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        一種改進的無速度傳感器感應電機直接轉矩控制

        時間:2016-1-27 17:04:00 來源:中國船舶網

          在過去幾年中,無速度傳感器感應電動機由于其顯著的優點,比如:機械穩定性好、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方法的閉環數字控制。但是電壓產生于一個DTCSVM單元。在該方法中,DTC的暫態性能和魯棒性被保留,而穩態力矩波動被降低。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。該調節器能產生基金項目: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,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。

          定子磁鏈和力矩閉環控制是通過DTC―SVM單元實現的。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值尤其在低速運行時的開環電流模型和運行于全速度范圍的可調節的電壓模型。

          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。

          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補償器來調節的。

          但對于運用SVM方法而言,其思路是在一個磁鏈扇區發多個電壓矢量合成來得到目標電壓矢量。在每個扇區內,目標電壓矢量有著不同的分解公式,在每個扇區內,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的時間公式。

          這里,我們將8個電壓矢量分為:Sa(米用對稱規則米樣方法,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調節器飽和,不能保證正常發6個脈沖,(下轉第133頁)其中上面一條下降的曲線代表系統轉速輸出,可以從圖中看到轉速是隨著時間的變化而減小的。下面一條緩慢上升的曲線代表系統轉矩輸出。中間緩慢上升的曲線代表對系統(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。許多現存系統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。因此對現有直流電機系統改用交流異步電機驅動是可行的。為現有采用直流電機的系統的升級改造提供了思路。

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

          后,需要說明的是,文章所討論的自適應控制過程是在系統穩定運行狀態下實現的。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DTC方法。PI調節器的飽和點設為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。

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