【正文】 變頻調(diào)速系統(tǒng)的奠定了良好的基礎(chǔ)。N在理論上是越大采樣越多，越精確。載波：通過(guò)調(diào)制來(lái)強(qiáng)制它的默寫(xiě)特征量隨某個(gè)信號(hào)的特征值或另一個(gè)震蕩的特征值而變化，通常是周期性的電震蕩波。在我國(guó)，目前也正在大力推廣和普及，并已在交通運(yùn)輸、軍事訓(xùn)練、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃、工業(yè)過(guò)程設(shè)計(jì)、人口問(wèn)題研究等方面取得了豐碩的成果。目前被應(yīng)用于通用變頻器的控制方法是一種改進(jìn)的、適合于高開(kāi)關(guān)頻率逆變器的方法。因此，如果能夠?qū)Χㄗ与娮柽M(jìn)行在線辨識(shí)，就可以從根本上消除定子電阻變化帶來(lái)的影響。它與矢量控制技術(shù)并行發(fā)展但又有所不同，避免了矢量控制中二次坐標(biāo)變換及求模和相角的復(fù)雜計(jì)算，直接在靜止坐標(biāo)系（定子坐標(biāo)系）上借助三相定子電壓和電流計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁，并與給定轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁相比較，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩的BangBang 控制，使轉(zhuǎn)矩相應(yīng)在一拍內(nèi)完成且無(wú)超調(diào)。設(shè)在一個(gè)PWM中斷周期T4內(nèi)，V4，V6作用的時(shí)間分別為T(mén)4和T6，兩個(gè)零矢量作用的時(shí)間分別為T(mén)0和T7則有 (42) (43)式(43)中，零矢量V0=V7=0。其控制方式主要有以下幾種：恒壓頻比控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制[6]。DC另一側(cè)利用運(yùn)放TSH221組成的反向輸入一階有源低通濾波器將采樣電壓信號(hào)放大與CPU輸出鋸齒波電壓相疊加并通過(guò)積分電路產(chǎn)生頻率隨母線電流變化的三角波信號(hào)，控制器通過(guò)檢測(cè)信號(hào)的頻率即可感知輸出轉(zhuǎn)矩的大小，從而保護(hù)了電機(jī)。電容C20為高端輸出的供電電源的自舉電容。%，非線性度%，響應(yīng)時(shí)間40μS。圖32 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總圖 主電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主電路采用交—直—交拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖33所示。速度響應(yīng)是調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載慣量與電動(dòng)機(jī)慣量相等的情況下，電機(jī)可以完全跟蹤給定變化的最大指令變化率。如圖26所示。由上式可見(jiàn)，是由和共同決定的，對(duì)和進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲涂梢允箽庀洞磐ū３诸~定值不變。圖21 變頻器基本結(jié)構(gòu)當(dāng)交－直－交變煩器的中間環(huán)節(jié)用大電感作為儲(chǔ)能和濾波時(shí)，直流電流波形比較平直，電源內(nèi)阻較大，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)相當(dāng)于是恒流源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖22所示。其中間直流環(huán)節(jié)是儲(chǔ)能元件，用于負(fù)載和直流電源之間的無(wú)功功率交換，根據(jù)此儲(chǔ)能元件是電容還是電感，將變頻器分為電壓型和電流型兩大類。知道70年以來(lái)，隨著新型自關(guān)斷器件、智能功率模塊的出現(xiàn)，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，新的控制策略的不斷涌現(xiàn)，交流調(diào)速以顯著的調(diào)速性能正在逐步取代直流調(diào)速的地位，已經(jīng)成為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)展的主流方向。3. 基于電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，用直流電流信號(hào)重建相電流,由此估算出磁鏈幅值，并通過(guò)反饋控制來(lái)消除低速時(shí)定子電阻對(duì)性能的影響。通過(guò)以上方法完全可以完成轉(zhuǎn)速變換。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用恒壓頻比的控制算法實(shí)現(xiàn)了通用變頻器電路仿真。 Asynchronous machine。電動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力設(shè)備而廣泛的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及社會(huì)生活等個(gè)個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占總發(fā)電量的70%，成為用電量最多的電氣設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。