Simulink单逆变器双电机传动系统的仿真研究(2)
参考文献 39
1. 绪论
1.1 交流调速系统的背景及发展
电机控制是一个不断发展的课题。直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在相当长时期内，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向和在恶劣环境下的不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统的进一步发展。
交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，鉴于直流传动具有优越的调速性能，高性能可调速传动都采用直流电动机，而约占电气传动总容量80%的不变速传动则采用交流电动机，这种状况在一段时期内已成为一种举世公认的格局。[7]因而长期用于恒速拖动领域。随着电力电子器件的发展，交流调速系统的控制策略也得到了发展。交流调速系统的发展与应用领域和交流电气传动在19世纪先后诞生。20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统得到了迅速的发展。
与直流调速系统相比，交流调速系统具有以下特点：
（1） 容量大；
（2） 转速高且耐高压；
（3） 交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、 经济可靠、惯性小；
（4） 交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；
（5） 高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标；
（6） 交流调速系统能显著的节能。
从各方面看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。
起初，交流异步电动机的控制策略有恒压频比控制、转差频率控制等。
恒压频比控制是交流电机最简单的一种控制方法，通过在控制过程中始终保持恒压频比为常数，来保证定子磁链的恒定。然而恒压频比控制是一种开环控制，速度动态特性很差，电机转矩利用率低，控制参数还需要根据负载的不同来做相应的调整，特别是低速时由于定子电阻和逆变器电力电子器件开关延时的存在，系统可能会发生不稳定现象。
转差频率控制引入了速度闭环，使转速变化频率与实际转速同步上升或下降，与恒压频比控制相比，加速、减速更为平滑，且容易使系统稳定。但转差频率控制并未能实施对瞬时转矩的闭环控制，而且动态电流相位的延时会影响系统的实际动态性能。它们都属标量控制，只能对电机定子电压的幅值和频率进行控制，属于稳态控制的范围，电机动态性能不佳成为其主要缺陷。
由于交流电动机是多变量、强耦合的非线性系统，与直流电动机相比，转矩控制要困难得多。上世纪70年代初提出的矢量控制理论解决了交流电动机的转矩控制问题，应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的旋转变换，实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。这样就可以将一台三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得了与直流调速系统同样优良的静、动态性能，开创了交流调速与直流调速相竞争的时代。近十多年来，各国学者致力于无速度传感器控制系统的研究，利用检测定子电压、电流等容易测量的物理量，进行速度估算以取代速度传感器。其关键在于在线获取速度信息。除了根据数学模型计算电动机转速外，目前应用较多的又模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。无速度传感器控制技术不需要检测硬件，也免去了传感器带来的环境适应性、安装文护等麻烦，提高了系统可靠性，降低了成本，因而引起了广泛兴趣。微电子技术的发展，微型计算机功能的不断提高，使交流变频调速系统逐步向全数字化控制系统发展。数字化控制系统不同于模拟控制系统，它的主要任务是设计一个数字调节器。常用的控制方法有：程序和顺序控制、直接数字控制、PID控制、最优控制等。[5]