Control de par del motor de CA

Entre varias estrategias comunes de control de par directo, para capacidades pequeñas y medianas, el esquema de control se centra en el control muerto del par y el enlace de flujo y en el aumento de la frecuencia portadora. Para gran capacidad, la diferencia es que el control de par indirecto se utiliza a baja velocidad para reducir la ondulación del par a baja velocidad.

Dos. Descripción general de la tecnología de control de par directo

En comparación con los motores de CC, tiene suficientes ventajas en cuanto a estructura simple, fácil mantenimiento, bajos requisitos ambientales, ahorro de energía y productividad mejorada, lo que hace que la regulación de velocidad de CA se utilice ampliamente en la industria y la agricultura. producción, transporte, defensa nacional y vida cotidiana. Con el rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, la tecnología microelectrónica y la teoría de control, la tecnología de control de velocidad de CA también ha logrado grandes avances. En el campo de la regulación de velocidad de CA de alto rendimiento, existen principalmente el control vectorial y el control directo de par. En 1968, el Dr. Hase de la Universidad Tecnológica de Darmstadt propuso inicialmente la teoría de la orientación de campo. Más tarde, en 1971, F. Blaschke de Siemens resumió e implementó esta teoría y la publicó en forma de patente. Se han mejorado gradualmente varios métodos de control de vectores. y formado.

En tercer lugar, las características

En cuanto al control directo del par, se cree generalmente que fue propuesto por primera vez por el profesor M. Depenbrock de la Universidad Ruhr en Alemania y I. Takahashi de Japón en 1985. . Para el control directo del par del varillaje de flujo circular, la idea básica es controlar la velocidad instantánea del varillaje de flujo del estator controlando el voltaje de entrada instantáneo del motor, cambiando así su tasa de deslizamiento instantáneo en el rotor para lograr el propósito de controlar directamente el salida del motor Observe con precisión la posición espacial y el tamaño del enlace de flujo del estator y calcule con precisión el par de carga manteniendo su amplitud básicamente constante. A diferencia del control vectorial en términos de ideas de control, el control de par directo controla indirectamente la corriente controlando directamente el par y el enlace de flujo sin requerir una transformación de coordenadas compleja. Por lo tanto, tiene las ventajas de una estructura simple, una respuesta de par rápida y una buena robustez de los parámetros. .

Cuarto, control

De hecho, en 1977 A B Plunkett propuso una vez un enlace de flujo directo y un par similar a la estructura y la idea del control de par directo en el IEEE Industrial Application Journal. Método de ajuste. Este método utiliza PI para ajustar la diferencia entre el par dado y el par de retroalimentación para obtener la frecuencia de deslizamiento, que se suma a la velocidad mecánica del rotor del motor para obtener la frecuencia del estator de voltaje que el inversor debe generar en relación con el voltaje; La frecuencia se calcula calculando la frecuencia del estator. El voltaje obtenido integrando la diferencia entre el valor de referencia de flujo y el valor de retroalimentación debe ser emitido por el inversor multiplicando la frecuencia del estator. Finalmente, se utiliza el método SPWM para controlar el motor.

El control directo del par (DTC) se propone desde hace casi 20 años. Sobre esta base, se han desarrollado muchas estrategias de control y sus esquemas de implementación digital, métodos de observación de flujo y identificación de velocidad. Este artículo los clasificará, analizará y comparará.

Estrategia de control de par directo del verbo (abreviatura de verbo)

El control de par directo se basa en un sistema de coordenadas estático, como se muestra en la Figura 1. En el control de par directo tradicional, la observación del flujo del estator y el cálculo del par se realizan detectando la corriente bifásica del estator, el voltaje del bus de CC y la velocidad del motor (no se requiere la medición de la velocidad en el DTC sin sensor de velocidad), de modo que se deriven respectivamente del estator. valor de referencia de flujo y la referencia de par y comparar la diferencia con la histéresis respectiva. Genere las señales de aumento y disminución del par y el enlace de flujo. Ingrese estas dos señales en la tabla de interruptor de vector optimizado, más el sector donde se encuentra el enlace de flujo del estator, para obtener un voltaje que satisfaga que el enlace de flujo sea circular y la salida de par. para seguir el par dado. El bucle de histéresis del enlace de flujo y el par se puede configurar en varios niveles y su ancho es variable. Cuanto menor sea el ancho de histéresis, mayor será la frecuencia de conmutación y más preciso será el control.