第二階段：矢量控制，也稱磁場(chǎng)定向控制?，F(xiàn)在各種高性能變頻器都是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。 圖22 電流型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電壓型變頻器 電壓源型變頻器主電路的中間環(huán)節(jié)主要采用大電容進(jìn)行儲(chǔ)能、濾波。這種控制又稱之為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。通用變頻器可適應(yīng)這種異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本要求?！绊憫?yīng)速度”與“頻率響應(yīng)”的實(shí)質(zhì)相同，兩者可以用1Hz=2(rad/s)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。本實(shí)驗(yàn)中從輸出端采樣的模擬信號(hào)由于要連入DSP端口，為了使電源輸入和輸出之間進(jìn)行絕緣，同時(shí)也為穩(wěn)定控制回路提供一條信號(hào)通道[5]，:方案一：最常用到的就是利用光耦元件對(duì)所采樣的電壓、電流進(jìn)行采樣。本系統(tǒng)直流電壓為540V，忽略初級(jí)線圈的電阻，選擇阻值為40K，10W的水泥電阻。圖36 IR2233IGBT驅(qū)動(dòng)控制電路 電源電路的設(shè)計(jì)TM320F2812DSP內(nèi)核跟外圍I/O口供電電壓是不同的，(當(dāng)工作頻率大于130MHz時(shí)，），外圍I/，且上電是有先后順序要求的，I/。在變頻器未運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置參數(shù)，這些參數(shù)可以被存儲(chǔ)在PROM上，待斷電下次起動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)在初始化中自動(dòng)讀入上次用戶設(shè)定的參數(shù)。該方式往往包含電流控制環(huán)節(jié)，由于轉(zhuǎn)差頻率和電流共同被控制，因而穩(wěn)定性較好，能承受急劇的加減速和負(fù)載波動(dòng)，并因采用了速度反饋環(huán)節(jié)，大大提高了轉(zhuǎn)速控制精度。把用矢量表示的式(45)分解到α?β坐標(biāo)軸上，如圖42所示，寫(xiě)成標(biāo)量形式：圖42 矢量分解 (46)式中由上式解得兩個(gè)矢量的作用時(shí)間： (47)然后計(jì)算零矢量的作用時(shí)間:1. 若+，則=2. 若+，則要采用過(guò)調(diào)制的方法。直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control，DTC)變頻調(diào)速，是繼矢量控制技術(shù)之后又一新型的高效變頻調(diào)速技術(shù)。因?yàn)椴煌碾妷菏噶繉?duì)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的調(diào)節(jié)作用不相同，所以只有根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)矩和磁鏈的實(shí)時(shí)值來(lái)合理的選擇。其他公司也以直接轉(zhuǎn)矩控制為努力目標(biāo)，如富士公司的FRENIC5000VG7S系列高性能無(wú)速度傳感器矢量控制通用變頻器，雖與直接轉(zhuǎn)矩控制方式還有差別，但它也已做到了速度控制精度177。另一方面是由于系統(tǒng)仿真方法具有可控性、無(wú)破壞性、安全、不受外界條件的限制等優(yōu)點(diǎn)，他能通過(guò)建立逼真的仿真模型和在計(jì)算機(jī)上反復(fù)的仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行綜合分析和比較，從而為科學(xué)決策提供了可靠的依據(jù)。圖51 仿真電路總體設(shè)計(jì)圖52 三相整流橋在本文中，采用脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過(guò)對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，對(duì)等效的獲得需要的波形（含形狀和幅值）。2. 隨著輸入頻率的減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之減小，并且與輸入頻率的減小成比例，當(dāng)f=20時(shí)，f=10時(shí)，f=5時(shí)，即實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。2. 本文涉及的硬件可以作為今后應(yīng)用更新控制方式的硬件平臺(tái)，比如像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等，這也是今后研究的方向；現(xiàn)在的系統(tǒng)是通過(guò)速度傳感器來(lái)計(jì)算得到電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)子速度，以后希望能借助數(shù)學(xué)模型來(lái)估算，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，這個(gè)不僅可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本、而且還可以擴(kuò)大使用場(chǎng)合。為了達(dá)到所需電壓，光伏組件可以是并聯(lián)的也可以是串聯(lián)的，但是這樣是成本比較高的。