HARSVERT-V A系列无速度传感器矢量控制高压变频调速系统介绍
一、HARSVERT-VA系列高压变频调速系统结构
HARSVERT-VA系列高压变频调速系统采用功率单元串联多电平技术，属高－高电压源型变频器。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器三部分组成。一般现场应用还辅以旁路柜、开关柜等。
变频器输入侧采用多重化移相变压器实现隔离和谐波抵消。无须功率因数补偿、谐波抑制装置，多脉冲整流技术的应用使得变频器电网侧谐波可满足
IEEE519-1992标准和GB/T14549-93标准。
变频器输出采用多个功率单元移相式PWM波形输出串联叠加，得到多电平高压，实现较低的输出电压谐波、共模电压和dv/dt。无须附加输出滤波装置，不会对电机的绝缘、轴承造成损害，可直接驱动普通鼠笼式、绕线式异步电机和同步电机。
以10kV系统为例，图1是变频器系统结构示意图。其中，DSP控制器、新型一体化计算机和PLC一起构成变频器的控制和信号处理系统。此三者相互分工和协调，使变频调速系统获得最佳控制性能。
二、HARSVERT-VA系列产品概述
由于采用了高性能DSP芯片和新型一体化计算机，在秉承公司HARSVERT-A系列产品完美无谐波、高可靠性、功率/电压等级覆盖范围广、控制接口灵活等优良品质的基础上，HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制高压变频调速产品能够实现功能更为丰富、性能更高的高压大容量交流传动控制。目前，HARSVERT-VA 系列无速度传感器矢量控制产品的性能指标为：调速范围100:1，稳态转速精度0.5%，动态转矩响应时间小于200ms，启动转矩150%额定转矩，基本达到国际先进水平。
目前，HARSVERT-VA系列高压变频调速系统具有以下功能：
1.恒压频比控制
这种控制方式最显著特点是简单易行，因而成为目前国内大多数变频器生产厂家所采用的电机控制方式。对于大多数对转矩响应、控制精度要求不高的场合，如风机、水泵类负载，可以满足一般应用要求。
2.无速度传感器矢量控制
无需安装复杂且不易维护的测速装置，HARSVERT-VA系列变频器仅需对输出三相电压、两相电流进行检测，即可根据预先自动测定的电机模型，进行异步电动机的磁通和转矩解耦控制，实现低速大转矩负载启动和运行。
3.速度闭环矢量控制
在调速精度、转矩响应要求更高的场合，安装转速传感器后，可进一步提高HARSVERT-VA系列速度闭环矢量控制变频器的控制精度。
4.电机参数自动整定
要实现矢量控制，需要检测电机的定转子电阻电感参数。HARSVERT-VA系列变频器可对异步电机自动进行电机学堵转试验和空载试验，实现电机参数的自动整定。
但是，需要注意的是，在进行电机参数自动整定之前，要将电机轴和负载脱开。而且在测定时，要多次旋转电机，因此不能对电机进行任何人工作业。
5.高压掉电恢复自动重启
在某些用户场合，给变频器供电的高压电网可能会发生短时电压跌落或缺失，为了尽可能不影响正常生产，在设定时限内，当高压掉电恢复时，HARSVERT-VA系列产品能自动快速识别并跟踪当前电机转速，恢复正常运行。
如果掉电超过设定时限，变频器自动进入待机状态。
6.旋转启动
如果电机被负载拖动仍在旋转甚至反转，变频器能识别跟踪电机转速并拖动负载到设定频率运行。
7.单模块旁路功能
HARSVERT-VA系列变频器采用单模块旁路方式，全新的控制算法在保证输出三相线电压平衡的同时，获得最大输出能力，尽量不影响生产运行。
同级旁路实现容易，算法简单，一般国内变频器厂家都采用同级旁路方式。与同级旁路相比，单模块旁路算法比较复杂，实现起来有一定难度，但是能最大限度发挥变频器的输出能力。
以5级串联变频器为例，假设未有单元旁路时，系统最大线电压输出能力为100%，下表给出了两种旁路方式时的最大线电压输出能力对比。
8.同步电机变频调速及自动励磁控制功能
HARSVERT-VA系列变频器可用于同步电机调速，并具有输出功率因数闭环控制功能，能自动调节励磁电流，使同步电机运行在用户设定的功率因数。
9.多达十级功率单元串联
根据需要，HARSVERT-VA系列变频器可实现4-10级功率单元串联，电压等级覆盖3-11kV，驱动电机的功率等级可达5000kW。
10.系统状态变量的实时显示和监控
包括：输入侧和输出侧的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，电机转速，多点温度指示，变频器状态，等等。
除了显示常用的电压、电流、功率温度等参数以外，监控界面还具有软件示波器功能，可供现场调试和监控使用。
具有完善的电机和变频器保护功能，尽量保证设备连续可靠运行
11.工业级触摸屏多语种监控操作界面
历史记录，包括故障报警记录、操作事件记录
内置PLC，开关量、模拟量I/O接口扩展灵活，可实现工艺变量PID调节功能
支持各种工业现场总线通讯协议，如Profibus、Modbus等
三、HARSVERT-VA系列产品的应用场合
由于HARSVERT-VA系列产品有丰富的功能和灵活的电机控制方式，能适应大部分高中低端高压大容量交流调速场合。可广泛应用于电力、冶金、石化、市政供水等行业，如风机、水泵、压缩机，等等。还能适应低速大转矩负载或需要重载启动的场合，如球磨机、传送带，等等。
HARSVERT-VA系列产品的自动励磁功能更适合同步电机应用。
辅以即将推出的能量回馈功率单元，HARSVERT-VA系列产品还可为能量回馈型负载提供卓越的控制性能，如矿井提升，绞车，等等。
