隨著電力電子技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)具有明顯的優(yōu)越性，各種通用的和高性能的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)相繼誕生。但是，由于交流電機(jī)的非線性多變量耦合性質(zhì)，研究其控制策略引起許多專家和學(xué)者的興趣，且取得了許多成果。目前，交流傳動(dòng)控制較先進(jìn)和熱門的方法是矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，特別是直接轉(zhuǎn)矩控制法受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，通過(guò)理論分析和實(shí)踐檢驗(yàn)仍存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
根據(jù)控制系統(tǒng)的回路是模擬還是數(shù)字，分為模擬型和數(shù)字型電機(jī)控制系統(tǒng)。伴隨著數(shù)字IC的發(fā)展，位置、速度和電流控制都成為數(shù)字化。
再由于出現(xiàn)了高性能的微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器，其全數(shù)字化變?yōu)榭赡堋?BR> 一旦使用了處理器，由于控制是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以也叫做軟件型電機(jī)控制系統(tǒng)
一、交流傳動(dòng)的基本類型
異步電機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem可分為兩部分：機(jī)械功率PΩ和轉(zhuǎn)差功率Ps即：
 (1)
從能量轉(zhuǎn)換效率的角度看，交流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)可分為下面幾類：
- 轉(zhuǎn)差功率消耗型傳動(dòng)系統(tǒng)，如變壓、串電阻等調(diào)速系統(tǒng)；
- 轉(zhuǎn)差功率回饋型傳動(dòng)系統(tǒng)，如繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)和雙饋型調(diào)速系統(tǒng)；
- 轉(zhuǎn)差功率不變型傳動(dòng)系統(tǒng)，如變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。
其中，轉(zhuǎn)差功率消耗型傳動(dòng)系統(tǒng)控制方法最簡(jiǎn)單，只是一般的開環(huán)和閉環(huán)控制，但其速度只能調(diào)在額定轉(zhuǎn)速以下，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低(恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí))，故越向下調(diào)速效率越低；轉(zhuǎn)差功率回饋型傳動(dòng)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過(guò)變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化為機(jī)械能加以利用，轉(zhuǎn)速越低時(shí)回收的功率越多，但增設(shè)的交流裝置要多消耗一些功率；轉(zhuǎn)差功率不變型傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子銅損部分的消耗是不可避免的，但這類系統(tǒng)中無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，其轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，因此效率最高。
同步電動(dòng)機(jī)沒有轉(zhuǎn)差功率，屬于轉(zhuǎn)差功率不變型傳動(dòng)系統(tǒng)，只能用變壓變頻方式控制，分他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩種。
二、高性能交流傳動(dòng)控制方法
交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是非線性多變量的，其輸入變量是定子電壓和頻率，輸出變量是轉(zhuǎn)速和磁鏈(定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈、或氣隙磁鏈)，要獲得高動(dòng)態(tài)性能，就必須依據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，就必須對(duì)數(shù)學(xué)模型加以改造，使之解耦和線性化。
1. 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制
矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。
2. 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式
基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進(jìn)行U / f ＝恒定控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n，并得到對(duì)應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間的相位，對(duì)通用變頻器的輸出頻率f進(jìn)行控制的。基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式的最大特點(diǎn)是，可以消除動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩電流的波動(dòng)，從而提高了通用變頻器的動(dòng)態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。
3. 無(wú)速度傳感器的矢量控制方式
無(wú)速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場(chǎng)定向控制理論發(fā)展而來(lái)的。實(shí)現(xiàn)精確的磁場(chǎng)定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置.要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測(cè)裝置是很困難的,但即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測(cè)裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)，按照轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。