選完電池之后，太陽(yáng)能控制器和太陽(yáng)能面本就確定了。40W和35W太陽(yáng)能模塊可以依據(jù)需要進(jìn)行串并連接。 E空載電壓（V） E0電池電壓（V） K極化電壓（V） Q電池容量（Ah） ∫idt電池實(shí)際電荷（Ah） A指數(shù)去振幅（V） B逆指數(shù)去時(shí)間常數(shù)（Ah）1 Vbat電池電壓（V） R內(nèi)部電阻（Ω） I電池電流（A） 圖5的仿真輸出顯示了一段時(shí)間的放電特性。規(guī)則一般通過(guò)固定頻率的PWM賴獲得，轉(zhuǎn)換設(shè)備一般是BJT,MOSFET或者IGBT。為了驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能直流無(wú)刷汽車，升壓電路需要24V到48V。從表中可以觀察到，隨著負(fù)載電流的增加，吸收的電流電機(jī)增加。因此，為了滿足這種需求，兩個(gè)串聯(lián)連接到電池12V/42Ah提供的24V/42Ah，然后將其升壓到額定電壓48V。以為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)脑哪康倪M(jìn)行了研究，并且相同的各個(gè)組件進(jìn)行各種測(cè)試，也經(jīng)過(guò)了仿真結(jié)果的檢查。隨著具有高扭矩電動(dòng)機(jī)的改變，電動(dòng)機(jī)能夠載動(dòng)很重的負(fù)載。理論上電池可以提供約38小時(shí)電量。在t =10秒時(shí)。當(dāng)二極管關(guān)閉的時(shí)候電容必須給負(fù)載提供直流電流。所以為了獲得電動(dòng)機(jī)的額定電壓，我們需要串聯(lián)4節(jié)電池來(lái)滿足要求。這個(gè)模型嘉定充放電循環(huán)有著相同的獨(dú)特性。溫度和輻射對(duì)40W太陽(yáng)能模塊的仿真輸出圖像如圖2b和2c。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定值選擇其它硬件組件。本文詳細(xì)介紹了對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的解決方案的研究，這是一個(gè)對(duì)于迎面而來(lái)危機(jī)的解決方案。最后依據(jù)仿真數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，驗(yàn)證本文控制算法可行，能夠達(dá)到交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。如在波比N的公式所示 (51)式中，是載波信號(hào)的頻率，是參考信號(hào)的頻率。橋臂5的電流相加可得到直流側(cè)電流的波形，每60脈動(dòng)一次，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的公路是脈動(dòng)的，這是電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在日本企業(yè)，用系統(tǒng)工程解決的事件管理與決策的問(wèn)題中，有80%以上是通過(guò)系統(tǒng)仿真方法解決的。Depenbrock最初提出的直接自控制理論，主要在高壓、大功率且開(kāi)關(guān)頻率較低的逆變器控制中廣泛應(yīng)用。采用簡(jiǎn)單的ui 磁鏈模型，在中高速區(qū)，定子電阻的變化可以忽略不考慮，應(yīng)用磁鏈的ui 磁鏈模型可以獲得令人滿意的效果；但在低速時(shí)定子電阻的變化將影響磁通發(fā)生畸變，使系統(tǒng)性能變差。它以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，并不極力追求正弦波。不失一般性，假設(shè)Vref處于扇區(qū)Ⅲ，則Vref可以由V4和V6合成。定子頻率控制是異步電機(jī)獲得平穩(wěn)調(diào)速的關(guān)鍵。功率驅(qū)動(dòng)芯片IR2233J的電路檢測(cè)管腳ITRIP就是通過(guò)圖中的R4R43分壓而來(lái)的。其具體控制電路如圖36驅(qū)動(dòng)電路為單電源+15V供電，供電電壓經(jīng)超快回復(fù)二極管BYT54MV隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動(dòng)輸出的供電電源。誤差在177。其框圖如圖32所示。4. 速度響應(yīng)與頻率響應(yīng)“速度響應(yīng)”是衡量變頻器對(duì)指令的跟隨性能與靈敏度的重要指標(biāo)。必然會(huì)使主磁通隨著的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。由電機(jī)理論知道，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為 = (22)式中—定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的方均根值(V)；—定子頻率(Hz)； —定子相繞組有效匝數(shù)； —每極磁通量(Wb)。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的功能。這種結(jié)構(gòu)主要包括整流環(huán)節(jié)、中間環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。為尋求運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于為何等優(yōu)點(diǎn)的控制技術(shù)，20世界30年代開(kāi)始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。