开环和闭环控制- MATLAB和Simulink - 卡塔尔世界杯8强比赛直播

开环与闭环控制

本节介绍开环和闭环电机控制技术。

开环运动控制

开环控制(也称为标量控制或伏特/赫兹控制)是一种流行的电机控制技术，可以用来运行任何交流电机。这是一个简单的技术，不需要从电机的任何反馈。为了保持定子磁通恒定，我们保持电源电压幅值与其频率成正比。

该图显示了一个开环控制系统。电源电路由直流电源提供的PWM电压逆变器组成。该系统不使用任何反馈信号进行控制实现。它用参考转速来确定定子电压的频率。系统按额定电压和额定频率的比例(通常称为伏特/赫兹比)计算电压大小，使磁通保持恒定。

$λ_{米} \propto \frac{V_{年代}}{f_{年代}}$

地点:

$λ_{米}$ 为电机额定磁通，单位为Wb。
$V_{年代}$ 为交流电机定子电压，单位为伏特。
$f_{年代}$ 为交流电机定子电压频率，单位为Hz。

在开环系统中，交流电机的转速表示为:

$年代 p e e d_{（ r p 米)} ＝ \frac{60 \times f_{年代}}{p}$

地点:

$年代 p e e d_{（ r p 米)}$ 为交流电机机械转速，单位为rpm。
$f_{年代}$ 为交流电机定子电压和电流的频率，单位为Hz。
$p$ 为电机的极对数。

您可以使用前面的表达式来确定所需速度(对于给定的机器)的参考电压频率。

$f^{r e f} ＝ \frac{p \times R P 米^{r e f}}{60}$

使用该频率为逆变器产生PWM参考电压。通过保持伏特/赫兹比计算电压的幅度为:

$V^{r e f} ＝（ \frac{V_{r 一个 t e d}}{f_{r 一个 t e d}}) f^{r e f}$

当使用单位系统表示时，开环控制系统考虑V_额定作为基础量，通常对应1PU或100%占空比。根据调制技术(正弦PWM或空间矢量PWM)，您可能需要额外的增益( $（ \frac{2}{\sqrt{3.}})$ 正弦脉宽调制)。在较低的转速下，系统需要一个最小的升压电压(额定电压的15%或25%)来克服定子电阻压降的影响。

您可以在不需要考虑动态响应且需要具有成本效益的解决方案的应用程序中使用开环控制。开环电机控制没有能力考虑可以影响电机速度的外部条件。因此，控制系统不能自动纠正期望和实际电机转速之间的偏差。

请注意

标量控制实现不考虑补偿电压降由于定子电阻和磁场减弱。

闭环运动控制

闭环控制将系统反馈考虑到控制中。电机的闭环控制考虑了电机电流、位置等信号的反馈。控制系统使用反馈信号来调节电压(应用于电机)，以保持电机响应在一个参考值。

场向控制(FOC)(或矢量控制)是一种常用的闭环系统，用于电机控制应用。FOC技术用于实现电机的闭环转矩、速度和位置控制。该技术还提供了良好的控制能力，在全扭矩和速度范围。FOC实现需要将定子电流从固定参考系转换为转子磁链参考系。

速度控制和转矩控制是FOC中常用的控制方式。位置控制方式使用较少。大多数牵引应用使用转矩控制模式，其中电机控制系统遵循一个参考转矩值。在速度控制模式下，电机控制器遵循一个参考转速值，并为形成内部子系统的转矩控制生成一个转矩参考。而在位置控制模式下，速度控制器构成内部子系统。

实现FOC算法需要实时反馈电流和转子位置。你可以使用传感器来测量电流和转子的位置。您也可以使用无传感器技术，使用估计的反馈值，而不是实际的基于传感器的测量。

闭环控制是利用实时位置和定子电流反馈对速度控制器和电流控制器进行调优，改变逆变器的占空比。这确保校正的三相电压供应(运行电机)纠正电机反馈偏差从期望值。

开环到闭环的过渡

一些应用要求电机启动使用开环控制。一旦电机在开环控制中达到所需的最低稳定性，控制系统就转向闭环。

在基于正交编码器的位置传感系统中，一旦检测到指标脉冲，电机启动在开环和过渡到闭环。

在无传感器位置控制，电机开始运行在10%的基础速度在开环。当参考开关超过基准速度的10%时，控制系统由开环过渡到闭环。

为了确保从开环到闭环的平稳过渡，PI控制器复位并从与开环输出相同的初始条件启动。