四、与HARSVERT-A系列产品的兼容性
HARSVERT-A系列产品升级到HARSVERT-VA系列，为了配合新的控制系统使用，必须使用最新设计的电压测量电路，并且把HARSVERT-A系列的控制箱换成DSP 控制箱。并在一体化计算机的人机接口监控软件中，选择DSP控制界面，并进行相关参数设置。PLC程序可完全兼容。
五、结束语
随着更多台套的HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制高压变频调速系统在各种工况现场稳定运行，越来越多的用户逐步体会到HARSVERT-VA系列产品的先进性和使用的方便性。这也标志着我国自主知识产权的高性能无速度传感器矢量控制高压大容量变频调速系统——HARSVERT-VA系列产品真正并肩于国外技术领先企业。我们期待着，HARSVERT-VA系列无速度传感器矢量控制交流变频调速系统能为我国的工业电气自动化贡献更大的力量。
无速度传感器矢量控制（SLVC）基于对转子位置的反复计算，任何原因引起的转子位置信息丢失（定向丢失）将导致不可预知的结果。不正确的电机调试、电源故障引起的温度信息丢失，以及类似的干扰均有可能导致定向丢失。 无速度传感器矢量控制需要精心的调试和设置，这应该由具有MM4 / G120 SLVC 操作经验的调试工程师进行。 重要提示: SLVC 不应用于下列情形: 1. 电机－变频器功率比值小于 1:4 2. 最大输出频率大于 200Hz 3. 多机传动 4. 变频器与电机间接有接触器，变频器运行时，绝对不允许打开接触器 5. 提升机 当变频器定向信息丢失，OFF1 或 OFF3 将不再能够使电机停车，这就是在调试变频器时，必须连接OFF2或脉冲禁止功能的原因(可参考 ID: 7497349 How can the MM440 be shut down in the event of loss o f Vector action?). 推荐的调试方法 正确地输入电机参数以及完成电机识别对于SLVC的正确工作极其重要，执行的顺序也很重要，因为快速调试生成初始电机模型，而电机识别则对这一模型进行改进。
实现过程如下： 1. 快速调试与初始电机模型 P0003 = 2 (访问级别 2) P0010 = 1 (快速调试) P0300 及接下来的电机参数根据电机铭牌进行设置。 P0700, P1000, P1080/P1082, P1120/P1121 选择命令源，选择设定值源，Fmin/Fmax, 斜坡时间等等。 P1300 = 20 无速度传感器矢量控制 P1910 = 1 (A0541 将随之出现> 参见2. 使用P1910进行电机识别) P3900 = 1 计算电机参数时，“busy”将出现在 BOP面板上，持续时间约为1分钟，在特大型变频器上将持续更久。在此之后，A0541将在BOP面板上闪烁。 至此已完成快速调试并生成初始电机模型。 2. 使用P1910进行电机识别 必须完成2项自动测量。 注意：测量必须在冷机状态下进行。还需确保在P0625中已正确输入实际环境温度（工厂设定为20°C），输入环境温度必须在完成快速调试（P3900）之后，执行电机识别之前进行。 P1910 = 1，给一个运行命令：启动电机参数测量。
无速度传感器矢量控制技术的行业现状与展望 The Comprehensive Status Analysis and Future Development Tendency of Sensor-less Vector Control (SVC) Technology 1 引言 交流传动在高性能场合的应用始于矢量控制概念的引入，包括直接磁场定向与间接磁场定向控制。尽管这一概念早在60年代就已出现，并由Siemens 的Blaschke博士于1972年正式提出，但是真正应用还是在微电子技术发展的二十年后。矢量控制从基本原理上讲能够获得优异的动静态特性，但是对电机参数的敏感性却成为实际应用中必须解决的问题。驱动器通过启动前的自整定以及运行过程中的在线整定，适应电机参数变化，保持矢量控制的动静态性能，这些复杂的自适应控制算法都必须通过强大的信号处理器才能完成。 近年来随着半导体技术的发展及数字控制的普及，矢量控制的应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合，乃至家用电器。交流驱动器已在工业机器人、自动化出版设备、加工工具、传输设备、电梯、压缩机、轧钢、风机泵类、电动汽车、起重设备及其它领域中得到广泛应用。随着半导体技术的飞速发展，功率器件在不断优化，开关速度在提高而损耗在下降，功率模块的功率密度在不断增加;数字信号处理器的处理能力愈加强大，处理速度不断提升，交流驱动器完全有能力处理复杂的任务，实现复杂的观测、控制算法，现代交流传动的性能也因此达到前所未有的高度。以代表交流驱动控制最高水平的交流伺服为例，其需求随着新的生产技术与新型加工原料的出现而迅速增长。据相关统计，高性能交流伺服驱动器数量的年增长率超过12%。伺服驱动中应用最多的电机是异步电机及同步电机，额定功率从50W到200kW，位置环、速度环以及转矩环路的典型带宽分别为60Hz、200Hz 以及1000Hz。 交流电机驱动中的大部分问题应当说在当今的驱动器中已经得到解决，相关的成熟技术提供了被业界广泛接受的解决方案，并在许多领域中得到成功应用，因此从基本结构上来讲，交流驱动器的现有设计方案在未来的几年中不会有大的变化。现在，交流驱动器开发的一个重点是如何将驱动器与电机有机地结合在一起，开发出更低成本、高可靠性、高性能“驱动模块”。