一種改進的無速度傳感器感應電機直接轉矩控制

2017-04-11 11:21:15 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　在過去幾年中，無速度傳感器感應電動機由于其顯著的優(yōu)點，比如：機械穩(wěn)定性好、結構簡單和便于維修等，而引起國內外眾多學者極大的研究興趣13 文章介紹了一種新型的基于SVM（DTC―SVM）無速度傳感

核心提示：　　在過去幾年中，無速度傳感器感應電動機由于其顯著的優(yōu)點，比如：機械穩(wěn)定性好、結構簡單和便于維修等，而引起國內外眾多學者極大的研究興趣13.文章介紹了一種新型的基于SVM（DTC―SVM）無速度傳感器

　　在過去幾年中，無速度傳感器感應電動機由于其顯著的優(yōu)點，比如：機械穩(wěn)定性好、結構簡單和便于維修等，而引起國內外眾多學者極大的研究興趣13.文章介紹了一種新型的基于SVM（DTC―SVM）無速度傳感器感應電動機的直接轉矩和磁鏈控制。它對磁鏈和力矩都運用類似于DTC方法的閉環(huán)數(shù)字控制。但是電壓產生于一個DTCSVM單元。在該方法中，DTC的暫態(tài)性能和魯棒性被保留，而穩(wěn)態(tài)力矩波動被降低。在文章中采用了一種簡單方便的速度觀測器，它能實現(xiàn)全速度范圍的準確觀測。

　　1無速度傳感器感應電機在中給出了無速度傳感器感應電機的方框圖。

　　它運行時進行直接定子磁鏈、力矩控制，這里認為在一個工作周期內轉子磁鏈為常數(shù)。該調節(jié)器能產生基金項目：江蘇大學青年基金資助項目劉賢興（1966―），男，江蘇省鎮(zhèn)江市人，博士，副教授，主要從事交流調速及開關磁阻電機等方面的研究。

　　力矩。由于僅測直流母線電壓和兩項線電流，所以感應電機模型為：這里Us是定子電壓，is，ir是定子和轉子電流，X，X是定子和轉子磁鏈，R.，Rr，L；Lr，Lm是電機參數(shù)，叫是模型速度（任意的速度），叫是轉子速度。

　　這里p是磁對極數(shù)。

　　定子磁鏈和力矩閉環(huán)控制是通過DTC―SVM單元實現(xiàn)的。為了降低力矩和磁鏈波動及暗含的電流噪聲，相比較傳統(tǒng)的DTC，我們運用了力矩與磁鏈PI控制器王德明（1956―），男，江蘇省鎮(zhèn)江市人，教授，博導，主要從事及SVM.電力傳動及智能控制等方面的研究。

　　2速度觀測器141對于運行于全速度范圍的速度觀測器，這里采用了模型自適應速度觀測，分析如下：這里采用全階磁鏈觀測器來達到全速度范圍的速度觀測，模型為前面提到的轉子磁鏈模型（式12）。

　　自適應模型為在靜止坐標系下的電流模型：估計器計算定子磁鏈X，轉子磁鏈X，電磁力矩Me和轉子速度叫。它們是基于感應電機的5個方程（1）~（）而得。狀態(tài)估計器的輸入是定子電壓Us和電流is空間矢量。它們都是的靜止坐標系。磁鏈估計器算為：我們通過一個PI調節(jié)的方法來計算并校正轉速：是一全階全速度范圍的定子和轉子磁鏈觀測器（見），它包含兩個模型一希望產生精確值尤其在低速運行時的開環(huán)電流模型和運行于全速度范圍的可調節(jié)的電壓模型。

　　轉子磁鏈電流模型估計器是從中通過定子電流計算得到這里1=是轉子時間常數(shù)。

　　對于轉子磁鏈坐標，轉子磁鏈的d、q分量為提出的DTC―SVM顯示在中。控制器包含有兩個PI控制器一其為磁鏈與力矩調節(jié)器，和一個SVM單元。它接受定子磁鏈和力矩誤差作為輸入，并產生逆變器的控制信號，其中0e=arctan（Xw/X）。

