文档介绍：AC电机控制算法
标量控制
标量控制(或V/Hz控制)是一个控制指令电机速度的简单方法
指令电机的稳态模型主要用于获得技术,因此瞬态性能是不可能实现的。系统不具有电流回路。为了控制电机,三相电源只有在振幅和频率上变化。
矢量控制或磁场定向控制
在电动机中的转矩随着定子和转子磁场的功能而变化,并且当两个磁场互相正交时达到峰值。在基于标量的控制中,两个磁场间的角度显著变化。
矢量控制设法在AC电机中再次创造正交关系。为了控制转矩,各自从产生磁通量中生成电流,以实现DC机器的响应性。
一个AC指令电机的矢量控制与一个单独的励磁DC电机控制相似。在一个DC电机中,由励磁电流IF所产生的磁场能量Φ F与由电枢电流IA所产生的电枢磁通ΦA正交。这些磁场都经过去耦并且相互间很稳定。因此,当电枢电流受控以控制转矩时,磁场能量仍保持不受影响,并实现了更快的瞬态响应。
三相AC电机的磁场定向控制(FOC)包括模仿DC电机的操作。所有受控变量都通过数学变换,被转换到DC而非AC。其目标的独立的控制转矩和磁通。
磁场定向控制(FOC)有两种方法:
直接FOC: 转子磁场的方向(Rotor flux angle) 是通过磁通观测器直接计算得到的
间接FOC: 转子磁场的方向(Rotor flux angle) 是通过对转子速度和滑差(slip)的估算或测量而间接获得的。
矢量控制要求了解转子磁通的位置,并可以运用终端电流和电压(采用AC感应电机的动态模型)的知识,通过高级算法来计算。然而从实现的角度看,对于计算资源的需求是至关重要的。
可以采用不同的方式来实现矢量控制算法。前馈技术、模型估算和自适应控制技术都可用于增强响应和稳定性。
AC电机的矢量控制:深入了解
矢量控制算法的核心是两个重要的转换: Clark转换,Park转换和它们的逆运算。采用Clark和Park转换,带来可以控制到转子区域的转子电流。这种做充许一个转子控制系统决定应供应到转子的电压,以使动态变化负载下的转矩最大化。
Clark转换:Clark数学转换将一个三相系统修改成两个坐标系统:
其中Ia和Ib正交基准面的组成部分,Io是不重要的homoplanar部分
 
图4:三相转子电流与转动参考系的关系
 
Park转换:Park数学转换将双向静态系统转换成转动系统矢量
 
两相α, β帧表示通过Clarke转换进行计算,然后输入到矢量转动模块,它在这里转动角θ,以符合附着于转子能量的d, q帧。根据上述公式,实现了角度θ的转换。
 
AC电机的磁场定向矢量控制的基本结构
图2显示了AC电机磁场定向矢量控制的基本结构。
Clarke