一、矢量控制FOC

矢量控制（FOC, Field Oriented Control）在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的前提下，將定子電流分解成勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，再利用PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)兩者的獨(dú)立調(diào)節(jié)得到參考電壓，最后利用脈沖調(diào)制（SVPWM,Space Vector Pulse Width Modulation）生成參考電壓矢量對(duì)應(yīng)的六路開(kāi)關(guān)脈沖去觸發(fā)逆變器。矢量控制在國(guó)際上一般被稱為磁場(chǎng)定向控制技術(shù)，即用電機(jī)自身磁場(chǎng)矢量的方向作為坐標(biāo)軸的基準(zhǔn)方向和坐標(biāo)變換的方向來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電流的大小、方向的控制方法。

圖1-1 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制框圖

二、混合模型磁鏈觀測(cè)器

轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器利用定子電壓、定子電流或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)觀測(cè)出轉(zhuǎn)子磁鏈的相位和幅值。如果轉(zhuǎn)子磁鏈的相位觀測(cè)不準(zhǔn)，那么定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量就不能實(shí)現(xiàn)完全的解耦，可能會(huì)造成系統(tǒng)的振蕩甚至不穩(wěn)定。如果觀測(cè)出轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值偏小，會(huì)使得電機(jī)運(yùn)行在弱磁狀態(tài)，減小電機(jī)的帶載能力；如果觀測(cè)出轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值偏大，會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，使電機(jī)的鐵心飽和，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致繞組過(guò)熱而燒壞電機(jī)。因此決定整個(gè)矢量控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的最為關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器。

圖2-1 混合模型磁鏈觀測(cè)器控制框圖

分別采用電壓模型和電流模型的感應(yīng)電機(jī)矢量控制在低速和高速時(shí)估計(jì)的轉(zhuǎn)子磁鏈精度不高。在此基礎(chǔ)上研究電壓電流混合模型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，使其在低速時(shí)采用電流模型，在高速時(shí)采用電壓模型，兩者能平滑過(guò)渡。根據(jù)磁鏈觀測(cè)器結(jié)構(gòu)，采用開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速估計(jì)器，并做相應(yīng)的抗噪聲處理，使它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能滿足動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的要求。

現(xiàn)有文獻(xiàn)定義了一種統(tǒng)一的轉(zhuǎn)子磁鏈特性方程，幾乎所有的線性磁鏈觀測(cè)器都可以用其表示，方程如下：

三、仿真建模與波形分析

由于篇幅原因，只比較低速區(qū)域下的磁鏈觀測(cè)情況。

圖3-1 基于混合模型磁鏈觀測(cè)器的FOC控制仿真系統(tǒng)

從圖（3-2）可知，電流型磁鏈觀測(cè)器在低速區(qū)域的觀測(cè)性能最好；電壓模型磁鏈觀測(cè)器在低速區(qū)域的觀測(cè)性能最差；相反，在高速區(qū)域，電壓模型的觀測(cè)性能最好，電流模型的觀測(cè)性能最差；混合模型磁鏈觀測(cè)器的觀測(cè)性能居中。

圖3-3 基于混合模型磁鏈觀測(cè)器的異步電機(jī)FOC控制系統(tǒng)仿真波形（1500r/min）

四、總結(jié)

混合模型磁鏈觀測(cè)器集合了電流模型磁鏈觀測(cè)器在低速區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)和電壓模型磁鏈觀測(cè)器在高速區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在全速范圍內(nèi)較為準(zhǔn)確地觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈。

審核編輯：劉清