第6章-矢量控制调速系统第章-矢量控制调速系统第6章-矢量控制调速系统第6章-矢量控制调速系统.ppt

组合式模型为： 综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较 多采用间接检测法；闭环检测性能较好，但结构复杂；而开 环检测结构简单，适当改进有较高的实用性。受变周期、谐 波及离散滞后的影响，按模拟系统电压模型法计算，则误差 大，影响系统工作。新电压模型可以解决这个问题。 异步电动机的动态结构框图 第四节 异步电动机转子磁链观测器 一、转子磁链的直接检测 直接检测磁通的方法有二种：一种是在电动机槽内埋设探测线圈；另一种是利用贴在定子内表面的霍尔片或其它电磁元件来检测磁通。 图6-13 异步电动机的电压模型 4、组合模型法 高速时用低通滤波器将电流模型滤掉，电压模型起作用； 在低速时用高通滤波器将电压模型滤掉，电流模型起作用。 （二）闭环磁链观测模型 常用有三种： （1）基于误差反馈的转子磁链观测； （2）基于龙贝格状态观测理论的异步电机全阶状态观测器； （3）基于模型参考自适应理论的转子磁链观测器。 （三）新电压模型 按转子磁链定向且稳态后的定子电压方程为： 由此构作的新电压模型为 图6-15 异步电动机的新电压模型 （四）混合式磁链模型 由新电压模型和电流模型组成，一套滤波器切换电路即可进行两模型的切换。模型如图6-17所示。 图6-17 混合式磁链模型 工作方式是： 当低速时（小于10%额定转速），由电流模型计算转子磁 链，通过低通滤波器输出；当转速较高时（大于10%额定转 速），用新电压模型计算，通过高通滤波器输出。然后再把 它们相加起来。 第五节 异步电动机的无速度传感器技术 常用的速度检测法有：测速发电机测速、光电测速等。对笼形 感应电机而言，速度传感器的安装将破坏电机本身坚固、简单 、低成本的优点。 一、速度估计方法 较为典型的方法有： 1、根据电机的电压、电流、等效电路参数估算电机的转速或转差。 2、采用模型参考自适应方法（MRAS）估算电机的转速。 3、基于PI控制器法。 4、采用扩展的卡尔曼滤波器（EKF）估算电机转速。 5、基于人工神经网络的转速估算。 二、基于转矩电流误差推算速度的方法 转子磁场定向时异步 电机的电磁转矩为： 由： 得： 由此可构造电机速度推算机构为： 推算速度的物理概念是：估计速度与实际速度间的误差，一 定会引起指令转矩与实际转矩(或转矩电流分量)间的误差， 用其误差去估计速度，实现转矩的无差控制。 第六节 矢量控制的变频调速系统 如图6-18双线框内的结构图。A、B、C三相输入，转速ωr输出，是一台异步电动机。从内部看，经过三相/二相变换和同步旋转变换，异步电机变成一台由iM1 -iT1输入， ωr 输出的直流电机。 矢量控制的构想：异步机经坐标变换等效成直流电机，模仿 直流机的控制方法，求得直流控制量，再经相应的坐标反变 换，就能够控制异步机。 控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节VR抵 消，2S/3S与电机内部的3S/2S抵消，若再忽略变频器中可能产生 的滞后，则图6-18中虚线框内的部分可以删去，剩下的部分和 直流调速系统非常相似。可想像，矢量控制交流变频调速系统 的静、动态性能应完全能够与直流调速系统相媲美。 图6-18 矢量变换控制系统的构想 一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统 下图中带“*”号的是给定信号，不带“*”号的是实测信号。 主电路采用电流跟踪型PWM变换器。控制部分有转速、转 矩和磁链三个闭环。磁通给定信号由函数发生环节获得，转 矩给定信号受磁通信号的控制。 图6-19 直接磁场定向矢量控制变频调速系统 ATR—转矩调节器 AΨR—磁链调节器 BRT—转速传感器 二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统 下图中未实际检测转子磁链，磁链开环，由给定信号及矢 量变换方程确保磁场定向，属间接磁场定向，结构相对简 单。但在动态时，实际的定子电流幅值及相位与给定值之 间会存在偏差，影响系统的动态性能。可采用参数辨识、 自适应等智能控制方法解决。 图6-20 暂态转差补偿矢量控制变频调速系统 三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统 无速度传感器调速系统就是：在电机定子侧装设电压传感器 和电流传感器，检测出三相电压、三相电流，通过间接计算法 求出电机运行的实际转速值作为转速反馈信号。 目前主要方案有基于: （1）转子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。 （2）定子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。 （3）定子电压矢量定向的无速度传感器矢量控制调速系统。 （4）直接转矩控制的无速度传感器变频调速系统。 （5）采用模型参考自