shè)計了便利條件,如用 MATLAB的real-time workshop,可將Simulink生成的限制系統(tǒng)轉(zhuǎn) 化為C語言文件,將其編譯成可

12、執(zhí)行文件后,在獨立的機器上運行, 通過接口卡,將計算機的信號輸出到適宜的限制系統(tǒng)的執(zhí)行局部,即可實現(xiàn)在線仿真.如建立異步電動機直接轉(zhuǎn)矩限制的MATLAB/Simulink仿真系統(tǒng),并進行仿真,同時對仿真結(jié)果進行分析.又如,在 MATLAB/Simulink 環(huán)境下對所建立的交流異步電機轉(zhuǎn)差型矢量限制系統(tǒng)采用變步長方 法進行仿真等.采用具有很強運算水平的數(shù)學(xué)軟件 Mathematica,也可以對控 制系統(tǒng)的限制理論進行仿真設(shè)計. 還有利用Orcad、Pspice模擬電路 仿真軟件,可以對限制系統(tǒng)的主電路和執(zhí)行元件進行仿真.目前在將不同的仿真軟件結(jié)合起來的方面也有研究,例如將MATLAB勺系統(tǒng)功能與Ps