劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011
摘 要:智能控制在電機(jī)控制中的應(yīng)用智能控制是自動(dòng)控制理論的新發(fā)展,它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)仿照人腦思維功能進(jìn)行控制的方法,如專家系統(tǒng)、神經(jīng)元控制、模糊控制等被人們統(tǒng)稱為智能控制。探討了智能電機(jī)保護(hù)和控制裝置在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:智能控制;電機(jī)控制;裝置;保護(hù)
1前言
無論是由三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還是由三相永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng),都是非線性的時(shí)變系統(tǒng)。盡管采用了矢量控制,仍然不能從根本上改變系統(tǒng)的非線性特性,而直接轉(zhuǎn)矩控 制自身就是一種非線性控制方式。矢量控制嚴(yán)重依賴于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,其參數(shù)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中會發(fā)生較大變化。事實(shí)上,這些與實(shí)際電動(dòng)機(jī)是不*相符的。其結(jié)果之一是在電磁轉(zhuǎn)矩中一定還包含有諧波轉(zhuǎn)矩,這些諧波轉(zhuǎn)矩是未知的,在實(shí)際控制系統(tǒng)中,通常將其作為一種擾動(dòng)來處理。此外,還會有多種原因增加系統(tǒng)的非線性和不確定因素。在不同條件下,這些都會成為制約伺服系統(tǒng)控制質(zhì)量的瓶頸。所以,需要真正改變高性能伺服系統(tǒng)中的非線性、參數(shù)變化、擾動(dòng)和噪聲等控制問題,才能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制性能。
2智能控制及其控制目的
智能控制是自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的一門新興學(xué)科,模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是其中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),可以用來解決一些傳統(tǒng)控制方法難以解決的問題。首先,智能控制不依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型,只按實(shí)際效果進(jìn)行控制,在控制中有能力并可以充分考慮系統(tǒng)的不精確性和不確定性。其次,智能控制具有明顯的非線性特征。就模糊控制而言,無論是模糊化、規(guī)則推理,還是反模糊化,從本質(zhì)上來說都是一種映射,這種映射反映了系統(tǒng)的非線性,而這種非線性很難用數(shù)學(xué)來表達(dá)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在理論上就具有任意逼近非線性有理函數(shù)的能力,還能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年來,已提出了各種基于智能控制的控制策略和控制方法,已逐步形成了一種新的控制技術(shù)。應(yīng)著重指出的是,雖然將智能控制應(yīng)用于伺服驅(qū)動(dòng)的研究已取得了不少成果,但是還有許多理論和技術(shù)問題尚待解決。由于智能控制涉及面廣,不可能具體介紹很多內(nèi)容,好在這方面已有很多文獻(xiàn)可供參考,這里希望通過舉例來介紹它們的控制思想和控制方式。
3智能電機(jī)控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用
3.1逆變器
(1)主要電路形式選擇與功率開關(guān)管的應(yīng)用
現(xiàn)階段,很多生產(chǎn)加工行業(yè)常用的是以星形三相三狀態(tài)和兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)兩種方式。主電路的核心部分是作用各異的逆變器功率開關(guān)管。在大功率電機(jī)的控制中,也可選擇 MCT,它是 MOSFET 與晶閘管的復(fù)合器件,具有高電壓、大電流、工作頻次高、控制功率小、易驅(qū)動(dòng)、使用低成本集 成驅(qū)動(dòng)電路控制等優(yōu)點(diǎn)。為了提高逆變器的可靠性、縮小體 積,也可以采用近年來迅速發(fā)展的功率集成電路(PIC)。PIC 將多個(gè)功率開關(guān)管及其快恢復(fù)二極管集成為一體。
(2)驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成
在電機(jī)使用中,首先由驅(qū)動(dòng)電路將控制器的輸出信號進(jìn)行功率放大后,才能向各功率開關(guān)管送去使其能飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)把驅(qū)動(dòng)電路制成有一定輸出功率的專用集成電路,并且已經(jīng)開始漸漸在無刷直流電動(dòng)機(jī)上得到推廣應(yīng)用。
3.2 控制器
智能電機(jī)中的控制器主要有兩個(gè)概念。一個(gè)是基于專用集成電路的控制系統(tǒng)。就現(xiàn)在的市場環(huán)境來講,國內(nèi)很多生產(chǎn)廠家推出了不同規(guī)格和用途的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制專用集 成電路。這些具有一定的電機(jī)配用的集成控制電路克服了分立元件帶來的弊端,使控制電路體積小、可靠性高,對于特定環(huán)境下完成特定功能、并具有規(guī)模化生產(chǎn)的無刷直流電動(dòng)機(jī)來說,是推薦方案。但其應(yīng)用范圍局限性大,功能難以擴(kuò)展。種智能電機(jī)中的控制器主要是指以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)?;旌峡刂葡到y(tǒng)與全數(shù)字化控制系統(tǒng)。隨著無刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣,對它的實(shí)用性能也提出了更高的要求,因而其控制器由以硬件模擬電子器件為主,轉(zhuǎn)向采用數(shù)字電路、單片機(jī)以及數(shù)字信號處理器方向發(fā)展,實(shí)現(xiàn)半數(shù)字化的數(shù)?;旌峡刂坪腿珨?shù)字化控制,控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以軟件實(shí)現(xiàn)。