2. 引入頻率補(bǔ)償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差 。從上式可以看出電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率、電機(jī)磁極極對(duì)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率有關(guān)，可以通過(guò)如下三種方法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)：改變供電頻率，變換電動(dòng)機(jī)磁極極對(duì)數(shù)，此外還可以通過(guò)調(diào)整實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速差值與同步轉(zhuǎn)速比值即電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率。在對(duì)通用變頻器的幾種控制算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，在MATLAB/Simulink軟真環(huán)境下，建立了通用變頻器的電路仿真模型。 Simulink。本文針對(duì)工業(yè)中應(yīng)用最多的異步電機(jī)變頻調(diào)速進(jìn)行研究具有重大意義，主要體現(xiàn)在如下3個(gè)方面：。矢量控制的基本點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。國(guó)外由于技術(shù)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。有規(guī)律的控制逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。其直流電壓波形比較平直，理想狀態(tài)下電源內(nèi)阻為零，對(duì)負(fù)載而言是恒壓源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖23所示，其電壓無(wú)法迅速反向。如圖24所示。圖27 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性 本章小結(jié)本章介紹了變頻器的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分類，分析了他們各自的特定及應(yīng)用場(chǎng)合。5. 調(diào)速效率調(diào)速效率是衡量調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能的技術(shù)指標(biāo)，它以調(diào)速系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比進(jìn)行標(biāo)示，即 (32) 控制器的選型 TMS320F2812是美國(guó)得克薩斯州儀器公司(TI)最新推出的基于代碼兼容C28x內(nèi)核的新型高性能32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它專門(mén)為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高性能DSP與高精度模擬及閃存的完美結(jié)合。光電耦合器因其良好的性能和抗干擾能力而被廣泛地應(yīng)用于輸入和輸出信號(hào)的電氣隔離。測(cè)量電阻選用精密電阻，根據(jù)需要的輸出電壓和公式確定阻值。為蠻族系統(tǒng)要求，選用TI公司專為DSP供電而設(shè)計(jì)的電源芯片TPS73HD318，該芯片可以同時(shí)輸出兩路電壓，且輸出電壓可調(diào)。2. 故障中斷服務(wù)程序故障中斷服務(wù)程序的功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行診斷，并作出相應(yīng)的處理措施。它將轉(zhuǎn)速放大器的輸出轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)差頻率的電流指令，在各自的控制環(huán)節(jié)中變成變頻器頻率指令和異步電機(jī)定子端電壓指令。開(kāi)關(guān)矢量的作用時(shí)間分配圖如圖43所示。20 世紀(jì)80 年代中期。電壓矢量，才能有可能使轉(zhuǎn)矩和磁鏈的調(diào)節(jié)過(guò)程達(dá)到比較理想的狀態(tài)。%，速度響應(yīng)100Hz、電流響應(yīng)800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。本章通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，研究了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及系統(tǒng)參數(shù)變化等因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，更證明了系統(tǒng)仿真的必要性和重要性，為新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)輸入頻率的設(shè)定，每半個(gè)周期采樣5次左右，實(shí)驗(yàn)最大頻率為40。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 可知轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即實(shí)際與理論符合，并且速度穩(wěn)定，也證明了變頻調(diào)速的可行性。3.