【入門必看】AC電機算法詳細分析-KIA MOS管

AC電機算法

標量控制

標量控制（或V/Hz控制）是一個控制指令電機速度的簡單方法

指令電機的穩(wěn)態(tài)模型主要用于獲得技術，因此瞬態(tài)性能是不可能實現的。系統(tǒng)不具有電流回路。為了控制電機，三相電源只有在振幅和頻率上變化。

矢量控制或磁場定向控制

在電動機中的轉矩隨著定子和轉子磁場的功能而變化，并且當兩個磁場互相正交時達到峰值。在基于標量的控制中，兩個磁場間的角度顯著變化。

矢量控制設法在AC電機中再次創(chuàng)造正交關系。為了控制轉矩，各自從產生磁通量中生成電流，以實現DC機器的響應性。

一個AC指令電機的矢量控制與一個單獨的勵磁DC電機控制相似。在一個DC電機中，由勵磁電流IF所產生的磁場能量Φ F與由電樞電流IA所產生的電樞磁通ΦA正交。這些磁場都經過去耦并且相互間很穩(wěn)定。因此，當電樞電流受控以控制轉矩時，磁場能量仍保持不受影響，并實現了更快的瞬態(tài)響應。

三相AC電機的磁場定向控制（FOC）包括模仿DC電機的操作。所有受控變量都通過數學變換，被轉換到DC而非AC。其目標的獨立的控制轉矩和磁通。

磁場定向控制（FOC）有兩種方法：

直接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過磁通觀測器直接計算得到的。

間接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過對轉子速度和滑差(slip)的估算或測量而間接獲得的。

矢量控制要求了解轉子磁通的位置，并可以運用終端電流和電壓（采用AC感應電機的動態(tài)模型）的知識，通過高級算法來計算。然而從實現的角度看，對于計算資源的需求是至關重要的。

可以采用不同的方式來實現矢量控制算法。前饋技術、模型估算和自適應控制技術都可用于增強響應和穩(wěn)定性。

AC電機的矢量控制：深入了解

矢量控制算法的核心是兩個重要的轉換: Clark轉換，Park轉換和它們的逆運算。采用Clark和Park轉換，帶來可以控制到轉子區(qū)域的轉子電流。這種做充許一個轉子控制系統(tǒng)決定應供應到轉子的電壓，以使動態(tài)變化負載下的轉矩最大化。

Clark轉換：Clark數學轉換將一個三相系統(tǒng)修改成兩個坐標系統(tǒng)：

其中Ia和Ib正交基準面的組成部分，Io是不重要的homoplanar部分

圖4：三相轉子電流與轉動參考系的關系

Park轉換：Park數學轉換將雙向靜態(tài)系統(tǒng)轉換成轉動系統(tǒng)矢量

兩相α, β幀表示通過Clarke轉換進行計算，然后輸入到矢量轉動模塊，它在這里轉動角θ，以符合附著于轉子能量的d, q幀。根據上述公式，實現了角度θ的轉換。

AC電機的磁場定向矢量控制的基本結構

Clarke變換采用三相電流IA, IB 以及 IC，來計算兩相正交定子軸的電流Isd和 Isq。這兩個在固定座標定子相中的電流被變換成Isd 和Isq，成為Park變換d, q中的元素。

其通過電機通量模型來計算的電流Isd, Isq 以及瞬時流量角θ被用來計算交流感應電機的電動扭矩。

圖2：矢量控制交流電機的基本原理

這些導出值與參考值相互比較，并由PI控制器更新。

基于矢量的電機控制的一個固有優(yōu)勢是，可以采用同一原理，選擇適合的數學模型去分別控制各種類型的AC, PM-AC 或者 BLDC電機。

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