몇 가지 일반적인 직접 토크 제어 전략에서 중소 용량의 경우 제어 시나리오는 토크 및 자속 체인의 무차 비트 제어와 반송파 주파수 향상에 초점을 맞추고 있습니다. 대용량의 경우 저속 시 간접 토크 제어를 사용하여 저속 시 토크 펄스를 줄이는 것이 다릅니다.
둘. 직접 토크 제어 기술 요약
DC 모터에 비해 구조가 간단하고, 유지 관리가 편리하며, 환경 요구 사항이 낮고, 에너지를 절약하고, 생산성을 높이는 데 충분한 장점이 있어 AC 속도 조절이 공업 농업 생산, 운송, 국방 및 일상생활에 광범위하게 적용될 수 있습니다. 전력 전자 기술, 마이크로전자 기술, 제어 이론이 급속히 발전하면서 AC 속도 조절 기술도 장족의 발전을 이루었다. 고성능 AC 속도 조절 분야에서는 주로 벡터 제어와 직접 토크 제어가 있습니다. 1968 년, 다임슈타드 공업대학의 하세 박사는 현장 방향 이론을 초보적으로 제시한 후 197 1 년, 지멘스의 F 브라시크가 이 이론을 요약하고 실현했습니다.
셋째, 특징
직접 토크 제어의 경우, 일반적으로 독일 루르 대학의 M.Depenbrock 교수와 일본의 I.Takahashi 가 각각 1985 에서 처음 제기된 것으로 여겨진다. 원형 자기 체인의 직접 토크 제어의 경우 기본 사상은 모터의 순간 입력 전압을 제어하여 고정자 체인의 순간 속도를 제어함으로써 회전자에 대한 순간 회전율을 변경하여 모터 출력을 직접 제어하는 것입니다. 고정자 자기 체인의 공간 위치 및 크기를 정확하게 관찰하고 크기를 기본적으로 일정하게 유지하는 조건 하에서 부하 토크를 정확하게 계산합니다. 벡터 제어와는 달리 직접 토크 제어는 토크와 자기사슬을 직접 제어하여 전류를 간접적으로 제어하므로 복잡한 좌표 변환이 필요하지 않으므로 구조가 간단하고 토크 응답이 빠르며 매개변수에 대한 노봉이 좋다는 장점이 있습니다.
넷째, 통제
실제로 1977 A B Plunkett 는 IEEE 산업 응용 저널에 직접 토크 제어와 유사한 구조와 사상을 직접 자체인 및 토크 조정 방법을 제시한 적이 있습니다. 이 방법은 PI 를 통해 주어진 토크와 피드백 토크의 차이를 조정하여 회전 주파수를 얻고, 이를 모터 회전자의 기계 속도에 더하여 인버터가 출력해야 하는 전압 고정자 주파수를 얻습니다. 전압과 주파수의 비율은 고정자 자속 참조 값과 피드백 값의 차이를 적분하여 얻어지며, 전압은 고정자 주파수를 곱하여 인버터에서 출력해야 한다. 마지막으로 SPWM 방법을 사용하여 모터를 제어합니다.
직접 토크 제어 (DTC) 가 제기된 지 거의 20 년이 되었다. 이를 바탕으로 많은 제어 전략과 디지털 구현 방안, 자체인 관측 및 속도 식별 방법이 개발되었습니다. 이 기사에서는 분류, 분석 및 비교합니다.
동사 (verb 의 약어) 직접 토크 제어 전략
직접 토크 제어는 1 과 같이 정적 좌표계를 기반으로 합니다. 기존의 직접 토크 제어에서는 고정자 2 상 전류, DC 버스 전압 및 모터 속도 (속도 센서 DTC 에서는 속도 측정이 필요 없음) 를 감지하여 고정자 체인 관찰 및 토크 계산을 수행합니다. 이를 각각 고정자 체인 참조 및 토크 참조 값에서 빼서 차이를 해당 히스테리시스와 비교합니다. 출력 토크와 자기체인의 증감 신호는 이 두 신호를 최적화 벡터 스위치 테이블에 입력하고 고정자 자체인이 있는 섹터를 추가하여 자체인을 원형으로 만족시키고 토크 출력은 지정된 토크의 전압 벡터를 따릅니다. 자기 체인 및 토크의 히스테리시스는 폭이 변하는 다단계로 설정할 수 있습니다. 지연 폭이 작을수록 스위치 주파수가 높을수록 제어가 더 정확해집니다.
