异步电机的高性能变频调速控制策略及系统实现
来源：未知
发布日期：2019-09-20 15:40【大 中 小】
1 通用变频器的局限性
当异步电机采用一般的通用变频器供电的时候，虽然能够实现无 极平滑调速，停止与启动都非常的方便。但会出现调速的时候有静差， 精准度并不高，调速的范围不会超过 1:10，并且不能像直流调速系统一 样能够提供相对较高的动态性能。
2 异步电机的高性能变频调速控制策略
想要实现高性能，首先必须要对电机的物理模型以及动态数学模 型有着相当充分的研究与分析。矢量控制跟直接转矩控制两种控制策 略是目前最为常见也是应用最为广泛的性能控制策略。下面就两种控 制策略做出详细的分析。
2.1 矢量控制系统。
矢量控制系统的自身特点是：D轴的控制方向 是由转子以及磁链所决定的，旋转坐标系与 D轴同步，能够把异步电机 的定子电流矢量分解成励磁分量和转矩分量分别加以控制，能够得到 与直流电机相仿的转矩模型。最后采取相应的措施将非线性系统转变 成两个独立的子系统，即转速与转子磁链的两种子系统，模仿直流电 机，能够做到分别使用 P 调节器来进行相应的控制。在选择高精度的光 电码盘的高速传感器的时候，矢量控制系统的调速范围能够达到 1： 1000 的比例。相对而言有着良好的动态性能，但是根据转子磁链的定向 问题会使得电机的参数发生一定的变化，有着一定的影响从而造成失 真的情况，这无疑会降低系统的调速性能。因此这就需要采用智能化调 节器来克服这样的缺点，以提高系统的自身的鲁棒性能。
2.2 直接转矩控制。
直接转矩控制是可以作为一种能与矢量控制相 互媲美的先进的变频调速控制技术，将矢量控制中的解耦控制思想完 全摒弃，取消了复杂的坐标的变换，不是通过控制电流、磁链等量间接 控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，使得控制结构更加的简 单。自身会舍去一些相对比较复杂的旋转坐标的变换，仅仅只是作用在 两个相对静止的坐标系上来完成相应的转矩以及定子磁链上反馈而来 的信号。并且采用双位式控制来代替线性调节器的转矩与定子磁链，是 根据二者之间的相应变化来选择控制电压空间矢量 PWM的开关状态， 通过开关的状态来实现控制电机转速的快慢。直接转矩控制系统自身 结构相对的简单，转矩之间的连接转动比较快，还能够有效的避免转子 参数变化从而造成的影响。但是由于双位式控制系统的控制会使得输 出转矩产生出脉冲，从而影响到了系统的低速性能。从二者的总体控制 结构上来看，两者使用的都是转矩与磁链的分别控制，转矩的控制环都 是处与转速的内环当中，对于磁链变化对转速子系统产生的影响都有 着一定的抑制作用，从而能够加大子系统与转速之间的连接，对于磁链 子系统连接效率有极大的促进作用，因此二者都有能获得较高的动态 和静态的性能。但是因为方案控制的具体实施过程，两种系统之间各有 千秋，各自有着各自的优缺点。矢量控制系统是利用转子磁链定向，虽 然对于连续的实行控制以及能够获得较宽的调速范围，但本身却存在 着对转子参数变化产生的影响，这样一来极大的降低了其操控性。直接 转矩避开了复杂的过程，将控制结构精简化，其中控制磁链也能够做到 即使参数变化也不会产生影响，但难以避免其内部会产生相应的脉冲， 对其内部有着较差的影响，尤其是在低速转动时对于准差幅度影响更 大。
2.3 无速度传感器控制。
在异步电机上来说，不论是直接转矩控制 系统，还是矢量控制系统，都需要相对转速闭环的控制，自身所需要转 速的信号是来自异步电机同轴速度传感器发出的反馈信号。在实际应 用中，安装速度传感器会增加系统成本，增加了系统的复杂性，降低系 统的稳定性和可靠性，此外，速度传感器不实用于潮湿、粉尘等恶劣的 环境下。因此，无速度传感器的研究便成了交流传动系统中的一个重要 的研究方向，且取得了一定的成果。一般的作为异步电机的高性能控制 器，通常最希望的是采用变频器来实现无速度传感器的控制，此时一般 常用的方法有：
（1） 根据电机的模型参数来推导出相应的转速方程，进 一步的计算出转速。
（2）根据电机模型的参数计算出转差频率，然后再 进行相应的补偿。
（3）利用电机上的高次谐波电势来计算出电动机的转 速。
2.4 异步电机的高性能变频调控。
长期以来，人们在研究异步电机 高性能变频调控过程当中，很自然的使用自适应系统，来控制发生参数 转子的变化，减少产生的影响。但是长期一来，虽然实验理论以及研究 成果有一定的科学理论性，但是目前还都没有得到实际的应用。对于现 代智能控制的方法，应该做到尽量使被控制系统，较少的甚至不依赖于 控制对象的数学结构模型，只有这样才能使得高性能变频调速控制系 统尽量少的受到电机参数变化的影响，就目前来说比较方便的方式是 利用自适应的有单神经元构成的 PID控制器。对于直转矩控制的控制 器目前提出来的有效解决方案一般为：对磁链偏差以及转矩偏差更加 的细化，对于电压空间矢量添加误差拍调制，对开关状态进行相应的预 测控制、智能化控制，对转矩或者磁链进行单独的预测以及跟踪等等， 来尽可能减少此系统所产生的偏差。但对所有控制策略增加任何改进 都会为软件增加更多的负担，因此想要提高硬件的操作能力，就要有选 择性的不能盲目的加入，太过盲目的选择反而会给系统造成更多的负 担，得不偿失。
结束语
以上对于异步电机的高性能变频调速控制仔细描述了两种系统， 根据不同的工作环境和需求来适当的选取不同的调速控制系统。虽然 现代调速控制系统的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信 号处理的物理概念明确。但是，不论是哪一种系统，辨识精度以及计算 精度都是有一定的限度的，对于动态转速来说准确度更加的有限，仍需 要不断研究和改善。
