電力牽引異步驅(qū)動控制技術(shù)

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1、電力牽引異步驅(qū)動控制技術(shù)i緒論的趨勢。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器和單片機(jī)在交流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，隨著DSP的發(fā)展，應(yīng)用DSP構(gòu)成交流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化控制系統(tǒng)也開始顯現(xiàn)出其強(qiáng)大的生命力。(1)應(yīng)用矢量控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論18J19l交流異步電機(jī)是一個多變量、非線性、時變、強(qiáng)耦合的被控對象，過去的電壓／頻率恒定控制都是從電機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，其動態(tài)控制效果均不理想。20世紀(jì)70年代初提出矢量變換方法來研究電機(jī)的動態(tài)控制過程，這種方法既控制各變量的幅值

2、，又控制其相位，并利用狀態(tài)重構(gòu)和估計(jì)的現(xiàn)代控制概念，巧妙地實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的重構(gòu)和解耦控制，從而促進(jìn)了交流電機(jī)控制系統(tǒng)走向?qū)嵱没?。目前，國外的采用矢量控制技術(shù)的異步電機(jī)系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于軋機(jī)主傳動、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制和定子磁場定向控制等。尤其是計(jì)算機(jī)在實(shí)時控制中的應(yīng)用，使得現(xiàn)代控制理論中各種控制方法得到實(shí)現(xiàn)，如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制，可提高系統(tǒng)的動態(tài)性能；滑

3、模(Slidingmode)變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性；狀態(tài)觀測器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實(shí)測的狀態(tài)信息：自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。(2)采用新型電力電子器件和脈寬調(diào)制(PWM)控制技術(shù)114J電力電子器件的不斷進(jìn)步，為交流電機(jī)控制系統(tǒng)的完善提供了物質(zhì)保證，尤其是新的可關(guān)斷器件，如雙極結(jié)晶體管(BJT)、金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的實(shí)用化，使得高頻化PWM技術(shù)成為可能，目前電力電子器件正向高壓、大功率、高頻化、組合化和智能化方向發(fā)展

4、。典型的電力電子變頻裝置有電流型、電壓型和交一交型三種，電流型逆變器的優(yōu)點(diǎn)在于給同步電機(jī)供電時可實(shí)現(xiàn)自然換相，并且容量可以做得很大，但對于應(yīng)用廣泛的中小型異步電機(jī)來說，其強(qiáng)迫換相裝置則顯得過于笨重。因此，PWM電壓型逆變器在中小功率電機(jī)控制系統(tǒng)中無疑占主導(dǎo)地位。近來已有采用MOSFET和IGBT成熟產(chǎn)品，開關(guān)頻率可達(dá)15～20KHz，實(shí)現(xiàn)無噪聲驅(qū)動。值得注意的是，正在加緊研究的新型變頻器，如矩陣式變頻器，串、并聯(lián)諧振式變頻器等也開始進(jìn)入實(shí)用階段，這預(yù)示著新～代電機(jī)控制系統(tǒng)將隨之產(chǎn)生。(3)廣泛應(yīng)

5、用計(jì)算機(jī)技術(shù)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，這使得以單片機(jī)為控制核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面，一是控制用微機(jī)，交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)既可用專用的硬件電路，也可以采用總線形式，如STD、VME、2電力牽引異步驅(qū)動控制技術(shù)1緒論MultibusI和II、GESPAC總線等，加上通用或單片微機(jī)模板組成最小目標(biāo)系統(tǒng)。對高性能運(yùn)動控制系統(tǒng)來說，由于控制系統(tǒng)復(fù)雜，要求存儲多種數(shù)據(jù)和快速實(shí)時處理大量的信息，可采用

6、微處理機(jī)加數(shù)字信號處理器(DSP，如TMS320、NEC7720等)的方案，除實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律外，也便于故障監(jiān)視、診斷和保護(hù)、人機(jī)對話等功能的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的第二個應(yīng)用就是數(shù)字仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)。仿真時如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能不理想，則可用人機(jī)對話的方式改變控制器的參數(shù)、結(jié)構(gòu)甚至控制方式，直到滿意為止。這樣得到的參數(shù)可直接加在系統(tǒng)上，避免了實(shí)際調(diào)試的盲目性和發(fā)生事故的可能性。目前有多種軟件包，可用于指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(4)開發(fā)新型電機(jī)和無機(jī)械傳感器技術(shù)各種交流控制系統(tǒng)的發(fā)展對電機(jī)本身也提出了更高的

7、要求。電機(jī)設(shè)計(jì)和建模有了新的研究內(nèi)容，諸如三維渦流場的計(jì)算、考慮轉(zhuǎn)子運(yùn)動及外部變頻供電系統(tǒng)方程的聯(lián)解、電機(jī)阻尼繞組的合理設(shè)計(jì)及籠條的故障檢測(如繞組短路或轉(zhuǎn)子斷條)等問題，多回路理論應(yīng)運(yùn)而生。為了對電機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時控制，一些簡化模型也脫穎而出。目前在小功率運(yùn)動控制系統(tǒng)中剩磁和矯頑磁力的新型永磁材料(釤鈷、釹鐵硼)的迅速發(fā)展。此外，開關(guān)變磁阻理論及新材料的發(fā)展使開關(guān)磁阻電機(jī)迅速發(fā)展。開關(guān)磁阻電機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相類似，在加了轉(zhuǎn)子位置檢測后可有效地解決失步問題，可方便地起動、調(diào)速或點(diǎn)控，成為未來伺

8、服系統(tǒng)的一個新星。一般來說，為了滿足高性能交流傳動的需要，轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制是必不可少的。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和位置的反饋控制，須用測速發(fā)電機(jī)或光電碼盤(增量式或絕對式)來檢測反饋量，對于方波同步電機(jī)控制系統(tǒng)來說，還需要檢測磁極位置。目前，同時滿足上述全部要求的傳感器件無疑是解算器(Resolver)了。但由于速度傳感器的安裝帶來了系統(tǒng)成本增加、體積增大、可靠性降低、易受工作環(huán)境影響等缺陷，使得成本合理、性能良好的無速度傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)成為近年來的一個研究熱點(diǎn)。該技術(shù)是不在電機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)座上安裝電磁或光電傳感