　　開環(huán)電流模型的輸出（書寫為“l”）是在定子坐標系下計算的定子磁鏈X這里Xr是從和測量的定子電壓、電流基礎之上的。對于定子結構來說，定子磁鏈X可簡化如下為了校正定子磁鏈估計值，來補償因低速時相關的純積分器和定子電阻Rs的測量（或估計）的錯誤并提供全速度范圍的完整觀測器，電壓模型是通過一個PI補償器來調節(jié)的。

　　但對于運用SVM方法而言，其思路是在一個磁鏈扇區(qū)發(fā)多個電壓矢量合成來得到目標電壓矢量。在每個扇區(qū)內，目標電壓矢量有著不同的分解公式，在每個扇區(qū)內，可求得近似表示目標矢量電壓的兩個基本電壓矢量開通持續(xù)的時間公式。

　　這里，我們將8個電壓矢量分為：Sa（米用對稱規(guī)則米樣方法，即：―Sa―Sb―S7―S7―Sb轉子磁鏈X是在定子系中計算得到因為該控制采用DTC―SVM結構，因此我們進行這樣的轉換，即當給定的電壓過大時，SVM的PI調節(jié)器飽和，不能保證正常發(fā)6個脈沖，（下轉第133頁）其中最上面一條下降的曲線代表系統(tǒng)轉速輸出，可以從圖中看到轉速是隨著時間的變化而減小的。最下面一條緩慢上升的曲線代表系統(tǒng)轉矩輸出。中間緩慢上升的曲線代表對系統(tǒng)（即變頻器）的輸入轉矩信號曲線。

　　由張力和轉矩的關系T=D可知當張力固定不變時，輸入轉矩應該隨著卷徑的增大而增大，而卷徑是隨時間的推移增大的，因此輸入轉矩應隨時間推移增大，從圖中曲線上也證明了這一點。由仿真結果曲線可知自適應張力控制取得了較好的控制效果。

　　5結論縱切機是廣泛用于造紙或薄膜生產線的電氣傳動系統(tǒng)。許多現(xiàn)存系統(tǒng)由于引進生產線較早往往使用直流電機。與交流異步電機相比直流電機具有體積大、易發(fā)生故障及控制線路復雜、難以維護等缺點。文章仿真結果表明，在交流矢量變頻器對異步電機控制下，采用自適應張力控制能達到較好的控制效果，且自動化程度更高。因此對現(xiàn)有直流電機系統(tǒng)改用交流異步電機驅動是可行的。為現(xiàn)有采用直流電機的系統(tǒng)的升級改造提供了思路。

　　Matlab是一種優(yōu)秀的系統(tǒng)仿真工具軟件，文章利用它的Simulink環(huán)境和S―函數(shù)構造了一個縱切機的張力自適應仿真系統(tǒng)。其特點如下：（1）自適應控制器由S―函數(shù)進行設計，在Simulink下表現(xiàn)為一個S―函數(shù)模塊，整個系統(tǒng)結構簡單明了。

　　最后，需要說明的是，文章所討論的自適應控制過程是在系統(tǒng)穩(wěn)定運行狀態(tài)下實現(xiàn)的。在啟動加速過程及停車降速過程中由于張力模型中的（下轉第139頁）（上接第130頁）此時采用傳統(tǒng)DTC方法。PI調節(jié)器的飽和點設為1.5V，lK，此時盡管無法有效控制電壓幅值，但仍可控制電壓的相位。

　　電機在空載時及t=0.6s時加負載的仿真波形如~所示。

　　6結論文章介紹的新型直接力矩和磁鏈控制采用了DTC和SVM相結合的方法，并且速度觀測模型簡單有效，能夠運行于全速度范圍，且效果能基本與有速度傳感器相媲美，仿真結果顯示力矩波動較小，動態(tài)性能較好，響應速度快，結果顯示該控制策略是正確可行的，有著較大的實際意義。