6. Método de control de par directo

El control de par directo tiene las ventajas de una estructura simple, una respuesta de par rápida y una buena robustez de los parámetros, pero se basa en el control Bang-Bang. El método, con histéresis de flujo, par y vector único, conduce inevitablemente a una frecuencia de conmutación baja, una frecuencia de conmutación inestable y una gran ondulación del par, lo que limita la aplicación del control directo del par en áreas de baja velocidad. En vista de esto, muchos académicos nacionales y extranjeros han propuesto varios métodos para aumentar la frecuencia de conmutación, fijar la frecuencia de conmutación y reducir la ondulación del par. Esta sección los enumerará y comparará uno por uno.

7. Método de modulación vectorial espacial

Método de modulación vectorial espacial de T.G. Habetler

La aplicación del método deadbeat en el control directo del par fue desarrollada por el estadounidense T.G. Propuesto por Habetler, la idea principal de este método es obtener la diferencia entre el valor de par dado y el valor de retroalimentación dentro de este período de muestreo.

La amplitud y fase del vector de tensión espacial son arbitrarias y se pueden obtener sintetizando dos vectores de tensión básicos adyacentes. El vector de voltaje espacial calculado se puede utilizar para lograr los objetivos de par muerto y enlace de flujo.

Usando el método muerto de Habetler, en teoría, los errores de par y enlace de flujo pueden ser completamente cero, eliminando así la ondulación del par, compensando las deficiencias del control DTC Bang-Bang tradicional y haciendo que el motor funcione a velocidades extremadamente bajas. bajo Corre a velocidad. Además, el vector de voltaje espacial obtenido mediante el control de ritmo muerto puede aumentar en gran medida la frecuencia de conmutación y hacerla fija en relación con un solo vector, lo cual es muy útil para reducir los armónicos de voltaje y el ruido del motor.

Sin embargo, el tiempo de acción del vector de voltaje espacial puede ser más largo que el período de muestreo, lo que indica que el control muerto del enlace de flujo y el par no se pueden satisfacer al mismo tiempo.

Por lo tanto, el autor propuso tres pasos: primero, si el par alcanza la zona muerta; de lo contrario, si el enlace de flujo alcanza la zona muerta; de lo contrario, seleccione un voltaje único en el siguiente ciclo de acuerdo con la tabla de vectores de control de par directo original. Vector. Por lo tanto, según el método inactivo de Habetler, la cantidad máxima de cálculo es de cuatro pasos, lo que consume muchos recursos informáticos y no es fácil de implementar. Además, todo el proceso de cálculo depende en gran medida de los parámetros del motor, lo que reducirá la robustez del control.

8. Método de control de par o flujo

En el método de control de par directo muerto de T. G. Habtler, es difícil de implementar debido a la gran cantidad de cálculos, por lo que se utiliza una serie de métodos directos muertos muertos. control de par, el método típico es la predicción de seguimiento de par. Este método analiza la situación de la pulsación de par a baja velocidad y llega a la conclusión de que el diente de sierra de la pulsación de par es asimétrico.

Los vectores de tensión distinta de cero y los vectores de tensión cero tienen efectos diferentes sobre los cambios de par. El primero puede hacer que el par aumente o disminuya, y el segundo siempre hace que el par disminuya. Además, la tasa de cambio de la acción del par también cambia en diferentes rangos de velocidad. En el método de control de predicción de par, la posición del vector de voltaje en el espacio es fija y se sintetiza entre dos vectores de voltaje únicos. Sin embargo, el vector de voltaje no afecta todo el período de muestreo, pero tiene un cierto ciclo de trabajo. dividirse en vectores de voltaje distintos de cero y vectores de voltaje cero. Si el vector de voltaje distinto de cero y el vector de voltaje cero del siguiente período de muestreo * * * actúan juntos, el cambio de torque es igual al error de torque calculado para ese período.