基于这一思路，为进一步减小成本、提高可靠性，开发人员在如何省去轴侧传感器以及电机相电流传感器进行了深入的研究，特别是高性能无速度传感器矢量控制(SVC)的实现吸引了各国研发人员的广泛关注，并已成为近年来驱动控制研究的热点。随着具有强大处理能力的数字信号处理器的推出，实现该控制方式所需要的高鲁棒性、自适应的参数估计以及非线性状态观测成为可能，新的无速度传感控制方案不断推出。Siemens、Yaskawa、Toshiba GE、Rockwell、Mistubishi、Fuji等知名公司纷纷推出自己的SVC控制产品(本文所指SVC均针对异步电机)，控制特性也在不断提高。SVC目前已在印刷、印染、纺机、钢铁生产线、起重、电动汽车等领域中广泛应用，在高性能交流驱动中占有愈来愈重要的地位。 2 无速度传感器矢量控制的优势 概括来说，无速度传感器矢量控制可以获得接近闭环控制的性能，同时省去了速度传感器，具有较低的维护成本。与传统V/Hz控制比较，无速度传感器矢量控制可以获得改进的低速运行特性，变负载下的速度调节能力亦得到改善，同时还可获得高的起动转矩，这在高摩擦与惯性负载的起动中有明显的优势。正是由于这些驱动特性，该控制技术已逐渐成为通用恒转矩驱动应用的选择。事实上，基本上所有的AC驱动厂家都提供该控制模式。 Schneider公司的驱动市场经理Susan Bowler认为，该控制模式的吸引人之处在于利用最小的附加费用获得大大增强的性能，包括低速特性、转矩响应及定位能力等。由于其性能接近伺服驱动，公司在拓展需要更精确负载定位控制的场合。该公司的第三代Altivar无速度传感器驱动产品具有自调谐特性，确保驱动器在电机运行参数随时间发生变化的情况下
肖金凤 1971年1月 生,1994年毕业于湖南大学电气与信息工程学院电机专业,学士学位,2004年毕业于湖南大学电气与信息工程学院控制工程专业,硕士学位,讲师。主要研究方向为电机智能控制、工业过程控制及综合自动化。 异步电动机无速度传感 器矢量控制系统设计 * 肖金凤1 , 黄守道2 , 李劲松 1 (1.南华大学,湖南 衡阳 421001;2.湖南大学,湖南 长沙 410082) 摘要 文章提出一种基于模糊神经网络的模型参考自适应电机转速辨识方法,将其与SVP WM 调制技术控制的变频器系统结合起来,组成了一种基于DSP 的异步电机无速度传感器矢量控制系统。具体介绍了其结构及软硬件的设计。仿真结果表明此系统动态性能好,能准确跟踪电机转速的变化。 关键词 异步电动机 无速度传感器 SVP WM 矢量控制 数字信号处理器 Fiel d Oriented Control Syste m of Speed Sensorless Based on DSP X iao Jinfeng ,Huang Shoudao ,L i Jingsong (1.N anhua Un iversity ;2.H unan Un i v ersity ) Abstract :This paper presents a ne w m et h od of i n ducti o n m otor speed identifica -ti o n .It is the co m binati o n o f f u zzy neural net w ork (FNN )w ith m odel reference adap -ti v e syste m (MRAS).W e co m bi n e this m ethod w it h the i n verter contro lled by space vector pulse w idth m odu lati o n (SVP WM )to for m a field oriented con tro l syste m o f speed senso rless based on DSP . Its struct u re and soft w are and hardw are are ana -l y zed .The S i m u lation results sho w that the contro l syste m has better dyna m ic per -f o r m ance and can accurately track the variati o n of the m otor speed . K ey w ords :I nducti o n m oto r Speed sensorless SVP WM F ield oriented con -tro l (FOC) DSP *湖南省自然科学基金资助项目(编号:02JJ Y 2089) 1 引言 异步电动机的数学模型由电压方程、磁链方 程、转矩方程和运动方程组成,是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。采用传统的控制策略对其进行控制时,动态控制效果较差。目前异步电动机控制研究工作正围绕几个方面展开:采用新型电力电子器件和脉宽调制控制技术;应用矢量控制技术及现代控制理论、智能控制技术;广泛应用数字控制系统及计算机技术;无速度传感器控制技术。本文以电机控制专用芯片 T M S320F240为核心,采用磁通、转速闭环的矢量控制策略,利用SVP WM 脉宽调制技术、无速度传感器及智能控制技术,设计了一电机控制系统。仿真结果表明该控制系统抗干扰能力强,动态性能好。 2 速度估计策略 模型参考自适应方法(MRAS)是应用较广的速度估计方法。本文设计的模型参考自适应速度估计系统为减少定子电阻的影响选择瞬时无功功率模型,同时为有效解决瞬时无功功率模型参考 40 异步电动机无速度传感器矢量控制系统设计《中小型电机》2005,32(2)
