周煒明

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽 473009)

1 概述

矢量控制改善了交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制特性，矢量控制的原理是在特殊的負(fù)載狀態(tài)情況下，要求電動(dòng)機(jī)的電流與電動(dòng)機(jī)的磁通相作用從而得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩;在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中可以模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的方法，把交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁通交鏈的的定子電流分解成產(chǎn)生磁通的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量，兩個(gè)分量在各自的PI控制器作用下，跟隨著電流控制器中的設(shè)定值，并在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)達(dá)到其設(shè)定值的大小。

2 MM440變頻器矢量控制的應(yīng)用分析

矢量控制具有負(fù)載和設(shè)定值變化時(shí)可以穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)定值變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間短，動(dòng)態(tài)控制性能好;負(fù)載變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間短，抗干擾性能好，在最大可調(diào)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載下加速和制動(dòng)，在電動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)下利用可調(diào)整的轉(zhuǎn)矩限幅功能使電動(dòng)機(jī)和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載得保護(hù)。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的控制與速度無關(guān)，在零速時(shí)仍然可以保持全轉(zhuǎn)矩輸出。對(duì)于基本的應(yīng)用如水泵和風(fēng)機(jī)一般是采用V/f控制，矢量控制主要用于要求較復(fù)雜的傳動(dòng)裝置如卷繞機(jī)械，這些設(shè)備要求在噪聲較大的環(huán)境中在速度和轉(zhuǎn)矩的控制方面，具有良好的控制功能和特性。如果在零到大約1Hz的范圍內(nèi)也要保證這些要求，那么不帶速度反饋的矢量控制是不能滿足速度轉(zhuǎn)矩精度方面的要求，須采用帶有速度反饋的矢量控制。

2.1 不帶速度編碼器的矢量閉環(huán)控制

閉環(huán)速度控制 P1300=20、選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值P1501=0、閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制P1300=22、選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值P1501=1，參數(shù)范圍:電動(dòng)機(jī)開環(huán)/閉環(huán)控制P1400-P1780、P1610、P1611、閉環(huán)控制運(yùn)行與開環(huán)控制運(yùn)行之間的切換受等待時(shí)間和頻率狀況的控制P1755、P1756、P1758。采用不帶速度編碼器的閉環(huán)速度控制時(shí)，須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的模型確定磁通的位置和轉(zhuǎn)子的實(shí)際速度，可以進(jìn)行訪問的電流和電壓支持電動(dòng)機(jī)的模型計(jì)算。低頻0Hz時(shí)由于在這一速度范圍內(nèi)，模型參數(shù)的不可靠和測(cè)量的不精確，系統(tǒng)由閉環(huán)運(yùn)行切換為開環(huán)運(yùn)行，因此不可能通過這一模型來確定電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度。閉環(huán)控制運(yùn)行與開環(huán)控制運(yùn)行之間的切換受等待時(shí)間和頻率狀況的控制，如果斜坡函數(shù)發(fā)生器輸入的設(shè)定頻率和實(shí)際頻率同時(shí)都低于頻率狀況的控制P1756的頻率值，系統(tǒng)將不考慮等待時(shí)間而立即進(jìn)行切換。

