高性能的通用變頻器

　　從總體控制結(jié)構(gòu)上看，兩者都采用轉(zhuǎn)矩和磁鏈分別控制，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)(或電流的轉(zhuǎn)矩分量環(huán))都處于轉(zhuǎn)速環(huán)的內(nèi)環(huán)，可以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。因此兩種系統(tǒng)都能獲得較高的靜、動(dòng)態(tài)性能。

　　但是，由于具體控制方案的區(qū)別，兩者在控制性能上卻各有千秋。矢量控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，因而實(shí)現(xiàn)了定子電流轉(zhuǎn)矩分量與磁鏈分量的解耦，可以按線性系統(tǒng)理論分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器(一般采用PI調(diào)節(jié)器)，實(shí)行連續(xù)控制，從而獲得較寬的調(diào)速范圍;但按ψr定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了控制系統(tǒng)的魯棒性。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)則實(shí)行Te和ψs砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu);控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響;砰-砰控制本身屬于P控制，可以獲得比PI調(diào)節(jié)器更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(由于沒有電流內(nèi)環(huán)，須注意限制最大沖擊電流);但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而且?guī)Хe分環(huán)節(jié)的磁鏈電壓模型在低速時(shí)準(zhǔn)確度較差，這都使系統(tǒng)的低速性能受到限制。

3矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用和發(fā)展

　　矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)都是高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，都已獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用，由于它們各自的特色，在應(yīng)用領(lǐng)域上又各有側(cè)重。矢量控制除用于一般調(diào)速外，更適用于寬范圍調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，而直接轉(zhuǎn)矩控制則更適用于需要快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的大慣量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(如電氣機(jī)車)。鑒于兩種控制策略都還有一些不足之處，兩種系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作都在朝著克服其缺點(diǎn)的方向發(fā)展。

　　對(duì)矢量控制系統(tǒng)的進(jìn)一步研究工作主要是提高其控制的魯棒性問題。長(zhǎng)期以來，人們很自然地想到采用自適應(yīng)控制來解決轉(zhuǎn)子參數(shù)變化對(duì)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向準(zhǔn)確度的影響，但研究成果很少得到實(shí)際應(yīng)用，較多使用的是對(duì)轉(zhuǎn)子電阻變化的溫度補(bǔ)償?，F(xiàn)代智能控制方法可使被控系統(tǒng)不依賴于或較少依賴于控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因而能使矢量控制系統(tǒng)不受或少受電機(jī)參數(shù)變化的影響，比較方便的辦法是采用單神經(jīng)元構(gòu)成的自適應(yīng)PID控制器。

　　對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究工作集中在提高其低速性能上。上世紀(jì)90年代初，德國(guó)魯爾大學(xué)EAEE研究室在Depenbrock教授和Steimel教授的領(lǐng)導(dǎo)下提出了作為直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)改進(jìn)方案的間接自控制ISR(德文IndirektSelbstregelung)系統(tǒng)。其中，將砰-砰控制器改為連續(xù)的調(diào)節(jié)器，用PI調(diào)節(jié)器對(duì)定子磁鏈幅值進(jìn)行閉環(huán)控制，以建立圓形的定子磁鏈軌跡，又根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的偏差推算出磁鏈?zhǔn)噶吭隽克鶎?duì)應(yīng)的角度Δθ，最后按照磁鏈、轉(zhuǎn)矩兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出推算出定子電壓矢量，求得相應(yīng)的變頻器開關(guān)狀態(tài)。可以看出，ISR系統(tǒng)實(shí)際上是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)的融合與折中。除此以外，還有許多在直接轉(zhuǎn)矩控制的砰-砰控制器基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方案，例如，對(duì)磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差的細(xì)化，對(duì)電壓空間矢量的無差拍調(diào)制，對(duì)開關(guān)狀態(tài)的預(yù)測(cè)控制、智能控制，單獨(dú)對(duì)轉(zhuǎn)矩或磁鏈進(jìn)行預(yù)測(cè)跟蹤控制等等。