無速度反饋矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)
劉 鋒（浙江大學杭州310027）
魏 青（濟南市自來水公司）
摘 要 介紹了一種全數(shù)字化高性能通用變頻調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)以無速度傳感器矢量控制技術(shù)作為理論基礎(chǔ)，以單片微機80c196kc和dsp tms320c2s作為控制核心，采用ipm智能功率模塊作為功率元件組成交一直一交電壓型逆變主回路。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)具有優(yōu)良的動、靜態(tài)性能。
敘 詞 變頻器矢量控制微機控制
1 引 言
通常，矢量控制系統(tǒng)中速度傳感器（一般采用光電碼盤）是必不可少的，但由于成本、可靠性和工作環(huán)境等原因，有些情況無法安裝。無速度反饋矢量控制通用變頻器，不需任何速度檢測器件，在保持常規(guī)變頻器靈活方便、可靠等優(yōu)點的前提下，無需增加過多的硬件成本，但性能接近矢量控制，能克服以往變頻調(diào)速系統(tǒng)中存在的缺點，為國際上高性能通用變頻器的潮流，也是當前交流傳動研究起點之一。
通用變頻調(diào)速器一般采用恒壓／頻比的開環(huán)控制，難以獲得良好的調(diào)速特性，如在低頻區(qū)力矩不足，負載時速度變動大，動態(tài)性能欠佳，應用場合受到限制。我們茌給山東某單位調(diào)試- pvc生產(chǎn)線時就遇到這些問題。為解決問題，我們決定開發(fā)無速度反饋矢量控制型通用變頻器應用于這一生產(chǎn)線的調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制方向，從定子電流中推斷出電機轉(zhuǎn)速形成同步旋轉(zhuǎn)信號和進行轉(zhuǎn)速反饋，即由軟件構(gòu)成轉(zhuǎn)速推算器。主電路采用通用的交一直一交逆變器結(jié)構(gòu)，功率器件為智能功率模塊ipm，控制核心為inte180c196kc單片微機和tms320c25信號處理器，雙機的并行通訊工作通過雙口ram實現(xiàn)。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有控制精度高、調(diào)速范圍寬、響應速度快等特點。
2 無速度傳感器矢量控制原理
交流電機的矢量控制是通過坐標變換將定子電流分解為轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流分量，并分別進行控制，再經(jīng)過反變換控制達到像直流機一樣的控制方式和性能。實現(xiàn)矢量控制的關(guān)鍵就是求取坐標變換所需的磁場定向。
2-1轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制原理
本系統(tǒng)采用的是轉(zhuǎn)子磁鏈定向磁鏈開環(huán)矢量控制方案[2]。在磁場定向矢量控制中，當參考坐標系d-q軸放在同步旋轉(zhuǎn)磁場中時，三相交流異步電動
機的動態(tài)數(shù)學模型可由以下方程表示：
將參考坐標系的矗軸放在轉(zhuǎn)子磁鏈方向上，采取轉(zhuǎn)子磁鏈定向，并采用轉(zhuǎn)子磁鏈開環(huán)控制，即當轉(zhuǎn)子磁鏈為常數(shù).為o時方程(1)可簡化為：
由此得到無速度反饋矢量控制原理圖（圖1a部分）。
2.2轉(zhuǎn)速推算器
圖1的b部分就是轉(zhuǎn)速推算器的推算過程簡圖。首先用霍爾電流傳感器和高速高精度ald芯片檢測定子電流，再經(jīng)三相／兩相坐標變換將其轉(zhuǎn)換成電機的d-q軸電流，經(jīng)補償電路進行補償運算以減輕d軸電流變化對電流解耦造成的影響）作用后，求出值，經(jīng)轉(zhuǎn)速推算器便可求出電機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速推算器的具體工作原理如下：
由式(2)中的異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式知：
又由矢量控制下的電機轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速(t-n)特性曲線而知：
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