说明：下面程序取自IFX 8位机无传感器PMSM电机矢量控制程序。整个程序是连续的矢量控制计算函数，其中有图片说明打断，便于更好的理解。其中包括坐标系变换,磁链角估算，PI速度环电流环调节。（单片机XC886，Keil编译器Cavin整理） 坐标系变换说明：双电阻采样得到两相电流(ia, ib)，由abc120°静止坐标系Clarke变换到直角坐标系(iα, iβ)，由(iα, iβ)静止直角坐标系Park变换到直角旋转坐标系(iq, id)。直流id不变，通过PI速度环电流环得到期望直流iq，进行限幅控制。由旋转坐标系(vq, vd)经过Park逆变换到静止坐标系(vα, vβ)，然后再经过矢量调制成PWM控制电机。无传感器角度估算：由Clarke变换得到(iα, iβ)和由Park逆变换得到的(vα, vβ)，经过低通滤波器PT1，再由直角坐标系变极坐标系得到磁链估算角 无传感器开环启动策略：在定子中加入幅值及频率都受控的电流，若PLL收敛,切换到FOC闭环控制。 软件流程图：
void FOC_Calculation (void) using 1 { #pragma asm ;************************************** ;* FOC_Calculation ;************************************** ;* ;* this function contains all calculations ;* necessary for the field oriented control. ;* ;* register bank 1 is used ;* ;************************************** ;* push registers ;************************************** push ACC push b push dph push dpl push PSW push SYSCON0 ; use register bank 0x01 mov PSW,#0x08 ;;anl SYSCON0,#0xFE ; use standard SFRs mov CCU6_PAGE,#0xA0 ; select CCU6-page 0 SST2 ;**************************************
BLDC无位置传感器控制技术 2014.11.12 duguqiubai1234@https://www.doczj.com/doc/2618284413.html, BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。其转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、维护方便。BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点，已广泛应用于仪表和家用电器等领域。 本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。 一、无位置传感器技术简介 BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器，使用六步换相法控制。但传感器器会增大电机的体积和成本，另外传感器的位置精度影响电机的运行；特别对于极对数较多的电机，传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境，传感器易损坏，因而无法使用。 使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。 无传感器BLDC在性能上也存在一些不足: （1）难以实现重负载（例如额定转矩）起动。好在风机属于轻负载起动的情况。 （2）难以快速起动。例如很难实现1秒内从静止加速到全速。好在风机通常不要求很短时间内完成加速。 （3）无法实现全速范围内任意调速。有传感器BLDC能够实现0%～100%额定转速范围内的调速，而无传感器BLDC通常只能实现10%～100%额定转速范围内的调速。好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。 经过以上分析，可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。 国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求，而不是以性能优越为主要要求。高压无传感器BLDC如果追求性能优越，则成本太高，技术难度过大。 风机类产品通常起动后连续工作时间较长，所以通常不要求快速起动，不也要求反复起停。