3.3 智能電機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用
智能電機(jī)的出現(xiàn)大大提高了各行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率,為社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。其應(yīng)用范圍已經(jīng)非常廣泛,而且更多應(yīng)用在了高、精、尖的設(shè)備層面,例如船用空 調(diào)設(shè)備、大型吊裝設(shè)備、礦山開采設(shè)備、大型通風(fēng)控制系統(tǒng)、資源探測等大型設(shè)備。在現(xiàn)實(shí)生活微觀方面更是舉不勝舉,小到任何一件家用電器的系統(tǒng)管理控制和漏電保護(hù),大到路邊 隨處可見的變壓器、通信網(wǎng)絡(luò)控制及信號接收設(shè)備,汽車、摩托車等交通工具,無處不見智能電機(jī)控制和保護(hù)裝置的影子。在當(dāng)今社會房地產(chǎn)和城市公共服務(wù)建設(shè)如火如荼之際,放眼城市各處,遍地都是塔吊林立,大型施工設(shè)備經(jīng)常可見。自工業(yè)革命以來,就逐漸掀起了機(jī)器設(shè)備帶動(dòng)人力勞動(dòng)的一頁,發(fā)展到今天,機(jī)器設(shè)備也不再需要過多人去機(jī)械的控制,已經(jīng)可以走向智能化,而越來越多的研究人員和電機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家也都開始瞄準(zhǔn)了更高的科研要求。
4智能控制在電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用
智能控制目的是控制那些難以建模的復(fù)雜過程或?qū)ο?。在以電機(jī)為控制對象的交直流傳動(dòng)系統(tǒng)中,雖然直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型很簡單,交流電機(jī)經(jīng)前面研究過的矢量變換也可等效 為直流電機(jī)模型,同時(shí)也有比較成熟的控制方案。
傳感器參數(shù)化表示參數(shù)的調(diào)整,通過這種參數(shù)的調(diào)整,可以使傳感器系統(tǒng)適應(yīng)于在一個(gè)確定的裝置中工作以及在工作中能進(jìn)行信號處理的操作。參數(shù)必須由外部調(diào)整,然后主要通 過通信功能對傳感器系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。最后必須對傳感器系統(tǒng)的信號處理程序算法進(jìn)行編程。為了進(jìn)行的軟件開發(fā),集散控制結(jié)構(gòu)對傳感器的編程控制提出了新的要求。 傳感器配置的形式和范圍大小隨傳感器系統(tǒng)的復(fù)雜性及功能的不同而變化。在制成的多傳感器系統(tǒng)里包含基本傳感器和 信號處 理兩大部分。因此參數(shù)限制了已有了算法的調(diào)整。
雖然智能控制在電機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。但是作為技術(shù)人員,必須清醒地意識到,交流電機(jī)各種控制方法中大多要涉及定、轉(zhuǎn)子電阻和電感,這些物理數(shù)值隨溫度、頻率等變化產(chǎn)生變化將使控制指標(biāo)達(dá)不到最佳狀態(tài),嚴(yán)重的還會失去高性能控制的價(jià)值。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量數(shù)值在某些應(yīng)用中還會隨施工情況產(chǎn)生細(xì)微改變,加上非線性因素的影響,盡管解耦控制可以將電機(jī)參量調(diào)整為*獨(dú)立的通道,但是由于拖動(dòng)系統(tǒng)含有彈性耦合及間隙等非線性因素,使系統(tǒng)的魯棒性變差,如果把智能控制與P1調(diào)節(jié)、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方法相結(jié)合,將可獲得更加優(yōu)良的傳動(dòng)性能。在布局上應(yīng)采用多環(huán)控制結(jié)構(gòu),依靠智能控制環(huán)決定系統(tǒng)的最終控制性能。在電機(jī)控制中應(yīng)用時(shí),首先應(yīng)根據(jù)先驗(yàn)系統(tǒng)確立模糊變量和模型集;其次要確立模糊規(guī)則和模型推理的操作算子。與這種控制方法相適應(yīng)的小型生成方法主要側(cè)重于空間電壓矢量 SPWM 方法。在控制中要針對低速特性和電機(jī)參數(shù)特性采取相應(yīng)的專家系統(tǒng)或在線狀態(tài)觀測。這樣做的效果表明,它不但適應(yīng)于一般變頻調(diào)速特性和電機(jī)參數(shù)特性,更適應(yīng)于伺服控制和機(jī)器人控制。
5 安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
5.1產(chǎn)品簡介
ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能??膳c接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元,具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報(bào)警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍:可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。
5.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版.
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