在開環(huán)控制方式下速度設(shè)定值與實(shí)際值相同，在懸掛型負(fù)載加速時(shí)必須對(duì)恒定轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)P1610和加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)P1611加速時(shí)的轉(zhuǎn)矩提升進(jìn)行修正，使驅(qū)動(dòng)裝置可以提供穩(wěn)態(tài)的或動(dòng)態(tài)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。如果P1610設(shè)定0%，那么只有磁化電流r0331注入電動(dòng)機(jī)，數(shù)值是電動(dòng)機(jī)額定電流P0305的100%，保證傳動(dòng)裝置在加速時(shí)不致失速停車，可以增加恒定轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)參數(shù)P1611的數(shù)值或?qū)λ俣瓤刂破骷尤爰铀俣阮A(yù)控，是為了保證電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)不致過載而發(fā)熱。在不帶速度實(shí)際值編碼器的矢量控制方面與其他變頻器相比，MM440變頻器在低頻范圍內(nèi)有以下的突出優(yōu)點(diǎn)，閉環(huán)控制運(yùn)行可低達(dá)1Hz，可以在閉環(huán)矢量控制方式下起動(dòng)變頻器，上電后立即起動(dòng)，閉環(huán)控制運(yùn)行方式下可以穩(wěn)定地通過低頻區(qū)域0Hz。當(dāng)閉環(huán)控制運(yùn)行的輸出頻率低達(dá)1Hz其數(shù)值可由參數(shù)P1755選定時(shí)，以及閉環(huán)控制系統(tǒng)從0Hz起動(dòng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)反向這可由參數(shù)P1750設(shè)定時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)不需要進(jìn)行切換、操作特性平滑、無頻率突變、連續(xù)的閉環(huán)速度、轉(zhuǎn)矩控制輸出頻率可低達(dá)1Hz。閉環(huán)控制系統(tǒng)反向或閉環(huán)控制系統(tǒng)從零Hz起動(dòng)的情況下必須考慮到，如果傳動(dòng)裝置處于零Hz附近的時(shí)間太長(zhǎng)在于2s或大于P1758的設(shè)定值時(shí)，閉環(huán)控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換為開環(huán)控制方式運(yùn)行。

圖1 不帶速度編碼器的矢量控制的切換條件

2.2 帶有速度編碼器的矢量控制

閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制帶編碼器P1300=21、選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定值 P1501=0、參數(shù)范圍電動(dòng)機(jī)開環(huán)/閉環(huán)控制P1400-P1740、速度編碼器參數(shù)設(shè)定P0400-P0494。在帶有速度編碼器的矢量控制方式下需要有脈沖檢測(cè)和處理單元，脈沖編碼器模塊可選件和脈沖編碼器。如每圈1024個(gè)脈沖的脈沖編碼器除了接線要正確以外，照脈沖編碼器類型的不同，須利用參數(shù)P0400-P0494或利用模塊上的DIP開關(guān)使脈沖編碼器模塊激活。P0400=1脈沖波形不同、端子A編碼器輸出單端、端子A編碼器輸出差動(dòng)P0400=2脈沖波形不同、端子A編碼器輸出單端、端子A編碼器輸出差動(dòng)。帶有脈沖編碼器的矢量控制的優(yōu)點(diǎn):速度的閉環(huán)控制可低達(dá)0Hz靜止停車，在整個(gè)速度范圍內(nèi)運(yùn)行控制特性穩(wěn)定，在額定速度范圍內(nèi)允許恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，與不帶脈沖編碼器的閉環(huán)速度控制相比，傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要好得多，因電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度是用脈沖編碼器直接測(cè)量的，與生成電流分量的控制模型緊密相關(guān)。轉(zhuǎn)矩設(shè)定值的限幅:參數(shù)范圍電動(dòng)機(jī)開環(huán)/閉環(huán)控制P1520-P1531、電動(dòng)機(jī)的過載因子設(shè)定P0640，轉(zhuǎn)矩設(shè)定值可以來自速度控制器的輸出端閉環(huán)速度控制的情況下，也可來自閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)矩輸入，各個(gè)限制值中應(yīng)采用最小的限制值變頻器內(nèi)周期地計(jì)算，最小的限制值由參數(shù) r1538、r1539顯示，r1538轉(zhuǎn)矩上限、r1539轉(zhuǎn)矩下限，周期計(jì)算的這些限制值對(duì)速度控制器輸出的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，或轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)的輸入轉(zhuǎn)矩設(shè)定值的大小進(jìn)行限制，并顯示瞬時(shí)最大可能的轉(zhuǎn)矩。

3 結(jié)束語

對(duì)于基本的應(yīng)用如水泵和風(fēng)機(jī)一般是采用V/f控制，矢量控制主要用于要求較復(fù)雜的傳動(dòng)裝置如卷繞機(jī)械，這些設(shè)備要求在噪聲較大的環(huán)境中，在速度和轉(zhuǎn)矩的控制方面具有良好的控制功能和特性，MM440變頻器不帶速度編碼器的矢量控制在低頻范圍內(nèi)閉環(huán)控制運(yùn)行可低達(dá)1Hz，帶有脈沖編碼器的矢量控制傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性高，在整個(gè)速度范圍內(nèi)運(yùn)行控制特性穩(wěn)定，在額定速度范圍內(nèi)允許恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。

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