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：武汉理工大学 题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真 初始条件： 电机参数为：额定电压U=380V、频率50 =、定子电阻s R=0.252Ω、 f Hz 额定功率P=2.2KW、定子自感 L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速 s n=1420rpm、转子自感r L＝0.0016H、级对数p n＝2、互感m L＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2 要求完成的主要任务: （1）设计系统原理图; （2）用MATLAB设计系统仿真模型； （3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较 参考文献： [1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械 工业出版社，2005:212-215 时间安排： 2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表 具体时间设计内容 12.5 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介 绍；学生确定选题，明确设计要求 12.6－12.9 开始查阅资料，完成方案的初步设计 12.10—12.11 由指导老师审核设计方案，学生修改、完善并对其进行分析 12.12－12.13 撰写课程设计说明书 12.14 上交课程设计说明书，并进行答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电机的调速方案。矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。 关键词：矢量控制、无速度传感器、Matlab
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2618284413.html, 浅谈交流电机无速度传感器控制策略 作者：吴宏宇吴兴宇史运涛 来源：《科技风》2016年第24期 摘要：目前，随着工业自动化的不断发展，交流电机将会被广泛使用。同时由于无速度 传感器技术具有低成本与高可靠性等优点，所以发展交流电机无速度传感器技术，对于提高科技生产力以及工业自动化具有极其重要的意义。本文将简要介绍高性能无速度传感器交流电机控制策略，一种是异步电机与速度自适应全阶观测器相结合，另一种永磁同步电机与滑模观测器相结合的控制方法，旨在进一步促进高性能无速度传感器交流电机控制策略的发展。 关键词：交流电机；无速度传感器；全阶观测器；滑模观测器 随着电力电子技术、微电子技术、现代电机控制理论的迅速发展，交流电机获得快速的推广与应用[ 1 ]。目前，在高性能交流电机控制领域中矢量控制[ 2 ]已经被广泛应用。在实际应用中，为了进一步提高交流电机在不同环境下运行的可靠性，交流电机无速度传感器控制技术被提出。无速度传感器控制方法主要分为两大类，一种为外部信号注入，这种方法只适应于极低速的工况运行，同时额外的信号注入会带来高损耗、噪声等问题。另一种为基于交流电机模型的方法，如：模型参考自适应[ 3 ]、卡尔曼滤波[ 4 ]、滑模观测器[ 5 ]、自适应全阶观测器[ 6 ]等方法，这些方法具有很高的控制精度以及鲁棒性。 本文将重点介绍自适应全阶观测器、滑模观测器与矢量控制在交流电机无速度传感器技术中的应用。 1 速度自适应全阶观测器 对于异步电机来说，定子磁链和电磁转矩通常无法直接得到，一般是采用实时测量的电压电流信息和电机参数，并根据电机数学模型构造观测器来对内部的状态变量进行估计。全阶观测器在较宽范围内都有很高的观测精度[ 7 ]，通过引入速度自适应环节后可以在观测定子磁链的同时估计电机转速，实现无速度传感器控制。 在全阶观测器的设计中，反馈增益矩阵与自适应率系数的设计直接关系到系统的稳定性、鲁棒性以及收敛速度[ 7 ]。为了保证系统的稳定性与收敛性，本文将介绍一种采用极点左移的方法来设计增益矩阵并对其进行简化，最终得到一个常数增益矩阵。引入速度自适应环节，可以利用李雅普诺夫函数推导出转速估计的自适应率[ 7 ]，在实际应用中为了保证估计转速的收敛速度一般采用PI调节器来代替纯积分环节。 2 滑模观测器 在无速度传感器永磁同步电机控制策略中，滑模观测器被广泛应用，因为其具有结构简单、鲁棒性强以及快速的动态响应[ 8 ]。滑模观测器的主要思想是通过选取滑模面与滑模增益
交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!伺服技术"#$%&’($)*+,-.$ 无速度传感器矢量控制系统的一种控制方法 李岚/乔晓利/张爱玲 太原理工大学/山西太原1211345收稿日期63113788783摘要6介绍了无速度传感器矢量控制系统中9:;<=的一种控制方法/ 并对实际电动机进行了控制>通过实验取得了令人满意的结果> 关键词6无速度传感器?9:;<=? 控制方法中图分类号6@=242?