Векторное управление приводом

Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Vector_control_(motor)

Перевод с английского: Малтабар А.Н.

          Векторное управление (также называемые поле ориентированным управлением, ПОУ) является одним из методов, используемых в частотно управляемых приводах для управления моментом (и, таким образом, скоростью) трехфазных электродвигателей переменного тока, контролируя ток подаваемый на машины.

          Фазные токи статора измеряются и преобразуются в соответствующий комплекс (пространственный) вектор. Этот вектор тока затем преобразуется в систему координат, вращающуюся с ротором машины. Для этого должно быть известно положение ротора. Так, при измерении скорости, положение ротора может быть получено путем интегрирования скорости. Затем вектор потокосцепления ротора оценивается путем умножения тока статора на вектор индуктивности намагничивания Lm и фильтрации результата на низких скоростях с постоянная времени ненагруженного ротора LR / Rr, то есть соотношение роторной индуктивности и роторного сопротивления. Используя этот вектор потокосцепления ротора, вектор тока статора впоследствии преобразуется в системе координат, где реальная ось х совпадает с вектором потокосцепления ротора.

Система векторного управления

Рисунок 1 – Система векторного управления.

          Теперь действительная составляющая вектора тока статора в этой ориентированной по потоку ротора системе координат, может быть использована для контроля потокосцепления ротора, а мнимая (у) составляющая может быть использована для управления моментом двигателя. Обычно ПI-регуляторы используются для поддержания этих токов на эталонных значениях. Однако, релейное регулирование токов, дающее лучшую динамику, также возможно. С ПI-регуляторов, выходы регуляторов х-у составляющих вектора опорного напряжения статора. Обычно из-за перекрестной связи между х и у осями вводят развязку, усиливая выход регулятора улучшая контроль за исполнением, когда присутствуют большие и быстрые изменения скорости, тока и потокосцепления. Обычно PI-регулятор также нуждается в низкочастотной фильтрации на входе или выходе, для предотвращения текущего дрейфа из-за переключения транзистора от чрезмерного усиления и дестабилизации контроля. К сожалению, фильтрация ограничивает динамику системы управления. Таким образом довольно высокой частоте переключения (как правило, более 10 кГц) необходимо допустить только минимальный фильтр для высокой быстродействия как в сервоприводах.

          Далее сигналы напряжения сначала преобразуются в неподвижной системе координат (обычно через ротор-ориентированные координаты d-q), а затем подается в модулятор, что, используя один из многих алгоритмов широтно-импульсной модуляции (ШИМ) определяет необходимые ширины импульса напряжения фазы статора и управления транзисторами (как правило, IGBT) инвертора в соответствии с этим.

          Этот метод контроля предполагает следующие свойства управления:

  1. Необходимо измерение скорости или положения;

  2. Вращающий момент и поток может быть изменен достаточно быстро, менее чем за 5-10 миллисекунд, изменив сигналы;

  3. Реакция на скачок имеет некоторое перерегулирование, если используется ПИ-регулятор;

  4. Частота переключения транзисторов, как правило, постоянна и установлена модулятором;

  5. Точность момента зависит от точности параметров двигателя, используемых при управлении. Так, например, часто встречаются крупные ошибки из-за изменения температуры ротора;

  6. Требуется достаточное быстродействие процессора, как правило, алгоритм управления должен рассчитываться не реже одного раза в миллисекунду;

  7. Хотя алгоритм векторного управления сложнее, чем прямого контроля вращающего момента (DTC), алгоритм не требуется рассчитываться так часто, как алгоритм DTC. Кроме того, не требуются наилучшие датчики тока. Таким образом, стоимость процессора и других устройств управления ниже, что делает его подходящим для приложений, где не требуется конечное исполнение DTC.

Литература

  1. Karl Hasse: Zur Dynamik drehzahlgeregelter Antriebe mit stromrichtergespeisten Asynchron-Kurzschlußläufermotoren. Dissertation, TH Darmstadt, 1969.

  2. Blaschke, F., Böhm, K.: Verfahren der Felderfassung bei der Regelung stromrichtergespeister Asynchronmaschinen. IFAC Symposium: Control in Power Electronics and Electrical Drives, Düsseldorf, October 7 – 9, 1974, Proceedings Vol I, pp. 635...649.

  3. Peter Vas: Sensorless Vector and Direct Torque Control, Oxford University Press, 1998, ISBN 0-19-856465-1