摘要

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員肖慶豪、湯寧平等，在2019年第1期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)兩種不同的變頻調(diào)速控制方式，提出一種基于他控與自控相結(jié)合的混合控制式變頻調(diào)速控制方法。

該方法綜合了他控變頻調(diào)速的高精度與自控變頻調(diào)速的不失步的特點(diǎn)，提高了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。通過(guò)在Matlab/Simulink平臺(tái)中建立兩者相互自動(dòng)切換的仿真模型。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明了該方法是有效可行的。

永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、高功率密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)，易于構(gòu)成高性能的調(diào)速控制系統(tǒng)。另外，隨著電力電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及永磁材料價(jià)格的降低，被廣泛運(yùn)用于家用電器、交通工具、工業(yè)控制、航空航天等眾多領(lǐng)域，在電力傳動(dòng)系統(tǒng)中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，存在兩種不同的控制方式，一種是他控變頻調(diào)速，另一種是自控變頻調(diào)速，兩種控制方式各有千秋。

他控變頻調(diào)速，也就是通常所說(shuō)的恒壓頻比控制方式，通過(guò)給定電動(dòng)機(jī)定子電流的頻率，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)嚴(yán)格同步，從而保證了他控變頻調(diào)速的高精度。此外，他控變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。

但在該控制方式下存在固有的缺點(diǎn)，即失步問(wèn)題。自控變頻調(diào)速，其輸出頻率是由電動(dòng)機(jī)軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器控制，組成定子電流頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。這種方式能從根本上消除轉(zhuǎn)子振蕩和失步的隱患，這是因?yàn)榻o電動(dòng)機(jī)定子繞組供電的變頻裝置的輸出頻率受轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的控制，始終保持同步，因此可以避免負(fù)載突變等原因造成的失步現(xiàn)象，但控制系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。另外，受位置檢測(cè)器精度、調(diào)節(jié)器控制參數(shù)等因素影響，會(huì)存在一定的靜態(tài)誤差。

綜合上述兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，本文提出一種基于他控與自控相結(jié)合[9-11]的混合控制式永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法，以此來(lái)更好地發(fā)揮兩種變頻調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)上建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明了該方法是有效可行的。

他控與自控相結(jié)合的調(diào)速控制系統(tǒng)框圖

結(jié)論

本文通過(guò)分析他控和自控兩種控制方式的特點(diǎn)，提出了一種他控與自控相結(jié)合的自動(dòng)切換混合調(diào)速控制方法。該調(diào)速控制方法在起動(dòng)時(shí)采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的控制方式，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)快速的起動(dòng)，帶載能力強(qiáng)，避免失步的危險(xiǎn)，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。

當(dāng)符合切換條件時(shí)，切換到他控控制方式，切換過(guò)程平緩快速，沒(méi)有出現(xiàn)暫態(tài)沖擊電流。他控控制運(yùn)行下，系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)態(tài)精度以及一定的帶負(fù)載能力。負(fù)載轉(zhuǎn)矩在他控穩(wěn)定區(qū)域變化時(shí)，利用電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)矩-功角自平衡”特性，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)短暫的自我調(diào)節(jié)，能夠重新回到穩(wěn)態(tài)；而當(dāng)給定轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，快速切換到自控控制方式，避免失步的發(fā)生，符合切換條件后再切換成他控控制，從而實(shí)現(xiàn)了他控與自控的自動(dòng)切換。

在該方法下，兩種控制方式能夠順利平滑切換，充分發(fā)揮了他控穩(wěn)態(tài)精度高、自控動(dòng)態(tài)快速性好、不失步的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。該方法也存在一定的缺陷，自控方式下需要位置傳感器來(lái)提高速度信號(hào)，并沒(méi)有完全做到無(wú)傳感器控制。該方法在轉(zhuǎn)速需要快速調(diào)節(jié)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度要求高的場(chǎng)合有一定的應(yīng)用價(jià)值，比如紡織化纖、玻璃行業(yè)等。

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