4. 按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器(Band—Band控制)，把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來(lái)控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。
它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。
三、兩種控制方式的應(yīng)用展望
1. 矢量控制方式的應(yīng)用展望
無(wú)速度傳感器矢量控制的優(yōu)勢(shì)
概括來(lái)說(shuō)，無(wú)速度傳感器矢量控制可以獲得接近閉環(huán)控制的性能，同時(shí)省去了速度傳感器，具有較低的維護(hù)成本。與傳統(tǒng)V/f控制比較，無(wú)速度傳感器矢量控制可以獲得改進(jìn)的低速運(yùn)行特性，變負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時(shí)還可獲得高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負(fù)載的起動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)。正是由于這些驅(qū)動(dòng)特性，該控制技術(shù)已逐漸成為通用恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的選擇。事實(shí)上，基本上所有的AC驅(qū)動(dòng)廠家都提供該控制模式。
無(wú)速度傳感器矢量控制需解決的問(wèn)題
矢量控制從基本原理上講能夠獲得優(yōu)異的動(dòng)靜態(tài)特性，但是對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性卻成為實(shí)際應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)器通過(guò)啟動(dòng)前的自整定以及運(yùn)行過(guò)程中的在線整定，適應(yīng)電機(jī)參數(shù)變化，保持矢量控制的動(dòng)靜態(tài)性能，這些復(fù)雜的自適應(yīng)控制算法都必須通過(guò)強(qiáng)大的信號(hào)處理器才能完成。
無(wú)速度傳感器矢量控制盡管省略了閉環(huán)控制中使用的速度傳感器，SVC仍然需要采用電壓、電流傳感器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，在高速運(yùn)算處理器的平臺(tái)上通過(guò)使用復(fù)雜的電機(jī)模型與高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行處理獲得電機(jī)控制所需的磁通與轉(zhuǎn)矩分量，再通過(guò)自適應(yīng)的磁場(chǎng)向量方法實(shí)現(xiàn)解耦控制，以獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)，該控制方式目前沒有標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，SVC控制的關(guān)鍵在于正確的轉(zhuǎn)速估計(jì)與解耦控制，但這兩者之間又存在相互耦合的關(guān)系。轉(zhuǎn)速估計(jì)的精度不僅決定于測(cè)量的定子電壓與電流，同時(shí)與電機(jī)參數(shù)密切相關(guān)。在數(shù)字化電機(jī)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速估計(jì)的精度又與采樣頻率以及反饋信號(hào)的分辨率有關(guān)，而轉(zhuǎn)速估計(jì)的精確程度不僅影響到速度控制的準(zhǔn)確度, 也會(huì)影響到速度環(huán)路補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)。這些問(wèn)題環(huán)環(huán)相扣, 稍有失誤甚至?xí)绊懙较到y(tǒng)的穩(wěn)定性。
SVC技術(shù)要實(shí)用化，必須解決幾個(gè)基本問(wèn)題：磁通辨識(shí)、速度估計(jì)以及參數(shù)適應(yīng)性。過(guò)去十幾年里，研究人員開發(fā)出了多種磁通辨識(shí)與轉(zhuǎn)速估計(jì)方法。其中以磁場(chǎng)定向?yàn)榛A(chǔ)的轉(zhuǎn)速估計(jì)法由于其快速性與較高的準(zhǔn)確度，已成為行業(yè)設(shè)計(jì)的主流。
無(wú)論是磁通辨識(shí)還是速度估計(jì)，對(duì)參數(shù)的依賴性都較強(qiáng)，也正是因?yàn)槿绱薙VC與采用速度或位置傳感器的閉環(huán)磁通矢量控制(FVC)相比，對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化更為敏感，在速度調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)矩響應(yīng)等動(dòng)態(tài)指標(biāo)上要落后于FVC控制。目前業(yè)界對(duì)SVC參數(shù)整定的設(shè)計(jì)包括初始整定與在線整定兩種。有關(guān)參數(shù)自適應(yīng)這方面的研究仍在深入，如何提高SVC系統(tǒng)的適應(yīng)性、魯棒性無(wú)疑是一個(gè)重要的研究課題。
總的來(lái)看，由于不需要速度傳感器，SVC的電機(jī)控制模型要十分精確。從運(yùn)算量來(lái)講，SVC控制比FVC更為復(fù)雜，這也使得無(wú)速度傳感器控制的難度要明顯高于閉環(huán)控制。由于電機(jī)參數(shù)在運(yùn)行過(guò)程變化很大，因此SVC驅(qū)動(dòng)器的自整定能力對(duì)于獲得準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)尤為重要，這也直接決定了矢量控制的性能。事實(shí)上，如何適應(yīng)電機(jī)運(yùn)行條件的變化，保持模型的精確性是避免高轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的關(guān)鍵；而模型的自適應(yīng)能力也是電機(jī)接近零速運(yùn)行時(shí)最為重要的因素，因?yàn)榇藭r(shí)的電機(jī)參考模型誤差已經(jīng)大大增加。盡管采用了自適應(yīng)的精確電機(jī)模型，目前的最高水平的SVC控制在動(dòng)靜態(tài)特性上與FVC仍然存在一定差距，這在低速運(yùn)行區(qū)域尤為明顯。
