- 文献综述(或调研报告):
从原理上讲永磁同步电机的控制方法主要有四种:
转速闭环恒压频比控制、转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制以及直接转矩控制。
- 转速闭环恒压频比控制:是最常用一种变频调速控制方法。该方法是通过使V/F恒定,从而使磁通保持不变,并通过控制转差频率来控制电机的转矩和转速。采用恒压频比的转速闭环控制,可得到平滑而稳定的调速,获得较高的调速范围。
- 转差频率控制:系统的突出优点就在于频率控制环节的输入是转差信号,而频率信号是有转差信号与实际转速信号相加后得到的,这样,在转速变化过程中,实际频率随着实际转速同步地上升或者下降尽管转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩,但它依据的只是稳态模型,并不能真正控制动态过程中的转矩,从而得不到很理想的动态控制性能。
(3)矢量控制理论:其基本原理为以转子磁链这一旋转空间矢量为参考坐标,将定子电流分解为相互正交的两个分量,一个与磁链同方向,代表定子电流励磁分量,另一个与磁链方向正交,代表定子电流转矩分量,然后分别对其进行独立控制,获得像直流电机一样良好的动态特性。
(4)直接转矩控制:是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型,强调对电机的转矩进行直接控制,省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。其磁场定向所用的是定子磁链,只要知道定子电阻就可以把它观测出来。因此,直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题,很大程度上克服了矢量控制的缺点。
现在交流调速系统正沿着高效率、高性能、低成本的方向发展,一般情况下不采用转速闭环恒压频比控制和转差频率控制,而是使用直接转矩控制和矢量控制方法。
文献[1][3][4]都对这两种方法进行了叙述和比较,通过实验与仿真,得到结论直接转矩控制中,直接转矩控制的动态响应比矢量控制更加迅速,但是转矩和磁链脉动较大。其中文献[1]对永磁同步电机在有速度传感器条件下的控制策略和无速度传感器条件下的控制策略分别进行了研究。提出了优化电压矢量开关表、改进磁链观测器等改进方法,针对空间矢量控制和直接转矩控制的特点,将二者结合,提出了基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制一策略,从理论上进行了阐述,给出了实现方法,同时进行仿真验证,结果验证了该控制策略的可行性。文献[3]结合直接转矩控制和矢量控制的优点,提出了一种基于磁链误差观测的直接转矩控制方法,依据空间矢量控制的原理,能够实现电压空间矢量的连续调节,有效减小了转矩和磁链的脉动,极大提高了系统的控制性能。文献[4]通过实验,表明矢量控制SPWM控制下电流波形平滑,逆变器开关频率恒定,但需要直流母线电压信息以及3个PI调节器实现,滞环电流控制实现电流脉动较大,开关频率不恒定,但无需电压传感器,仅需1个PI调节器即可实现。直接转矩控制本质上也是滞环控制,控制性能与采用滞环电流控制的矢量控制类似。因此,要根据具体应用场合来决定使用的控制方法。
因为直接转矩的理论和实践上还不够成熟,如低速性能、带负载能力等,而且转矩和磁链脉动较大,考虑到本课题永磁电机用于电梯门控制,对动态性能要求不是特别高,所以决定使用较为成熟的SVPWM技术进行控制。
常规的SVPWM方法需要进行复杂的三角函数和坐标旋转运算,计算量大,复杂的算法对高精度实时控制产生了不可忽视的影响,文献[7]和文献[8]使用了一种空间矢量的扇区标号的简化计算判别方法,对开关矢量时间的计算是三轴旋转到二轴坐标后经条件判断并计算得
到;其包含无理数的近似运算、绝对值的运算、坐标旋转运算等。文献[9]得出了典型的SVPWM
实质是对注入了零序分量的三相调制波进行规则采样的一种变型SPWM的结论。文献[6]提出了一种无须求电压矢量夹角的三角函数运算和坐标旋转运算的电压SVPWM的新型算法,在该算法中只有普通的四则运算,并且给出了扇区判别依据的详细证明以及导通时间计算的具体推导。该方法无须由三轴到二轴的坐标旋转,无须求电压矢量夹角的三角函数运算,无须处理无理数。具有编程更简单、计算时间更少的特点,消除了由于计算三角函数和无理数而带来的计算误差,使结果更加准确。
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