여섯째, 직접 토크 제어 방법
직접 토크 제어에는 간단한 구조, 빠른 토크 응답, 매개변수 견고성 등의 장점이 있지만, 단일 벡터, 토크 및 자기체인 고리가 있는 Bang-Bang 제어에 기반한 제어 방법으로, 스위치 주파수가 낮고, 스위치 주파수가 불안정하며, 토크 펄스가 커서 저속 영역에서 직접 토크 제어의 적용이 제한됩니다. 이에 따라 국내외 많은 학자들은 스위치 주파수를 높이고 스위치 주파수를 고정하고 토크 펄스를 줄이는 다양한 방법을 제시했다. 이 섹션에서는 하나하나 열거하고 비교한다.
일곱, 공간 벡터 변조 방법
T.G.Habetler 의 공간 벡터 변조 방법
직접 토크 제어에 무차 촬영 방법을 적용하는 것은 미국 T.G.Habetler 가 먼저 제안한 것으로, 이 샘플링 주기 동안 토크 주어진 값과 피드백 값의 차이를 얻는 것이 주된 생각이다.
공간 전압 벡터의 크기와 위상은 임의적이며 인접한 두 개의 기본 전압 벡터를 합성하여 얻을 수 있습니다. 계산된 공간 전압 벡터는 비비트 토크와 자속 체인의 목표를 달성하는 데 사용할 수 있습니다.
Habetler 의 무차 촬영 방법을 사용하면 이론적으로 자체인과 토크 오차를 완전히 0 으로 만들어 토크 펄스를 없애고 기존 DTC Bang-Bang 제어의 부족을 보완하여 모터가 매우 낮은 속도로 작동하도록 할 수 있습니다. 또한 비트 제어가 없는 공간 전압 벡터는 단일 벡터에 비해 스위치 주파수를 크게 높이고 고정할 수 있어 전압 조화와 모터 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다.
그러나 공간 전압 벡터는 샘플링 주기보다 오래 작동할 수 있습니다. 즉, 자기 체인과 토크의 무차 비트 제어는 동시에 충족될 수 없습니다. 따라서 저자는 3 단계를 제안합니다. 첫째, 토크가 데드 존 (Dead Zone) 을 만족하는지 여부, 그렇지 않은 경우 자기 체인이 데드 존 (Dead Zone) 을 만족하는지 여부, 그렇지 않은 경우 원래의 직접 토크 제어 척도에 따라 다음 주기의 단일 전압 벡터를 선택합니다. 그래서 Habetler 의 무차 촬영법에 따르면 최대 계산량은 4 단계로, 대량의 컴퓨팅 자원을 소모하여 실현하기 쉽지 않다. 또한 전체 계산 과정은 모터 매개변수에 대한 의존도가 비교적 높기 때문에 제어의 노봉성을 낮출 수 있다.
여덟, 토크 또는 자속 제어 방법
T. G. Habtler 의 무차 직접 토크 제어 방법에서는 계산량이 커서 실현하기 어렵기 때문에 일련의 단순화된 무차 직접 토크 제어가 발생하는데, 일반적인 방법은 토크 추적 예측입니다. 이 방법은 저속 토크 맥동의 상황을 분석하여 토크 맥동 톱니가 비대칭이라는 결론을 내렸다.
0 이 아닌 전압 벡터와 0 전압 벡터가 토크 변경에 미치는 영향은 다릅니다. 전자는 토크를 올리거나 내릴 수 있고, 후자는 항상 토크를 떨어뜨린다. 또한 다른 속도 범위 내에서 토크 작용의 변화율도 변화하고 있습니다. 토크 예측 제어 방법에서 전압 벡터의 위치는 공간에서 고정되어 두 개의 단일 전압 벡터 사이에 합성되지만 전압 벡터는 전체 샘플링 주기에 영향을 주지 않고 일정한 비중을 가집니다. 하나의 샘플링 주기 동안 0 이 아닌 전압 벡터와 0 전압 벡터로 나눌 수 있습니다. 다음 샘플링 주기의 0 이 아닌 전압 벡터와 0 전압 벡터 * * * 가 함께 작동하는 경우 토크 변경은 해당 기간에 계산된 토크 오차와 같습니다.
