高性能的通用变频器

　　1一般通用变频器的局限性

采用一般的通用变频器给异步电动机供电时，可以实现无级平滑调速，起动和停车都很方便。但是，调速时有静差，精度不高，调速范围不过1:10左右，而且也不能像直流调速系统那样提供很高的动态性能。

2高性能通用变频器的控制策略

要实现高动态性能，必须充分研究电机的物理模型和动态数学模型。现在常用的高性能控制策略有矢量控制和直接转矩控制两种。

　　矢量控制系统的特点是:采用由转子磁链决定d-轴方向的dq同步旋转坐标系，把异步电机的定子电流分解为其励磁分量和转矩分量，得到类似于直流电机的转矩模型，再采取措施把非线性系统变换成两个独立的转速和转子磁链的子系统，从而模仿直流电机分别用PI调节器进行控制。选用高精度的光电码盘转速传感器时，矢量控制系统的调速范围可达1:1000，动态性能也很好。但按转子磁链定向会受电机参数变化的影响而失真，从而降低了系统的调速性能，采用智能化调节器可以克服这一缺点，提高系统的鲁棒性。

　　直接转矩控制系统舍去比较复杂的旋转坐标变换，仅在两相静止坐标系上构成转矩和定子磁链的反馈信号，并用双位式砰-砰控制代替线性调节器来控制转矩和定子磁链，根据二者的变化选择电压空间矢量的PWM(SVPWM)开关状态，以控制电机的转速。这种系统控制结构简单，转矩响应快，又避免了转子参数变化的影响。但砰-砰控制会使输出转矩产生脉动，影响系统的低速性能。

　　从理论基础上看，矢量控制系统和直接转矩控制系统都是基于异步电动机动态数学模型进行控制的。在两相坐标系上的异步电动机具有4阶电压方程和1阶运动方程，其状态方程应该是5阶的，须选取5个状态变量。在系统的动态模型中，输入变量是Usd，Usq，ω1，TL，对于笼型转子电机，转子内部是短路的，Urd=Urq=0，因此，可供选用的状态变量共有9个，即转速ω、4个电流变量isd，isq，ird，irq和4个磁链变量ψsd，ψsq，ψrd，ψrq。转子电流ird和irq是不可测的，不宜用作状态变量，只能选定子电流isd，isq和转子磁链ψrd，ψrq，或者选定子电流isd，isq和定子磁链，也就是说，可以有ω-ψr-is状态方程和ω-ψs-is状态方程两种。矢量控制选用了ω-ψr-is方程，而直接转矩控制选用的是ω-ψs-is方程。

　　从总体控制结构上看，两者都采用转矩和磁链分别控制，转矩控制环(或电流的转矩分量环)都处于转速环的内环，可以抑制磁链变化对转速子系统的影响，从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦。因此两种系统都能获得较高的静、动态性能。

　　但是，由于具体控制方案的区别，两者在控制性能上却各有千秋。矢量控制系统采用转子磁链定向，因而实现了定子电流转矩分量与磁链分量的解耦，可以按线性系统理论分别设计转速与磁链调节器(一般采用PI调节器)，实行连续控制，从而获得较宽的调速范围;但按ψr定向受电动机转子参数变化的影响，降低了控制系统的鲁棒性。直接转矩控制系统则实行Te和ψs砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构;控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响;砰-砰控制本身属于P控制，可以获得比PI调节器更快的动态响应(由于没有电流内环，须注意限制最大冲击电流);但不可避免地产生转矩脉动，而且带积分环节的磁链电压模型在低速时准确度较差，这都使系统的低速性能受到限制。

　3矢量控制和直接转矩控制的应用和发展

矢量控制系统和直接转矩控制系统都是高性能的交流调速系统，都已获得广泛的实际应用，由于它们各自的特色，在应用领域上又各有侧重。矢量控制除用于一般调速外，更适用于宽范围调速系统和伺服系统，而