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    电动扫路车电机控制技术的发展动向

      发表时间:2019-04-21 13:39  点击次数:

    电动扫路车电机的电子控制是一门集电机运行理论、电力电子技术、自动控制理论和微机控制技术于 一体的机电一体化技术,随着这些相关技术的飞速进步,电机控制技术正在R新月异地不断发 展。目前的发展动向主要表现在:
    1.变流装置
    随着一代代自关断器件的陆续产生,电动扫路车调速系统变流装置正朝高电压、大容量、高频化、小型 化方向发展,适合中电压(>10kv )、大容量O10MW)的变频器已获得应用。随着功率器件 幵关频率的提高,PWM调制技术进一步优化,可以获得十分理想的正弦电压输出。变频器电 网侧的交-直变换虽采用不控整流可使基波功率因数(位移因数)接近于1,但因输入电流谐波 大而使得总功率因数低下。消除对电网的谐波污染、提高系统输入功率因数、优化变频器输入 特性已成为当前变频技术关注热点。因此,PWM整流技术、新型单位功率因数变流器(如矩 阵式交-交变换器)的研究、开发已引起广泛关注。
    与此同时,如何提高变频器的幵关频率也受到重视,特别是大功率逆变器中功率幵关频率 主要受到开关损耗的限制,如何降低幵关损耗是变频器高频化的关键。近年来已研究出了应 用谐振原理使功率器件在零电压或零电流下进行幵关的软幵关技术,其幵关损耗接近为零,大 大提高了变流器的运行效率。
    电动扫路车电机控制技术的发展动向
    2.电动扫路车控制策略
    交流电机是一个多变量、强耦合、时变的非线性系统,瞬时转矩控制闲难,造成长时间以来 其动态性能不如直流电机优良。20世纪70年代提出的矢量变换控制开创了交流电机高性能 控制的新时代,但矢量变换控制也有不尽如人意之处。1985年德国学者Depenbrock又提出 了直接转矩控制,它将电机与逆变器作为一个整体来考虑,采用电压空间矢量方法在定子坐标 系内进行磁通、转矩的计算,通过磁链跟踪型PWM逆变器的开关切换直接控制磁链和转矩, 无须进行定子电流解耦所需的复杂坐标变换,系统控制更为简单、直接,动、静态性能优越,目 前正受到广泛的关注。
    各类电机闭环控制中常需检测转子速度或磁极位置,因而带来了传感器安装、维护、环境
    适应性及运行可靠性等诸多问题。为了降低造价并提高可靠性,国外从20世纪70年代开始 进行了无速度传感器控制技术的研究。最初是利用检测定子电压、电流等易测量和电机模型 进行速度估算,后来采用了模型参考自适应方法(MRAS)进行速度辨识,近年已将卡尔曼滤波 器理论用于电机的参数辨识。为解决静止和极低速情况下电机转子位置(速度)的自检测,高 频电压(电流)注人法也已引入了交流电机的无位置(速度)传感器运行研究中。目前无速度传 感器技术已应用于商品化变频器之中。
    3.全数字化控制
    随着微机运算速度的提高、存储器的大容量化,全数字控制已是电机控制方式的主流方 向。目前除采用各类单片微机作为数字控制器核心外,数字信号处理器(DSP)已展现出越来 越大的优势。与普通单片机相比,DSP改变了集成电路结构、提高了吋钟频率,采用指令列排 队方式来提高运行效率,更集成了硬件乘法器,大大缩短了乘、除运算时间,特别适合于复杂数 学运算。近来又增加了 I/O 口,提高了作为微控制器的功能,形成了电机控制专用系列,已在 商品变频器中得到了应用。
    20世纪80年代后期,又出现了一种精简指令计算机RISC,它依靠硬件与软件的优化组 合,提高了常用基木指令的执行速度,丢弃了一些运算复杂而不常用的指令,实现了在一个给 定周期内并行执行多条指令的能力,以此提高了软件总体效率和执行速度,以一种新的方式解 决了数字控制实时性问题。
    为了解决控制器的小型化,出现了高级专用集成电路ASIC,如变压变频用的SPWM序 列波发生器HEF4752、SLE4520等,甚至还有包括一个完整控制系统的AS1C面市。现在开 发各种新一代ASIC已成为先进电气公司当前技术竞争的手段。如果用户欲自己幵发电机专 用控制芯片,现场可编程门阵列FPGA是一种有效解决方案。这是一种可以方便实现多次改 写的逻辑器件,一片FPGA包含有少则几千、多则几十万个逻辑门,可以用来实现非常复杂的 运算,替代多块集成电路和分立元件,且具有很强的保密能力。现在,采用DSP+FPGA + IPM构成电机控制系统已是一种较先进的硬件格局。
    4.智能控制理论的应用
    基于现代控制理论的滑模变结构控制,采用微分儿何理论的非线性解耦控制、模型参考自 适应控制等均已引人电机控制。但这些方法仍建立在对象精确的数学模型之上,需要大量传 感器、观测器,结构复杂,仍无法摆脱系统非线性和参数变化的影响。智能控制无需对象的精 确数学模型并具有较强的鲁棒性,近年已被陆续引人电机控制之中,如模糊控制、人丁神经元 网络控制、专家系统等,使电机控制正朝智能化控制方向发展。
    电动扫路车直流电动机由于具有良好的调速特性,宽广的调速范围,长期以来在要求调速的地方,特 别是对调速性能指标要求较高的场合,例如轧钢机、龙门刨和高精度机床等传动中得到了广泛 的应用。
    以前直流电机调速系统采用直流发电机组供电,不仅重量大,效率低,占地多,而且控制的 快速性比较差,维护也比较麻烦。近年来随着电力电子技术迅速发展,已普遍采用了由晶闸管 可控整流器供电的直流电机调速系统,以取代以前广泛应用的交流电动机一直流发电机组供 电的系统。特别是采用了由集成运算放大器构成的电子调节器后,晶闸管整流器供电的直流电 机调速系统在性能上已远远地超过直流发电机组供电的系统。随着自关断器件的出现,脉宽调 制(PWM )调速或斩波调速方式在直流调速系统中得到发展。由于调制频率高,动态响应快, 在高性能直流伺服驱动中得到了广泛的应用。近几年微型计算机应用的普及,更为直流电机调 速系统实现数字化和高性能化创造了条件。这些都是本章要重点讨论的内容。

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