@=218A 3文献标识码6B 文章编号681187C D 4D 0311********E 713 F ) G H I J G K LM I N G OG P #Q M M O 7R M H R G J K M R R &M S I G J )G H I J G K #T R I M U V W V X Y /Z W B [\]X ^7_]/‘a B b c B ]7_]Y d 0@X ]e f X Yg Y ]h i j k ]l e^m @i n o Y ^_^d e /@X ]e f X Y 121134/p o ]Y X 5F q R I J r S I 6B 9:;<=n ^Y l j ^_s i l o ^t]Yk i Y k ^j _i k k h i n l ^j n ^Y l j ^_k e k l i s ]k u j i k i Y l i tX Y tl o i n ^Y l j ^_^Ys ^l ^j o X k v i i Ys X w i Y A x y u i j ]s i Y l j i k f _l u j ^h i k ]l ]k k X l ]k m X n l ^j e A z M T{G J O R 6k i Y k ^j _i k k ?9:;<=?n ^Y l j ^_s i l o ^t |引言 矢量控制的异步电动机变频调速可获得高性能 的转速控制和转矩控制/但系统需要测速传感器/使 其应用受到工作环境和使用条件等方面的限制>无 速度传感器矢量控制系统调速范围宽}速度响应快/ 因而成为目前交流传动的一个研究热点>文中介绍 了无速度传感器矢量控制系统中的一种电压空间矢 量;<=控制方法/并借助以~9;为核心的;<= 调速装置/对电动机进行了控制实验/验证了控制方 法的正确性>!电压空间矢量控制方法电压空间矢量控制方法以三相对称正弦波电压供电时三相电动机定子的理想磁链圆为基准/由三相逆变器不同开关模式所形成的实际磁链矢量来追 踪基准磁链圆>在追踪过程中/逆变器的开关模式作 适当的切换/从而形成;<=波"8#> 图8为三相;<=逆变器的主电路示意图/ 其中功率开关元件用9X }9v }9n 表示> 电压空间矢量是由开关量9X }9v }9n 控制的>从 逆变器的拓扑结构看/9X }9v }9n 共构成D 种工作状态/即6811}881}181}188}118}818与888}111>其 中/前C 种工作状态是有效的/ 后两种工作状态是无 90X /v /n 5$8时上管导通/90X /v /n 5$1时下管导通图8三相;<=逆变器主电路意义的>对于每一种有效的工作状态/三相电压都可用一个合成空间矢量表示/其幅值相等}相位彼此相差C 1%>如以f &8/f &3/’f &C 依次表示811}881}’818六个有效工作状态的电压空间矢量/它们之间的相互 关系如图3所示/C 个电压空间矢量将逆变器一个 工作周期划分为C 个扇区/每个扇区对应的时间各 为C 1%>其中/第2扇区的;<=波形如图2所示/ 同理可得其它扇区;<=波形 >图3逆变器供电时电机定子电压空间矢量图 由于逆变器只输出有限的C 种有效电压空间矢 (E 3()))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))无速度传感器矢量控制系统的一种控制方法李岚乔晓利张爱玲 万方数据
无速度传感器 在高性能的异步电机矢量控制系统中，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常，采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。但是，由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷：系统的成本大大增加；精度越高的码盘价格也越贵；码盘在电机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度；电机轴上的体积增大，而且给电机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电机的简单坚固的特点；在恶劣的环境下，码盘工作的精度易受环境的影响。因此，越来越多的学者将眼光投向无速度传感器控制系统的研究。国外在20世纪70年代就开始了这方面的研究，但首次将无速度传感器应用于矢量控制是在1983年由R．Joetten完成，这使得交流传动技术的发展又上了一个新台阶，但对无速度传感器矢量控制系统的研究仍在继续。 2无速度传感器的控制方法 在近20年来，各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究，无速度传感器控制技术的发展始于常规带速度传感器的传动控制系统，解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。重要的方面是如何准确地获取转速的信息，且保持较高的控制精度，满足实时控制的要求。无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本；另一方面，使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机与控制器的连线，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用更加广泛。国内外学者提出了许多方法。 （1）动态速度估计法主要包括转子磁通估计和转子反电势估计。都是以电机模型为基础，这种方法算法简单、直观性强。由于缺少无误差校正环节，抗干扰的能力差，对电机的参数变化敏感，在实际实现时，加上参数辨识和误差校正环节来提高系统抗参数变化和抗干扰的鲁棒性，才能使系统获得良好的控制效果。 （2）PI自适应控制器法其基本思想是利用某些量的误差项，通过PI自适应控制器获得转速的信息，一种采用的是转矩电流的误差项；另一种采用了转子q轴磁通的误差项。此方法利用了自适应思想，是一种算法结构简单、效果良好的速度估计方法。 （3）模型参考自适应法（MRAS）将不含转速的方程作为参考模型，将含有转速的模型作为可调模型，2个模型具有相同物理意义的输出量，利用2个模型输出量的误差构成合适的自适应律实时调节可调模型的参数（转速），以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。根据模型的输出量的不同，可分为转子磁通估计法、反电势估计法和无功功率法。转子磁通法由于采用电压模型法为参考模型，引入了纯积分，低速时转子磁通估计法的改进，前者去掉了纯积分环节，改善了估计性能，但是定子电阻的影响依然存在；后者消去了定子电阻的影响，获得了更好的低速性能和更强的鲁棒性。总的说来，MRAS是基于稳定性设计的参数辨识方法，保证了参数估计的渐进收敛性。但是由于MRAS的速度观测是以参考模型准确为基础的，参考模型本身的参数准确程度就直接影响到速度辨识和控制系统的成效。 （4）扩展卡尔曼滤波器法将电机的转速看作一个状态变量，考虑电机的五阶非线性模型，采用扩展卡尔曼滤波器法在每一估计点将模型线性化来估计转速，这种方法
无刷直流电机无位置传感器控制方法综述所谓的无位置传感器控制，正确的理解应该是无机械的位置传感器控制。在电机运转的过程中，作为逆变桥功率器件换向导通时序的转子位置信号仍然是需要的，只不过这种信号不再由位置传感器来提供，而应该由新的位置信号检测措施来代替，即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。所以，目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的核心和关键就是架构一转子位置信号检测线路，从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号，借以触发导通相应的功率器件，驱动电机运转。 1.反电势过零点法（端电压法）：基于反电动势过零点的转子位置检测方法是 在忽略永磁无刷直流电机电枢反应影响的前提下。通过检测断开相反电动势过零点。依次得到转子的六个关键位置信号。但是存在如下缺点：反电动势正比于转速，低速时不能通过检测端电压来获得换相信息故这种方法严重影响了电机的调速范围。使电机起动困难；续流二极管导通引起的电压脉冲可能覆盖反电动势信号。尤其是在高速、重载、或者绕组电气时间常数很大等情况下，续流二极管导通角度很大，可能使得反电动势法无法检测。 反电势过零检测法的改进策略：针对以上缺点,利用神经网络的非线性任意逼近特性, 提出一种基于神经元网络的电机相位补偿控制。首先由硬件电路获得有效的反电动势信息, 再利用BP 神经网络进行正确相位补偿, 实现无刷直流电机的无位置传感器控制, 获得了较好的效果[1]。还有一种采用人工神经元网络的永磁无刷直流电机反电势预测新方法, 采用神经元网络方法对永磁无刷直流电动机反电势波形准确预测的结果进一步用于电机动、静态特性的仿真或预测, 这将比假设电机反电势波形为理想正弦波或梯形波所进行的仿真更接近电机的实际运行结果。较之传统的路和场的计算方法, 达到了快速性和准确性的统一, 且由于神经元网络的自学习神经元网络成功训练后, 就可以用以预测所研究类型的永磁无刷直流电机的反电势波形[2]。 直接检测法，通过比较逆变器直流环中点电压和电机断开相绕组端电压的关
1、PG卡是变频器控制带编码器电机时的选件.构成闭环控制.主要是实现高精度的带编码器(PG)矢量闭环控制.PG卡和带编码器的电机是变频器实现最高的控制精度的方式.可实现电机速度控制和位置控制(定位). 2、变频器的无PG矢量控制怎么接线？ 无PG矢量控制接线与其它的变频器一样接线。（与PG矢量控制区别就是没有电机编码器的接线了。） 主要是控制方式选择PG矢量控制，并且要进行电机的自学习，以供变频器采集电机的必要参数。 3、变频器中说的有PG矢量控制中的PG指的是什么啊？ PG:pulse Quantizer 就是脉冲编码器 有PG矢量控制，就是有编码器的矢量控制，也就是闭环矢量控制 4、变频器的VF控制和无PG 矢量控制什么区别怎么使用 区别在于无PG反馈矢量控制机械硬度较好,控制精度和调速范围更好些,但要求较多.V/F控制适用于大多数控制. 5、无PG矢量控制一般用在什么样的负载上呢？速度和转矩与VF控制有什么区别 回答 无PG反馈的矢量变频器通过变频器内部的检测电流测出三相输出电压和电流值矢量，通过变换电路得到两个相互垂直的电流信号，再用这两个信号通过运算调节器控制逆变电路的输出。整个过程全部在变频器内完成，工程上称为无PG反馈的矢量变频器。3．变频器矢量控制功能的设置只设置“用”或“不用”即可。4．设置矢量控制功能时应符合的条件(1) 变频器只能连接一台电动机；(2) 电动机应使用变频器厂家的原配电动机，若不是原配电动机，应先进行自整定操作；(3) 所配备电动机的容量比应配备电动机的容量最多小一个等级； (4) 变频器与电动机之间的电缆长度应不大于50m。(5) 变频器与电动机之间接有电抗器时，应使用变频器的自整定功能改写数据。 在需要较高精度的控制场合下,可选用无PG反馈的控制,比如数控车床：作为主轴电动机的驱动系统，可以根据切削需要改变主轴的转速，随着工件直径的变化，主轴转速亦随着变化，保持刀具的恒线速切削。还可以由数控系统控制主轴运行、停止，正、反转以及与进刀系统保持严格的传动比关系，完成工件的自动加工，从而大大提高工作效率和工件的成品率。一般可选用普通U∕f控制变频器，为了提高控制精度选用矢量控制变频器效果更好。 V/F控制方式在低速下输出机械转矩有所下降(如需要可设置转矩补偿,升高输出电压),后者低速高速转矩都一样;在转速方面都是一样的,只是对V/F控制来说,当负载转矩波动时会出现转速的变化.
