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一种改进的无速度传感器感应电机直接转矩控制

发布日期:2016-01-27 来源: 中国电力设备网 查看次数: 502 作者:[db:作者]

核心提示:  在过去几年中,无速度传感器感应电动机由于其显著的优点,比如:机械稳定性好、结构简单和便于维修等,而引起国内外众多学者极大的研究兴趣13.文章介绍了一种新型的基于SVM(DTC―SVM)无速度传感器

  在过去几年中,无速度传感器感应电动机由于其显著的优点,比如:机械稳定性好、结构简单和便于维修等,而引起国内外众多学者极大的研究兴趣13.文章介绍了一种新型的基于SVM(DTC―SVM)无速度传感器感应电动机的直接转矩和磁链控制。它对磁链和力矩都运用类似于DTC方法的闭环数字控制。但是电压产生于一个DTCSVM单元。在该方法中,DTC的暂态性能和鲁棒性被保留,而稳态力矩波动被降低。在文章中采用了一种简单方便的速度观测器,它能实现全速度范围的准确观测。

  1无速度传感器感应电机在中给出了无速度传感器感应电机的方框图。

  它运行时进行直接定子磁链、力矩控制,这里认为在一个工作周期内转子磁链为常数。该调节器能产生基金项目:江苏大学青年基金资助项目刘贤兴(1966―),男,江苏省镇江市人,博士,副教授,主要从事交流调速及开关磁阻电机等方面的研究。

  力矩。由于仅测直流母线电压和两项线电流,所以感应电机模型为:这里Us是定子电压,is,ir是定子和转子电流,X,X是定子和转子磁链,R.,Rr,L;Lr,Lm是电机参数,叫是模型速度(任意的速度),叫是转子速度。

  这里p是磁对极数。

  定子磁链和力矩闭环控制是通过DTC―SVM单元实现的。为了降低力矩和磁链波动及暗含的电流噪声,相比较传统的DTC,我们运用了力矩与磁链PI控制器王德明(1956―),男,江苏省镇江市人,教授,博导,主要从事及SVM.电力传动及智能控制等方面的研究。

  2速度观测器141对于运行于全速度范围的速度观测器,这里采用了模型自适应速度观测,分析如下:这里采用全阶磁链观测器来达到全速度范围的速度观测,模型为前面提到的转子磁链模型(式12)。

  自适应模型为在静止坐标系下的电流模型:估计器计算定子磁链X,转子磁链X,电磁力矩Me和转子速度叫。它们是基于感应电机的5个方程(1)~()而得。状态估计器的输入是定子电压Us和电流is空间矢量。它们都是的静止坐标系。磁链估计器算为:我们通过一个PI调节的方法来计算并校正转速:是一全阶全速度范围的定子和转子磁链观测器(见),它包含两个模型一希望产生精确值尤其在低速运行时的开环电流模型和运行于全速度范围的可调节的电压模型。

  转子磁链电流模型估计器是从中通过定子电流计算得到这里1=是转子时间常数。

  对于转子磁链坐标,转子磁链的d、q分量为提出的DTC―SVM显示在中。控制器包含有两个PI控制器一其为磁链与力矩调节器,和一个SVM单元。它接受定子磁链和力矩误差作为输入,并产生逆变器的控制信号,其中0e=arctan(Xw/X)。

  开环电流模型的输出(书写为“l”)是在定子坐标系下计算的定子磁链X这里Xr是从和测量的定子电压、电流基础之上的。对于定子结构来说,定子磁链X可简化如下为了校正定子磁链估计值,来补偿因低速时相关的纯积分器和定子电阻Rs的测量(或估计)的错误并提供全速度范围的完整观测器,电压模型是通过一个PI补偿器来调节的。

  但对于运用SVM方法而言,其思路是在一个磁链扇区发多个电压矢量合成来得到目标电压矢量。在每个扇区内,目标电压矢量有着不同的分解公式,在每个扇区内,可求得近似表示目标矢量电压的两个基本电压矢量开通持续的时间公式。

  这里,我们将8个电压矢量分为:Sa(米用对称规则米样方法,即:―Sa―Sb―S7―S7―Sb转子磁链X是在定子系中计算得到因为该控制采用DTC―SVM结构,因此我们进行这样的转换,即当给定的电压过大时,SVM的PI调节器饱和,不能保证正常发6个脉冲,(下转第133页)其中最上面一条下降的曲线代表系统转速输出,可以从图中看到转速是随着时间的变化而减小的。最下面一条缓慢上升的曲线代表系统转矩输出。中间缓慢上升的曲线代表对系统(即变频器)的输入转矩信号曲线。

  由张力和转矩的关系T=D可知当张力固定不变时,输入转矩应该随着卷径的增大而增大,而卷径是随时间的推移增大的,因此输入转矩应随时间推移增大,从图中曲线上也证明了这一点。由仿真结果曲线可知自适应张力控制取得了较好的控制效果。

  5结论纵切机是广泛用于造纸或薄膜生产线的电气传动系统。许多现存系统由于引进生产线较早往往使用直流电机。与交流异步电机相比直流电机具有体积大、易发生故障及控制线路复杂、难以维护等缺点。文章仿真结果表明,在交流矢量变频器对异步电机控制下,采用自适应张力控制能达到较好的控制效果,且自动化程度更高。因此对现有直流电机系统改用交流异步电机驱动是可行的。为现有采用直流电机的系统的升级改造提供了思路。

  Matlab是一种优秀的系统仿真工具软件,文章利用它的Simulink环境和S―函数构造了一个纵切机的张力自适应仿真系统。其特点如下:(1)自适应控制器由S―函数进行设计,在Simulink下表现为一个S―函数模块,整个系统结构简单明了。

  最后,需要说明的是,文章所讨论的自适应控制过程是在系统稳定运行状态下实现的。在启动加速过程及停车降速过程中由于张力模型中的(下转第139页)(上接第130页)此时采用传统DTC方法。PI调节器的饱和点设为1.5V,lK,此时尽管无法有效控制电压幅值,但仍可控制电压的相位。

  电机在空载时及t=0.6s时加负载的仿真波形如~所示。

  6结论文章介绍的新型直接力矩和磁链控制采用了DTC和SVM相结合的方法,并且速度观测模型简单有效,能够运行于全速度范围,且效果能基本与有速度传感器相媲美,仿真结果显示力矩波动较小,动态性能较好,响应速度快,结果显示该控制策略是正确可行的,有着较大的实际意义。

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