無(wú)速度傳感矢量控制的展望
概括來(lái)講，未來(lái)無(wú)速度傳感器矢量控制的動(dòng)靜態(tài)特性的進(jìn)一步提高，需要更為完善的逆變器/電機(jī)模型，綜合考慮不同運(yùn)行條件下的電機(jī)磁路飽和、繞組集膚效應(yīng)、逆變器的非線性以及電機(jī)參數(shù)變化等因素。在更為精確的自適應(yīng)電機(jī)模型基礎(chǔ)上，低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)將進(jìn)一步減小，穩(wěn)速精度將進(jìn)一步提高，對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的響應(yīng)更快，對(duì)電機(jī)參數(shù)變化的穩(wěn)定性將進(jìn)一步加強(qiáng)。特別是具有寬范圍調(diào)速(包括零速)和高精度轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩控制(而不僅是轉(zhuǎn)矩限定)的SVC控制系統(tǒng)與FVC控制系統(tǒng)的差距將逐步減小，并有望取代部分伺服應(yīng)用領(lǐng)域。
未來(lái)的一些進(jìn)步還將體現(xiàn)在高速處理器及外設(shè)上。DSP+ASIC/FPGA的控制器結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的信號(hào)并行處理能力更為強(qiáng)大，在此基礎(chǔ)上可以支持核心程序以非�？斓乃俣冗\(yùn)行，保證SVC系統(tǒng)對(duì)速度指令及負(fù)載變化有更快的響應(yīng)，這對(duì)高性能的數(shù)字控制系統(tǒng)來(lái)講是非常重要的。
此外，無(wú)速度傳感器控制方式下的多機(jī)運(yùn)行以及在高功率低速運(yùn)行的應(yīng)用也將成為未來(lái)的發(fā)展方向。
2. 直接轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用展望
異步機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制法(DTC)，它不需要解耦電機(jī)數(shù)學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，在很大程度上克服了矢量控制計(jì)算復(fù)雜和易受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，成為交流調(diào)速控制理論第二次質(zhì)的飛躍。多年來(lái)隨著智能控制理論的發(fā)展和引入，涌現(xiàn)了許多基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接轉(zhuǎn)矩控制，控制性能得到進(jìn)一步的改善和提高。直接轉(zhuǎn)矩控制的不足之處是存在諧波分量和低速性能較差等問(wèn)題，可以通過(guò)下面方法加以完善。
控制環(huán)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
磁通調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的細(xì)化改進(jìn)。只有根據(jù)當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)時(shí)偏差合理的選擇電壓矢量，才有可能使轉(zhuǎn)矩和磁通的調(diào)節(jié)過(guò)程達(dá)到較理想狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)矩、磁通的偏差區(qū)分得越細(xì)，電壓矢量的選擇越精確，控制性能就越好。這樣通過(guò)改進(jìn)轉(zhuǎn)矩、磁通調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，細(xì)化轉(zhuǎn)矩和磁通的偏差區(qū)分，如圖1將轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成兩個(gè)滯環(huán)特性單元的組合結(jié)構(gòu)形式。
圖1 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器細(xì)化結(jié)構(gòu)圖
磁通調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成一繼電器特性單元和一滯環(huán)特性單元的組合形式，如圖2所示。
圖2 磁通調(diào)節(jié)器細(xì)化結(jié)構(gòu)圖
采用這種新型磁通、轉(zhuǎn)矩DTC系統(tǒng)，不僅全面改善了動(dòng)靜態(tài)性能，而且有效減少了轉(zhuǎn)矩磁通的脈動(dòng)。
智能開關(guān)狀態(tài)選擇器的完善
通過(guò)使用模糊控制器或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)選擇開關(guān)狀態(tài)，完全抵消了觸發(fā)器容差的影響，性能改善更加明顯。但是，由于人為選取的模糊狀態(tài)選擇器中各變量隸屬度具有較大的主觀性和盲目性，一旦選擇不當(dāng)，系統(tǒng)性能的改善就不復(fù)存在，甚至還會(huì)變差。采用遺傳算法來(lái)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)差誤差的隸屬度函數(shù)分布，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度，減小了轉(zhuǎn)矩諧波和電流諧波。另外，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)造開關(guān)狀態(tài)選擇器，也可以取得較好的效果。
電壓矢量選擇方式的改進(jìn)
一種新的電壓矢量選擇方法——預(yù)期電壓法見圖3：首先根據(jù)轉(zhuǎn)矩、磁通偏差和轉(zhuǎn)速計(jì)算出一個(gè)能達(dá)到最佳控制的預(yù)期電壓VK，然后用電壓型逆變器的6個(gè)工作電壓中與之相鄰的兩個(gè)VK1、VK2來(lái)合成它。
圖3 預(yù)期電壓合成示
 (2)
此方法不但具有上升時(shí)間短，穩(wěn)態(tài)性能好，而且電流的高次諧波分量小。
傳統(tǒng)方式下對(duì)定子電阻觀測(cè)器的改進(jìn)
傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中，定子磁通一般采用u-i模型：
 (3)