토크 오차가 제거되어 토크 무차 촬영 제어의 목적을 달성한다. 계산된 전압 벡터 동작 시간이 샘플링 주기를 초과하더라도 전체 전압 벡터로 대체할 수 있으므로 쉽게 구현할 수 있습니다. 실험 결과를 보면 토크 맥동의 톱니는 기본적으로 대칭이며 토크 맥동이 크게 줄었다는 것을 알 수 있다. 이전의 방법은 자기체인 제어가 정확하거나 변화가 느리다고 생각했고, 자기사슬의 무차 박자 제어를 고려하지 않았고, 문헌에서도 자기사슬을 예측했다.
아홉, 예측 통제
이 방법에서 자기 체인의 공간 벡터와 전압 벡터 사이의 관계는 다음과 같이 대략적으로 얻을 수 있습니다.
여기서 ψ S 는 전압 벡터의 작용으로 자체인 폭의 변화이고, θ V ψ는 공간 각도입니다. K 번째 샘플링 주기의 자기체인 오차를 ψ SO 로 설정하면 공식 (5) 에 따라 k+ 1 주기의 자기체인 오차를 0 으로 만드는 벡터 작용 시간을 얻을 수 있습니다. 토크 제어 우선 순위 원칙에 따라 토크 예측 제어에 따라 계산된 벡터 동작 시간 및 자기 체인 예측 제어에 따라 계산된 동작 시간을 종합하여 벡터 동작 시간을 얻을 수 있습니다. 자기 체인의 무차 비트 제어가 단순한 토크 무차 비트 제어보다 우수하다는 점을 고려하면 토크 맥동을 없앨 뿐만 아니라 자기체인 왜곡도 발생하지 않으며 계산량도 크지 않습니다. 위에서 언급한 토크 무차 제어 방법 외에도 문헌에서도 유사한 방법을 사용했으며, 최종 전압 벡터 계산 동작 시간은 기본적으로 동일하며 여기서는 군더더기가 없습니다. Habetler 의 무차 촬영법과 마찬가지로 예측법에도 더 많은 모터 매개변수가 필요합니다. 실시간으로 고정자 저항과 회전자 시간 상수를 온라인으로 식별할 수 있다면 제어 정확도가 크게 높아질 것이다.
X. 이산 시간 직접 토크 제어
이산식 시간 직접 토크 제어는 문헌에서 이산식 시간 방법을 사용하여 비동기 모터를 제어하는 방법에 대해 자세히 설명했습니다. 문헌에서 이 방법은 처음으로 직접 토크 제어에 적용되었다. 이 방법은 다음과 같은 내용을 기반으로 합니다. 모터의 기본 회로 모델에서 얻은 전압 방정식과 자속 방정식은 다음과 같이 이산화됩니다.
A 와 B 의 정의는 또한 토크 방정식을 이산화하고 방정식을 한 번에 하나씩 대입하며 방정식을 자기체인 크기 제곱의 표현식으로 대입합니다. 이산토크 방정식과 이산자체인 진폭 평준화 방법을 사용하면 다음 주기 공간 전압 벡터의 증분 VSx 와 VSy 를 해결할 수 있으며, 대체 하에서는 토크와 자체인 무차점 제어를 얻을 수 있는 전압 벡터를 얻을 수 있습니다. 크기는 제한되어 있습니다.
이산 시간 직접 토크 제어는 차이 방정식을 통해 k+ 1 주기 동안 달성해야 하는 토크와 자력을 파생할 수 있으므로 토크와 자체인의 무차 비트 제어를 동시에 실현할 수 있어 디지털 제어에 매우 적합합니다. 또한 이 방법은 주로 정자 측면 제어를 기반으로 하며, 필요한 모터 매개변수는 고정자 저항과 인덕턴스일 뿐이며 모터 매개변수의 변화에 더욱 견고합니다. 실험 결과를 보면 시스템의 동적 응답 성능이 비교적 좋다. 그러나 이 방법에서는 모터의 위상 전압을 감지해야 하므로 시스템 하드웨어의 복잡성이 증가하고 계산량도 커집니다.