无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。 在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。 尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。 无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。 无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。 以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。 转子位置间接检测法 目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在： 1、位置传感器可使电机系统的体积增大； 2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响； 3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行 可靠性降低 4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机 的运行性能。 无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。 反电势法 反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。该方法将检测获得的反电势过零点信号延迟30o电角度，得到6个离散的转子位 置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。 无刷直流电机反电势过零点与换相时刻的对应关系如图所示，图中e A、e B、e C为相位互差120o电角度的三相梯形波反电势，Q1~Q6为一个周期内的6个换相点，分别滞后相应反电势过零点30o电角度。
无速度传感器说明： 在现代交流调速系统中，为了获得高性能的转速控制，采用了速度闭环控制，必须在电机轴上安装速度传感器。但在实际系统中，速度传感器的安装往往受到一些限制，主要存在以下几个问题[3,4]： 1) 速度传感器的安装降低了系统的鲁棒性和简单性； 2) 高精度的速度传感器价格一般比较贵，增加了系统成本； 3) 在一些恶劣的条件下（如高温、潮湿等），速度传感器的安装会降低系统 的可靠性； 4) 速度传感器的安装存在一些困难，如果安装不当会成为系统的一个故障 源。 为了避免这些问题，使得人们转而研究无需速度传感器的电机转速辨识方法。近年来，这项研究也成为交流传动的一个热点问题。国外在20世纪70年代开始了这方面的研究。而首次将无速度传感器应用于矢量控制是在1983年由R.Joetten 完成的，这使得交流传动技术的发展又上了一个新的台阶。在其后的十几年中，国内外的学者在这方面做了大量的工作，到目前为止，提出了许多种方法，大体上可以分为：①动态转速估计器；②模型参考自适应（MRAS ）；③基于PI 调节器法；④自适应转速观测器；⑤转子齿谐波法；⑥高频注入法；⑦基于人工神经元网络的方法。 以下分别讨论动态转速估计器，模型参考自适应（MRAS ），基于PI 调节器法，滑模变结构观测器，在第二章建立的异步电机矢量控制仿真实验平台上仿真。 动态转速估计器[3] 这种方法从电机的电磁关系式，转速的定义中得到关于转差的表达式。电机角速度等于同步角速度s ω与转差角速度sl ω之差。 s sl ωωω=- （3-1） 同步角速度可以由静止坐标系下的定子电压方程式推得，由图3-1矢量关系可知 2 2 s s s s s s s s s s d d arctg dt dt p p βαβααβ αβ ωθψ? ?==?? ψ?? ψψ-ψψ= ψ+ψ （3-2）
感应电动机的无速度传感器控制研究 3 王家军王建中 杭州电子科技大学 摘要 :基于定子侧静止参考坐标系 , 把感应电动机的模型分为机械部分和电气部分。利用新的状态变量 , 根据系统的稳态方程计算感应电动机的速度 , 实现感应电动机的无速度传感器控制。 制方法相比 , , 通过 性能。最后仿真结果证明了该设计方法的有效性。 关键词 :感应电动机无速度传感器 R of Induction Motor Wang Jiajun Wang Jianzhong Abstract :The model of induction motor was separated into mechanical and electrical parts based on static reference coordinate of stator. According to steady equation , the speed of induction motor was computed with new states. Then sensorless control of induction motor can be realized. Compared with traditional sensorless control method , the scheme avoids computation of rotor slip or rotor flux linkage angle. G ood steady and dy 2 namic performance can be achieved by regulating PI controller. At last simulation results prove the efficiency of the scheme. K eyw ords :induction motor sensorless PI controller 1引言 感应电动机以其坚固、可靠、廉价、高效等优点 , 在工业驱动控制中获得了大量的应用。感应电动机结构简单 , 但其弱点是数学模型复杂 , 状态变量之间的
说明:下面程序取自IFX 16位机无传感器PMSM电机矢量控制程序。程序架构是C语言嵌套汇编。其中坐标系变换是汇编编写。有插图说明,便于更好的理解。其中包括坐标系变换,磁链角估算,PI速度环电流环调节。(单片机XC2236N,Tasking 编译器Cavin整理 坐标系变换说明:双电阻采样得到两相电流(ia, ib,由abc120°静止坐标系Clarke 变换到直角坐标系(iα, iβ,由(iα, iβ静止直角坐标系Park变换到直角旋转坐标系(iq, id。直流id不变,通过PI速度环电流环得到期望直流iq,进行限幅控制。由旋转坐标系(vq, vd经过Park逆变换到静止坐标系(vα, vβ,然后再经过矢量调制成PWM控制电机。 无传感器角度估算:由Clarke变换得到(iα, iβ和由Park逆变换得到的(vα, vβ,经过低通滤波器PT1,再由直角坐标系变极坐标系得到磁链估算角无传感器开环启动策略:在定子中加入幅值及频率都受控的电流,若PLL收敛,切换到FOC闭环控制。
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