El error de par se eliminará, logrando así el propósito del control del par muerto. Incluso si el tiempo de acción del vector de voltaje calculado excede el período de muestreo, puede reemplazarse por el vector de voltaje completo, por lo que es muy fácil de implementar. A juzgar por los resultados experimentales, los dientes de sierra de la ondulación del par son básicamente simétricos, lo que indica que la ondulación del par se ha reducido considerablemente. Los métodos anteriores consideraban que el control del enlace de flujo era preciso o cambiaba lentamente, y no consideraban el control muerto del enlace de flujo. El enlace de flujo también se predijo en la literatura.

9. Control predictivo

En este método, la relación entre el vector espacial del enlace de flujo y el vector de voltaje se puede obtener aproximadamente de la siguiente manera:

donde δψs es el cambio en la amplitud del enlace de flujo bajo la acción del vector de voltaje, y θ V ψ es su ángulo espacial. Suponiendo que el error de enlace de flujo en el k-ésimo período de muestreo es δ ψ, entonces, de acuerdo con la fórmula (5), se puede obtener el tiempo de acción del vector que hace que el error de enlace de flujo en el período k+1 sea cero. Según el principio de prioridad del control de par, el tiempo de acción del vector integral se puede obtener en función del tiempo de acción del vector calculado mediante el control predictivo de par y el tiempo de acción calculado mediante el control predictivo de flujo. El control de ritmo muerto que considera el enlace de flujo es mejor que el simple control de ritmo muerto de par. No solo elimina la ondulación del par, sino que tampoco produce distorsión del enlace de flujo y la cantidad de cálculo no es demasiado grande. Además del método de control de par muerto mencionado anteriormente, también se utilizan métodos similares en la literatura. El tiempo de acción de cálculo del vector de voltaje final es básicamente el mismo y no se describirá aquí. Al igual que el método muerto de Habetler, el método de predicción también requiere más parámetros motores. Si la resistencia del estator y la constante de tiempo del rotor se pueden identificar en línea en tiempo real, la precisión del control mejorará enormemente.

X. Control de par directo en tiempo discreto

El control de par directo en tiempo discreto se ha descrito en detalle en la literatura utilizando métodos de tiempo discreto para controlar motores asíncronos. En la literatura, este método se aplica por primera vez al control directo del par. Este método se basa en lo siguiente: la ecuación de voltaje y la ecuación de flujo obtenidas del modelo de circuito básico del motor se discretizan de la siguiente manera:

Las definiciones de A y B también discretizan la ecuación de par, sustituyendo las ecuaciones en todos a la vez, y al mismo tiempo sustituir la ecuación en la expresión del cuadrado de la amplitud del enlace magnético. Utilizando la ecuación de par discreta y el método de nivelación de amplitud del enlace de flujo discreto, se pueden resolver los incrementos VSx y VSy del vector de voltaje espacial en el siguiente período, sustituyendo en la siguiente fórmula el vector de voltaje y la amplitud del control del tiempo muerto del enlace de flujo y el par. Se puede obtener restringido:

El control de par directo en tiempo discreto puede derivar el par y la vinculación de flujo que se deben lograr dentro del ciclo k+1 a través de la ecuación diferencial, de modo que se pueda lograr un control muerto del par y. Enlace de flujo al mismo tiempo, muy adecuado para el control digital en la implementación. Además, este método se basa principalmente en el control del lado del estator, y los parámetros requeridos del motor son solo la resistencia y la inductancia del estator, lo que lo hace más robusto a los cambios en los parámetros del motor. A juzgar por los resultados experimentales, el rendimiento de la respuesta dinámica del sistema es bueno. Sin embargo, en este método, es necesario detectar el voltaje de fase del motor, lo que aumenta la complejidad del hardware del sistema. Además, la cantidad de cálculo es relativamente grande.