在低速運(yùn)行時(shí)應(yīng)考慮RS的影響，如果對(duì)RS估計(jì)誤差偏大，就會(huì)嚴(yán)重影響運(yùn)行性能，基于此種考慮，提出了一種基于模糊控制的定子電阻觀測(cè)器，該觀測(cè)把對(duì)定子電阻影響較大的三個(gè)因素：定子電流、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時(shí)間作為輸入量，以定子電阻變化ΔRS作為輸出量，并考慮到定子電阻上升和下降的變化規(guī)律不一樣，將這兩種情況分別對(duì)待，設(shè)計(jì)各自對(duì)應(yīng)的模糊觀測(cè)器。
 (4)
該觀測(cè)器在系統(tǒng)不斷改變運(yùn)行方式的情況下，仍能準(zhǔn)確跟蹤RS的變化，為改善低速性能提供了一個(gè)有效的方法。
另一種定子電阻觀測(cè)器是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻觀測(cè)器，效果非常理想。該網(wǎng)絡(luò)采用 3-12-1結(jié)構(gòu)，3個(gè)輸入量分別為定子電流、定子電壓頻率、運(yùn)行時(shí)間，輸出是阻值變化ΔRS。離線訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)在線運(yùn)行時(shí)，能正確的估計(jì)電阻因is.f.t的變化而產(chǎn)生的變化值。另一種更為簡(jiǎn)單的3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻觀測(cè)器，它只有兩個(gè)輸入，分別是電流偏差及其差分：
 (5)
輸出仍然是電阻變化值。當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)在隱含層設(shè)置2個(gè)神經(jīng)單元，即組成2-2-1結(jié)構(gòu)時(shí)，就能成功的估計(jì)出低速時(shí)定子阻值變化。若采用2-3-1或2-5-1結(jié)構(gòu)時(shí)，估計(jì)效果更佳。由于這種網(wǎng)絡(luò)所含神經(jīng)元少，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，訓(xùn)練起來(lái)也很方便，可以直接在線學(xué)習(xí)。
基于氣隙磁通直接轉(zhuǎn)矩控制
直接轉(zhuǎn)矩控制低速性能較差的根本原因是系統(tǒng)未能徹底擺脫電機(jī)參數(shù)的變化所帶來(lái)的影響，若要從根本上解決這一問(wèn)題，就必須選擇一種完全獨(dú)立于各種易變參數(shù)之外的實(shí)現(xiàn)方法。利用定子電壓的三次諧波分量計(jì)算氣隙磁通進(jìn)行控制，就體現(xiàn)了這一思想。
無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制的探討
利用轉(zhuǎn)子磁通方程構(gòu)造無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，其中的參考模型就是α、β坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子磁通方程。在分析直接轉(zhuǎn)矩控制理論的基礎(chǔ)上，將電機(jī)的漏抗全部折算到轉(zhuǎn)子邊，可推導(dǎo)出實(shí)際轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式，這樣就可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的計(jì)算，從而可以省略硬件上的速度辯識(shí)器。不影響系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，具有一定的實(shí)用性。
交流電機(jī)速度控制方法
交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法剛好相反。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、維護(hù)方便，可在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化，而且價(jià)格低廉。
從節(jié)能的角度看，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類。高效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)基本保持額定轉(zhuǎn)差，不增加轉(zhuǎn)差損耗，或可以將轉(zhuǎn)差動(dòng)率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)改變轉(zhuǎn)差，增加轉(zhuǎn)差損耗。
（一）具體的交流調(diào)速裝置有：
高效調(diào)速方法包括：改變極對(duì)數(shù)調(diào)速——鼠籠式電機(jī)變頻調(diào)速——鼠籠式電機(jī)串級(jí)調(diào)速——繞線式電機(jī)換向器電機(jī)調(diào)速——同步電機(jī)低效調(diào)速方法包括：定子調(diào)壓調(diào)速——鼠籠式電機(jī)電磁滑差離合器調(diào)速——鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速——繞線式電機(jī)
（二）各種調(diào)速裝置的特點(diǎn)：
（1）改變極對(duì)數(shù)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高；②控制電路簡(jiǎn)單，易維修，價(jià)格低；③與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較高的平滑調(diào)速。缺點(diǎn)：有級(jí)調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑的調(diào)速。且由于受到電機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)2～3種極對(duì)數(shù)的有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。
（2）變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬；②對(duì)于低負(fù)載運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，或起、停較頻繁的場(chǎng)合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電機(jī)的目的。缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜，價(jià)格較高。
