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变频器常用的控制方法综述

宣布日期：

2022-12-19

变频调速技术是现代电力传动技术的重要生长偏向，而作为变频调速系统的焦点—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器自己制造工艺的“先天”条件外，对变频器接纳什么样的控制方法也是很是重要的。本文从工业实际出发，综述了近年来种种变频器控制方法的特点，并展望了今后的生长偏向。

变频器简介

1、变频器的基本结构

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成种种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆酿成交流电。关于如矢量控制变频器这种需要大宗运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩盘算的CPU以及一些相应的电路。

2、变频器的分类

变频器的分类要领有多种，凭据主电路事情方法分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；凭据开关方法分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；凭据事情原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；凭据用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

变频器中常用的控制方法

1、非智能控制方法

在交流变频器中使用的非智能控制方法有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。

(1) V/f控制

V/f控制是为了获得理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要包管电动机的磁通稳定的思想而提出的，通用型变频器基本上都接纳这种控制方法。V/f控制变频器结构很是简单，可是这种变频器接纳开环控制方法，不可抵达较高的控制性能，并且，在低频时，必须进行转矩赔偿，以改变低频转矩特性。

(2) 转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方法，它是在V/f控制的基础上，凭据知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并凭据希望获得的转矩来调理变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方法，在控制系统中需要装置速度传感器，有时还加有电流反响，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方法，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变换有良好的响应特性。

(3) 矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的巨细和相位，以抵达对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流划分进行控制，进而抵达控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成种种PWM波，抵达种种差别的控制目的。例如形成开关次数更少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方法主要有基于转差频率控制的矢量控制方法和无速度传感器的矢量控制方法两种。

基于转差频率的矢量控制方法与转差频率控制方法两者的定常特性一致，可是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡历程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方法比转差频率控制方法在输出特性方面能获得很大的改善。可是，这种控制方法属于闭环控制方法，需要在电动机上装置速度传感器，因此，应用规模受到限制。

无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理划分对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以抵达控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方法调速规模宽，启动转矩大，事情可靠，操作便当，但盘算比较庞大，一般需要专门的处理器来进行盘算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到盘算精度的影响。

（4）直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量坐标的看法，在定子坐标系下剖析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来抵达视察定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等庞大的变换盘算，系统直观、简洁，盘算速度和精度都比矢量控制方法有所提高。纵然在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，关于多拖动具有负荷平衡功效。?

(5)最优控制?

最优控制在实际中的应用凭据要求的差别而有所差别，可以凭据最优控制的理论对某一个控制要求开展个別参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就乐成的接纳了时间分段控制和相位平移控制两种战略，以实现一定条件下的电压最优波形。?

(6)其他非智能控制方法

在实际应用中，另有一些非智能控制方法在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。

2、智能控制方法

智能控制方法主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中接纳智能控制方法在具体砬用中有一些乐成的规范。

(1)神经网络控制

神经网络控制方法应用在变频器的控制中，一般是开展比较庞大的系统控制，这时关于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功效，又要开展控制。并且神经网络控制方法可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时开展控制比较适合。可是神经网络的层数太多或者算法过于庞大都市在具体应用中带来不少实际困难。

(2)模糊控制

模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间获得控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响事情效率。模糊控制的要害在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方法尤其适用干多输入单输出的控制系统。?

(3)专家系统

专家系统是利用所谓“专家”的经验开展控制的一种控制方法，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于凭据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的, 关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。?

(4)学习控制

学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，可是需要1-2个学习周期，因此快速性相对较差，并且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。?

变频器控制的展望

随着电力电子技术、微电子技术、盘算机网络等高新技术的生长，变频器的控制方法今后将向以下几个方面生长。?

(1) 数字控制变频器的实现

现在，变频器的控制方法用数字処理器可以实现比较庞大的运算，变频器数字化将是一个重要的生长偏向，目前开展变频器数字化主要接纳单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现越发完善的控制性能。?

(2) 多种控制方法的结合?

简单的控制方法有着各自的优缺点，并没有“万能”的控制方法，在有些控制场合，需要将一些控制方法结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结合，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与神经网络控制相结合，或者称之为“混淆控制”，这样取长补短，控制效果将会更好。

(3) 远程控制的实现

盘算机网络的生长，使“天涯若咫尺”，依靠盘算机网络对变频器开展远程控制也是一个生长偏向。通过RS485接口及一些网络协议对变频器开展远程控制，这样在有些不适合于人类开展现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目标。?

(4) 绿色变频器?

随着可连续生长战略的提出，关于情况的掩护越来越受到人们的重视。变频器爆发的高次谐波对电网会带来污染，降低变频器事情时的噪声以及增强其事情的可靠性、宁静性等等这些问题，都试图通过接纳合适的控制方法来解决，设计出绿色变频器。

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