西門子變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心，變頻器控制方式的性能越來越成為速度控制性能的決定性因素，制造除外變頻器本身的過程。 什么樣的控制方式用于變頻器也是非常重要的。基于工業(yè)現(xiàn)實(shí)，本文回顧了近年來各種變頻器控制方法的特點(diǎn)，并展望了未來的發(fā)展方向。

　1、變頻器的基本結(jié)構(gòu)

　　變頻器是將頻率電源轉(zhuǎn)換成各種頻率的交流電源以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速操作的裝置，其中控制電路完成對主電路的控制，并且整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直流電的中間電路使整流電路的輸出平滑，逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對于需要大量計(jì)算的諸如矢量控制變頻器的變頻器，有時(shí)需要用于扭矩計(jì)算的CPU和一些相應(yīng)的電路。

　2、變頻器的分類

　　變頻器有各種分類方法。根據(jù)主電路工作模式，它們可分為電壓型變頻器和電流型變頻器，根據(jù)開關(guān)模式分類，它們可分為PAM控制變頻器，PWM控制變頻器和高載波頻率。 PWM控制變頻器;根據(jù)工作原理，可分為V/f控制變頻器，轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器;根據(jù)用途分類，可分為通用變頻器，高性能專用變頻器，高頻變頻器，單相變頻器和三相變頻器。
 

　3、變頻器的常用控制方法

　3.1非智能控制方法

        交流變頻器中使用的非智能控制方法包括V/f協(xié)調(diào)控制，滑差頻率控制，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。

　　(1)V/f控制 V/f控制是為了獲得理想的轉(zhuǎn)矩 - 速度特性，基于改變電源頻率來調(diào)節(jié)速度的想法，同時(shí)保證電機(jī)的磁通量不變。通用變頻器基本上采用這種方式，V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但變頻器采用開環(huán)控制方式，不能實(shí)現(xiàn)高控制性能。此外，在低頻時(shí)，必須執(zhí)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。

　　(2)滑差頻率控制 滑差頻率控制是一種直接控制扭矩的控制方法。它基于V/f控制，并且已知與異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度對應(yīng)的電源頻率，并且根據(jù)期望的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變頻器。通過輸出頻率，電動(dòng)機(jī)可以具有相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方法需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時(shí)需要電流反饋來控制頻率和電流。因此，這是一種閉環(huán)控制模式，它可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性和快速的加減速和負(fù)載變化具有良好的響應(yīng)特性。

　　(3)矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標(biāo)電路控制電機(jī)定子電流的大小和相位，分別控制d，q，0坐標(biāo)軸系統(tǒng)中電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，從而達(dá)到目的。控制電機(jī)扭矩。通過控制每個(gè)矢量的序列和時(shí)間以及零矢量的動(dòng)作時(shí)間，可以形成各種PWM波以實(shí)現(xiàn)各種控制目的。例如，形成具有最少切換次數(shù)的PWM波以減少切換損耗。目前，實(shí)際應(yīng)用于變頻器的矢量控制方法主要包括兩種基于滑差頻率控制的矢量控制方法和無速度傳感器的矢量控制方法。 基于滑差頻率的矢量控制方法與滑差頻率控制方法的穩(wěn)態(tài)特性一致，但基于滑差頻率的矢量控制也通過坐標(biāo)變換控制電機(jī)定子電流的相位，以滿足一定的條件。消除扭矩電流轉(zhuǎn)換過程中的波動(dòng)。

       因此，與滑差頻率控制方法相比，基于滑差頻率的矢量控制方法可以在輸出特性方面得到極大改善。然而，該控制方法是閉環(huán)控制方法，并且速度傳感器需要安裝在電動(dòng)機(jī)上，因此應(yīng)用范圍受到限制。 無速度傳感器矢量控制分別通過坐標(biāo)變換處理控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，然后通過控制電機(jī)定子繞組上的電壓和電流來控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，以識別勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩當(dāng)前。該控制方式速度范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行可靠，操作方便，但計(jì)算復(fù)雜，一般需要專用的計(jì)算處理器。

　　(4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量坐標(biāo)的概念，分析定子坐標(biāo)系中交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻檢測定子磁鏈，從而消除了需要對于矢量控制等復(fù)雜變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀簡潔，與矢量控制方法相比，計(jì)算速度和精度得到提高。

　　(5)最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)需要而變化，并且可以根據(jù)最優(yōu)控制理論針對特定控制要求優(yōu)化各個(gè)參數(shù)，例如，在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，成功地采用了兩種時(shí)間分段控制和相移控制策略，以在一定條件下實(shí)現(xiàn)最佳電壓波形。

　　(6)其他非智能控制方法 在實(shí)際應(yīng)用中，在變頻器的控制中實(shí)現(xiàn)了一些非智能控制方法，如自適應(yīng)控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，差頻控制，循環(huán)電流控制，頻率控制等。

　 3.2、智能控制方法

　　智能控制方法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制，專家系統(tǒng)和學(xué)習(xí)控制，在變頻器的控制中使用智能控制在特定應(yīng)用中具有一些成功的例子。

　　(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法應(yīng)用于變頻器的控制，一般是進(jìn)行相對復(fù)雜的系統(tǒng)控制。目前，人們對該系統(tǒng)的模型了解甚少。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須完成系統(tǒng)識別和控制的功能。而且，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此更適合控制多個(gè)變頻器的級聯(lián)。然而，太多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層或太復(fù)雜的算法將在特定應(yīng)用中帶來許多實(shí)際困難。

　　(2)模糊控制

　　模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，控制電機(jī)的加速時(shí)間，避免過快的速度對電機(jī)使用壽命的影響，慢速增加影響工作效率，模糊控制的關(guān)鍵在于域，隸屬度和模糊層次的劃分，該控制方法特別適用于多輸入和單輸出plc控制系統(tǒng)。

　　(3)專家系統(tǒng)

　　專家系統(tǒng)是一種利用所謂“專家”經(jīng)驗(yàn)的控制方法。因此，在專家系統(tǒng)中，通常建立專家數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)某些專家信息，并且還存在促進(jìn)信息尋求理想控制結(jié)果的推理機(jī)制。專家數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和推理機(jī)制尤為重要，這與專家系統(tǒng)控制的優(yōu)缺點(diǎn)有關(guān)，應(yīng)用專家系統(tǒng)可以控制變頻器的電壓及其電流。

　　(4)學(xué)習(xí)控制

　　學(xué)習(xí)控制主要用于重復(fù)輸入，而常規(guī)PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這種條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于控制變頻器，學(xué)習(xí)控制不需要知道太多系統(tǒng)信息，但需要1~2個(gè)學(xué)習(xí)周期，因此速度相對較差。此外，學(xué)習(xí)控制算法有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)高級鏈接，這是模擬設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)的，學(xué)習(xí)控制也涉及穩(wěn)定性問題，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意。

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