（3）換向器電機(jī)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①具有交流同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能；②低速時(shí)用電源電壓、高速時(shí)用電機(jī)反電勢(shì)自然換流，運(yùn)行可靠；③無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，適用于高速大容量同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速。缺點(diǎn)：過(guò)載能力較低，原有電機(jī)的容量不能充分發(fā)揮。
（4）串級(jí)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①可以將調(diào)速過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用。效率高；②裝置容量與調(diào)速范圍成正比，適用于70％～95％的調(diào)速。缺點(diǎn)：功率因素較低，有諧波干擾，正常運(yùn)行時(shí)無(wú)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運(yùn)行的負(fù)載。
（5）定子調(diào)壓調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①線路簡(jiǎn)單，裝置體積小，價(jià)格便宜；②使用、維修方便。缺點(diǎn)：①調(diào)速過(guò)程中增加轉(zhuǎn)差損耗，此損耗使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低；②調(diào)速范圍比較小；③要求采用高轉(zhuǎn)差電機(jī)，比如特殊設(shè)計(jì)的力矩電機(jī)，所以特性較軟，一段適用于55kW以下的異步電動(dòng)機(jī)。
（6）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制裝置容量小，價(jià)值便宜。②運(yùn)行可靠，維修容易。③無(wú)諧波干擾。缺點(diǎn)：①速度損失大，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大，所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的80％～90％；②調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗，效率低。
（7）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：①技術(shù)要求較低，易于掌握；②設(shè)備費(fèi)用低；③無(wú)電磁諧波干擾。缺點(diǎn)：①串鑄鐵電阻只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速。若用液體電阻進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，則維護(hù)、保養(yǎng)要求較高；②調(diào)速過(guò)程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。③調(diào)速范圍不大。綜上所述，交流最理想的調(diào)速方法應(yīng)該是改變電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率，這就是變頻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速的性能指標(biāo)完全可以達(dá)到甚至超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
四、結(jié)語(yǔ)
目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。
除了上述的無(wú)傳感器矢量控制和轉(zhuǎn)矩矢量控制等，可提高異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制性能的技術(shù)外，目前的新技術(shù)還包括異步電動(dòng)機(jī)控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機(jī)械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制等，以提高異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用性能的技術(shù)。為了防止異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差以及在低速區(qū)域獲得較理想的平滑轉(zhuǎn)速，應(yīng)用大規(guī)模集成電路并采用專用數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)整(AVR)控制技術(shù)的控制方式，已實(shí)用化并取得良好的效果。
和矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)單地通過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時(shí)空間矢量理論計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。
追求整體性能的最優(yōu)是直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展方向，通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，來(lái)提高系統(tǒng)性能，其效果非常有限，從軟件方面改進(jìn)系統(tǒng)將是大勢(shì)所趨，智能控制會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用，成為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，近幾年發(fā)展起來(lái)的將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制結(jié)合起來(lái)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制肯定會(huì)成為直接轉(zhuǎn)矩控制的重要手段。用DSP或CPU實(shí)現(xiàn)DTC系統(tǒng)的全數(shù)字化也是一個(gè)重要發(fā)展方向。
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