11. Control de ritmo muerto geométrico

En la literatura, la ecuación de flujo del estator, la ecuación de flujo del rotor y la ecuación de par expresada por el flujo del estator y del rotor se discretizan y luego se sustituyen por las dos primeras ecuaciones en la ecuación de torque. A través del análisis de la ecuación de par discreta, se puede ver que la aplicación de un vector de voltaje puede hacer que el error de par sea cero, y el par se convierte en una línea recta en el plano, paralela a la dirección del vector de flujo del rotor. De la misma manera, se puede analizar que la aplicación de un vector de voltaje puede hacer que el error del flujo magnético sea cero y el flujo magnético se convierta en un círculo en el plano, que es concéntrico con el círculo de flujo magnético. Por lo tanto, la intersección de la línea recta y el círculo se puede utilizar para obtener el vector de voltaje que hace que el control de par y flujo sea inactivo. Por supuesto, este vector de voltaje está limitado por el voltaje que puede generar el inversor.

Es una buena idea introducir geometría en el control de ritmo muerto, que puede obtener el vector de voltaje óptimo para el control de ritmo muerto y también es útil para el análisis teórico. Sin embargo, todavía existen algunas dificultades sobre cómo combinar los métodos gráficos con el control digital.

12. Método de modulación de vector espacial discreto

El control de par directo muerto puede eliminar teóricamente los errores en el enlace de par y flujo y superar la debilidad del control Bang-Bang inexacto, pero requiere. Hay muchos cálculos, y estos cálculos están relacionados con los parámetros del motor, lo que fácilmente puede provocar errores de cálculo. Por lo tanto, en la literatura se ha propuesto un método de modulación de vector espacial discreto, que puede mejorar la precisión del control de par y flujo sin requerir demasiados cálculos.

En el método de modulación de vector espacial discreto, los vectores de voltaje adyacentes y los vectores de voltaje cero entre los seis vectores de voltaje básicos emitidos por el inversor de dos niveles se sintetizan regularmente, como se muestra en la Figura 3, que es un espacio vector de voltaje sintetizado utilizando el vector único adyacente 2, el vector único 3 y el vector de voltaje cero. Como puede verse en la Figura 3, el método de síntesis consiste en dividir todo el período de muestreo por igual en tres segmentos, cada segmento consta de un vector de voltaje distinto de cero o un vector de voltaje cero. Por ejemplo, el vector de voltaje espacial 23Z está compuesto por el vector 2, el vector 3 y el vector de voltaje cero. Cada vector actúa en 1/3 del período de muestreo, por lo que se puede sintetizar en forma de 5 o 7 segmentos (no). explica en el texto). Usando este método de síntesis convencional se pueden sintetizar 10 veces.

Los vectores de voltaje precisos permiten un control más preciso del par y el flujo. En la literatura, el control de histéresis tradicional de dos niveles Bang-Bang se utiliza para el enlace de flujo, pero considerando que el par requiere una respuesta dinámica rápida, se divide en control de histéresis de cinco niveles, como se muestra en la Figura 4, con diferentes errores. bandas Utilice diferentes tablas de vectores de voltaje. Además, la influencia del vector de voltaje en el cambio de par se deriva de la siguiente manera:

Se puede ver en la fórmula ⑽ que el mismo vector de voltaje tiene diferentes efectos en el cambio de par a baja y alta velocidad. . Por lo tanto, diferentes rangos de velocidad utilizan diferentes vectores de voltaje, como se muestra en la Figura 3. Por otro lado, el uso de un vector de voltaje de pequeña amplitud a baja velocidad y un vector de voltaje de gran amplitud a alta velocidad también se ajusta a la ley de V/f=C. El control de par directo tradicional utiliza continuamente más vectores de voltaje cero a bajas velocidades, lo que hace que la frecuencia de conmutación sea muy baja y la ondulación del par sea grande. En cuanto al método de modulación de vector espacial discreto, dado que el vector de voltaje con pequeña amplitud se usa a baja velocidad, se usan menos vectores de voltaje cero continuamente, la frecuencia de conmutación es alta y la ondulación del par es pequeña. Además, al haber más vectores de tensión a alta velocidad, se puede dividir en 12 sectores y utilizar dos tablas de vectores de tensión, lo que permite un control más preciso.

