一、變頻器中常用的控制方式
1、非智能控制方式
非智能控制方式主要有 V/f控制、差頻控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，在交流變頻器中得到廣泛應(yīng)用。
(1)V/f控制
v/f是與電動(dòng)機(jī)定子相加的電壓與供電頻率之比。
如下圖所示，如果V/F符合直線AB，則為直線；如果符合折線ABC，則為多點(diǎn)型；如果符合曲線AB，則為正方形。
v/f控制是為了獲得理想的扭矩-速度特性，它基于一種既保證電機(jī)磁通量不變，又能改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的思想，一般的變頻器都采用這種控制方式。變頻器的 V/f控制結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但這種變頻器采用開環(huán)控制，不能達(dá)到高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須通過扭矩補(bǔ)償來改變其低頻特性。
(2)轉(zhuǎn)差頻率控制
轉(zhuǎn)差頻率控制是直接轉(zhuǎn)矩控制的一種控制方法。在V/f控制的基礎(chǔ)上，通過知道異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的工頻，并根據(jù)期望的轉(zhuǎn)矩調(diào)整變頻器的輸出頻率，電動(dòng)機(jī)就可以有相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。
在這種控制模式下，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時(shí)還會(huì)增加電流反饋來控制頻率和電流。因此，它是一種閉環(huán)控制模式，可以使變頻器對(duì)快速加減速和負(fù)載變化具有良好的穩(wěn)定性和良好的響應(yīng)特性。
(3)矢量控制
矢量控制通過矢量坐標(biāo)電路控制電機(jī)定子電流的大小和相位，從而可以在D、Q和0坐標(biāo)軸下分別控制電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)通過控制各矢量的作用順序和作用時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，可以形成各種各樣的PWM波，從而達(dá)到不同的控制目的。例如，形成開關(guān)次數(shù)最少的脈寬調(diào)制波，以減少開關(guān)損耗。目前，變頻器中實(shí)際使用的矢量控制方法有兩種，即基于轉(zhuǎn)差頻率控制的方法和基于無速度傳感器的方法。
利用轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行矢量控制，其穩(wěn)態(tài)特性與之相吻合，但需要對(duì)電機(jī)定子電流進(jìn)行相位坐標(biāo)變換，使其滿足一定的控制條件，以消除轉(zhuǎn)矩-電流過渡過程中的波動(dòng)。所以，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率控制方法相比，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方法能顯著改善系統(tǒng)的輸出特性。但該控制方法屬于閉環(huán)控制，需要在電機(jī)上安裝速度傳感器，因此其應(yīng)用范圍受到限制。
通過坐標(biāo)變換分別控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，然后通過對(duì)電機(jī)定子繞組上電壓、電流的辨識(shí)來實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的控制，從而實(shí)現(xiàn)無速度傳感器矢量控制。該控制方式調(diào)速范圍寬，起動(dòng)力矩大，工作可靠，操作方便，但計(jì)算復(fù)雜，一般需要專門的計(jì)算機(jī)來完成，因此，實(shí)時(shí)性不好，控制精度受計(jì)算精度的影響。
(4)直接轉(zhuǎn)矩控制
采用空間矢量坐標(biāo)系下交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過檢測(cè)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈的觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制。
這樣可以減少復(fù)雜的變換計(jì)算，如矢量控制，使系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)練，其計(jì)算速度和精度均優(yōu)于矢量控制。即便是開環(huán)狀態(tài)，也可輸出100%額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)多個(gè)拖動(dòng)有負(fù)載平衡功能。
(5)最優(yōu)控制
在實(shí)際中，最優(yōu)控制的應(yīng)用因需求的不同而異，單個(gè)參數(shù)的最優(yōu)控制可根據(jù)最優(yōu)控制的理論來實(shí)現(xiàn)。舉例來說，在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就已經(jīng)成功地運(yùn)用了時(shí)間分段控制和相位移動(dòng)控制兩種策略，在一定條件下實(shí)現(xiàn)了電壓最佳波形。
(6)其他非智能控制方式
在在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的控制有一些非智能控制方法，如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、循環(huán)控制、頻率控制等。
2、智能控制方式
智能控制方法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。智能控制在變頻器控制中的應(yīng)用有一些成功的例子。
(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法用于變頻器控制時(shí)，一般用于控制復(fù)雜系統(tǒng)，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)模型了解甚少，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅要完成系統(tǒng)辨識(shí)的功能，還要完成控制。
另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此適合在多個(gè)變頻器水平連接時(shí)進(jìn)行控制。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)過多，算法過于復(fù)雜，具體的應(yīng)用會(huì)帶來很多實(shí)際的困難。
(2)模糊控制
采用模糊控制算法控制變頻器的電壓和頻率，從而控制電機(jī)的加速時(shí)間，避免過快的加速對(duì)電機(jī)使用壽命的影響和過慢的加速對(duì)工作效率的影響。模糊控制的關(guān)鍵在于域、隸屬度和模糊層次的劃分，特別適用于多輸入單輸出控制系統(tǒng)。
(3)專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是一種利用所謂“專家”經(jīng)驗(yàn)的控制模式。因此，在專家系統(tǒng)中應(yīng)該建立一個(gè)專家數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)一定的專家信息，并且應(yīng)該有推理機(jī)制來根據(jù)已知的信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)旌屯评頇C(jī)制的設(shè)計(jì)尤為重要，這關(guān)系到專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。專家系統(tǒng)的應(yīng)用可以控制變頻器的電壓和電流。
(4)學(xué)習(xí)控制
學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的PWM信號(hào)(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個(gè)條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。
學(xué)習(xí)控制不需要知道太多的系統(tǒng)信息，但是需要1~2個(gè)學(xué)習(xí)周期，所以速度比較差。而且學(xué)習(xí)控制算法有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)前導(dǎo)環(huán)節(jié)，這是用ADI公司無法實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性問題，所以在應(yīng)用中要特別注意。
二、未來變頻器控制的展望
隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個(gè)方面發(fā)展。
(1)數(shù)字控制變頻器的實(shí)現(xiàn)
目前，利用數(shù)字處理器可以實(shí)現(xiàn)變頻器的控制方式，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的運(yùn)算，變頻器的數(shù)字化將是一個(gè)重要的發(fā)展方向，目前，變頻器的數(shù)字化主要采用MCS51、80C196MC等單片機(jī)，輔助以SLE4520、 EPLD LCD等 LCD顯示器實(shí)現(xiàn)更完美的控制性能。
(2)多種控制方式的結(jié)合
單一種控制方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，不存在“萬能”的控制方式，在某些情況下，還需要將多種控制方式結(jié)合起來，如學(xué)**控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制與模糊控制、直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、或稱為“混合控制”等，使之相互促進(jìn)、相得益彰。
(3)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制是一個(gè)發(fā)展方向。通過RS485接口、RTU模塊和一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而在一些不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作的場(chǎng)合下，也可以輕松實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
(4)綠色變頻器
隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境保護(hù)。變頻器產(chǎn)生的高次諧波會(huì)給電網(wǎng)帶來污染，降低變頻器工作時(shí)的噪聲，增強(qiáng)其可靠性和安全性。這些問題都試圖通過采用合適的控制方法來解決，并設(shè)計(jì)了一種綠色變頻器。
最后總結(jié)一下，變頻器的控制方式是一個(gè)值得研究的問題，希望有識(shí)之士能齊心協(xié)力，致力于此項(xiàng)工作，使我國的變頻器早日走向國際市場(chǎng)，成為世界一流產(chǎn)品。
