电机测试台交流系统设计

交流电机具有结构简单、运行可靠、使用寿命长且价格便宜等优点。交流电机的缺点在于其控制较为复杂。本文在查阅大量资料文献的基础上,了解国内外对交流电机控制的研究现状以及已有的成果,了解了矢量控制基本原理。利用MATLAB/SIMULINK对交流电机矢量控制系统进行仿真,得到相应的速度、转矩和电流曲线,验证了矢量控制系统的可靠性和有效性。

1 电机测试台的用途

电机测试台广泛用于电动机生产厂家对电动机进行产品性能测试和质量测试,而高性能的测试台需要对电机的驱动进行准确的控制,利用高性能的控制方法控制交流电动机,能够满足系统的要求。电机测试台最重要的部分是交流部分,交流部分的好坏直接关系到电机测试台的性能。目前、交流电动机的控制方法已有很多方法,例如,直接转矩控制、神经网络控制以及模糊矩阵控制等等。本文主要是从矢量控制的角度出发,对交流电机的控制控制进行了讨论。

2 交流电机控制的发展现状及展望

异步电动机矢量变换控制方法在七十年代提出之后,即得到了迅猛的发展。直流电机相对于交流电机而言,具有更优良的动态调速特性。矢量变换控制就是是利用坐标变换的方法将交流电机模拟成为直流电机,分别控制励磁电流分量与转矩电流分量,从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。由于此方法采用了坐标变换,所以对硬件设施的性能要求较高。

良好的硬件设备是保障矢量控制法可以得到应用的关键,尤其是要不断提高控制系统的可靠性和实时性好。这是是对控制系统的基本要求也是其关键要素。电机控制系统的发展经历了分立元件的模拟电路阶段、集成电路阶段、大规模集成电路解读以及专用集成电路阶段。到目前为止,电机控制电路大多为模拟数字混合电路。因其不但可以提高系统的可靠性和实时性,同时体积更小,研发成本更少,得到了迅速的发展。作为专用集成电路(ASIC)电机控制专用集成电路品种、规格繁多,产品资料和应用资料十分丰富。但同时由于各厂商之间无统一标准,有一定的技术壁垒。由于当前电机控制的总是朝向多样化发展、并且愈来愈复杂化,直接利用厂家的产品有时候并不能够满足要求。因此许多时候需要工程师自行开发产品。DSP就是一种非常好的开发工具。DSP(digital signal processor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。

硬件的发展对电机控制系统发展的影响是深远的。不过目前国内与发达国家在点击控制系统的差距仍然很大。目前在DSP技术方面,德州仪器公司处在领先地位,国内的企业想要赶超,还需要很长的路要走。不过,由于电机控制系统技术的不断提高,电机控制系统的市场还有更大的发展,国内企业定将获得更多的市场份额。

3 矢量控制的基本思路