Se puede ver en el análisis anterior que el método de modulación de vector espacial discreto es simple de implementar, no requiere tanto cálculo como el control de ritmo muerto y mantiene las ventajas del control Bang-Bang tradicional, por lo que tiene buena robustez en comparación con el control de par directo tradicional, puede mejorar la precisión del control de par y flujo y reducir la ondulación del par a baja velocidad. Sin embargo, cuanto mayor sea la precisión del control, más fina será la división del vector y mayor será la tabla de control del vector de voltaje, lo que aumentará la complejidad del control. Por lo tanto, si la modulación de vector espacial discreto se puede combinar con el control de ritmo muerto, ayudará a superar esta deficiencia.

13. Método del vector de voltaje espacial de salida

En el control de par directo, si se puede obtener el vector de voltaje espacial de cualquier fase, ayudará a reducir la ondulación del par a bajas velocidades, para lograr el rendimiento en estado estable del control vectorial a baja velocidad. El control muerto de la Sección 3 puede obtener el vector de voltaje espacial de cualquier fase, pero el cálculo es complejo y la implementación difícil. Otra forma de obtener un vector de voltaje en el espacio de fase arbitrario es utilizar un regulador PI. El método de ajuste directo de flujo y par de A. B. Plunkett es un método de ajuste PI, pero no existía el concepto de vector de voltaje espacial en ese momento, y solo se usaba el método SPWM para generar el voltaje de control del motor. En la literatura, el control de par directo propuesto utiliza el método de ajuste PI, mientras que el método utilizado por SVM es generar un vector de voltaje espacial.

El error de par obtenido de la referencia de par y la retroalimentación de par se ingresa en el regulador PI. El vector de voltaje del eje Q se obtiene del ajuste de PI. El error de flujo del estator obtenido de la referencia de flujo del estator y del estator. La retroalimentación de flujo se ingresa en el ajuste PI. El dispositivo, PI se ajusta para obtener el vector de voltaje del eje D, y luego gira y transforma los vectores de voltaje del eje D y del eje Q al eje α y al eje β del estacionario. sistema de coordenadas y genera el vector de voltaje espacial. Obviamente, la fase de este vector de tensión espacial en la posición espacial es arbitraria. Estructuralmente, el control directo del par basado en la regulación PI es similar al control vectorial de la orientación del flujo del estator, pero existen diferencias entre los dos. El control vectorial de la orientación del flujo del estator se basa en el sistema de coordenadas giratorio síncrono, orientado al eje D del flujo del estator, y el flujo del eje Q es cero. Además, el enlace de flujo y la corriente en la dirección del eje Q deben estar desacoplados, lo que no es necesario para el control de par directo basado en la regulación PI. Entre ellos, sólo la salida de par y la retroalimentación del flujo del estator necesitan rastrear el valor dado a través del método de ajuste PI, que es relativamente simple de implementar y tiene buena robustez. En comparación con el control de par directo tradicional, puede aumentar la frecuencia de conmutación y reducir la ondulación del par a baja velocidad, pero este método requiere la selección de parámetros PI apropiados; de lo contrario, afectará el rendimiento dinámico y estático del sistema de control. Además del control de par directo del ajuste PI mencionado anteriormente, se han realizado más investigaciones basadas en el método de ajuste de flujo y par directo de AB Plunkeet en la literatura. La salida tiene la forma de un vector de voltaje espacial, que no lo hará. se describirá nuevamente aquí.