열한, 형상 비트 제어 없음
문헌에서는 고정자 자속 방정식, 회전자 자체인 방정식 및 고정 회전자 자체인으로 표시된 토크 방정식을 이산화한 다음 처음 두 방정식을 토크 방정식으로 가져옵니다. 이산토크 방정식을 분석하여 전압 벡터를 적용하면 토크 오차가 0 이 되고 토크가 평면에서 직선이 되어 회전자 자기체인 벡터 방향과 평행이 된다는 것을 알 수 있습니다. 마찬가지로, 전압 벡터를 가하면 자기속 오차가 0 이 되고, 자기속은 평면에서 원이 되어 자기속 원과 동심임을 분석할 수 있습니다. 따라서 직선과 원의 교차점을 사용하면 토크와 자기사슬이 무차별 박자를 제어할 수 있는 전압 벡터를 얻을 수 있습니다. 물론 이 전압 벡터는 인버터가 출력할 수 있는 전압으로 제한됩니다.
기하학을 무차 비트 제어에 도입하는 것은 좋은 생각이다. 무차 비트 제어의 최적 전압 벡터를 얻을 수 있고 이론 분석에도 도움이 된다. 그러나 그래픽 방식과 디지털 제어를 결합하는 방법에는 몇 가지 어려움이 있습니다.
12, 이산 공간 벡터 변조 방법
무차 직접 토크 제어는 이론적으로 토크와 자기사슬의 오차를 없애고, Bang-Bang 제어의 부정확한 약점을 극복할 수 있지만, 많은 계산이 필요하며, 이러한 계산은 모터 매개변수와 관련이 있어 계산 오차가 발생하기 쉽다. 따라서 문헌에서 이산공간 벡터 변조 방법을 제시했는데, 이 방법은 많은 계산이 필요하지 않아 토크와 자기체인 제어의 정확도를 높일 수 있다.
이산 공간 벡터 변조 방법에서 2 레벨 인버터 출력의 6 개의 기본 전압 벡터 중 인접한 전압 벡터와 0 전압 벡터는 그림 3 과 같이 규칙적으로 합성됩니다. 인접한 단일 벡터 2, 단일 벡터 3 및 0 전압 벡터를 사용하여 합성된 공간 전압 벡터입니다. 그림 3 에서 볼 수 있듯이 합성 방법은 전체 샘플링 주기를 0 이 아닌 전압 벡터 또는 0 전압 벡터로 구성된 세 개의 세그먼트로 균등하게 나누는 것입니다. 예를 들어 공간 전압 벡터 23Z 는 벡터 2 와 벡터 3 과 제로 전압 벡터로 구성되며, 각 벡터는 1/3 샘플링 주기에 작용하므로 5 단 또는 7 단 (여기서는 설명되지 않음) 으로 합성할 수 있습니다. 이 일반적인 합성 방법으로 10 을 합성할 수 있습니다.
정확한 전압 벡터는 토크와 자기속을 더 정확하게 제어할 수 있습니다. 문헌에서 기존의 2 단계 히스테리시스 제어인 Bang-Bang 제어는 자기 체인에 사용되지만 토크가 빠른 동적 응답을 필요로 한다는 점을 감안하면 그림 4 와 같이 5 단계 히스테리시스 제어로 나뉩니다. 서로 다른 오차 밴드에서 서로 다른 전압 벡터표를 사용합니다. 또한 전압 벡터가 토크 변경에 미치는 영향은 다음과 같이 도출됩니다.
공식 ⑽ 에서 동일한 전압 벡터가 저속과 고속일 때 토크 변화에 미치는 영향이 다르다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 속도 범위마다 그림 3 과 같이 서로 다른 전압 벡터를 사용합니다. 반면 저속시에는 소폭 전압 벡터를 사용하고, 고속에서는 큰 전압 벡터를 사용하며, V/f=C 의 법칙에 부합한다. 전통적인 직접 토크 제어는 저속으로 연속적으로 더 많은 제로 전압 벡터를 사용하여 스위치 주파수가 낮고 토크 펄스가 크다. 이산 공간 벡터 변조 방식은 저속으로 인해 크기가 작은 전압 벡터를 사용하므로 연속적으로 사용되는 제로 전압 벡터가 적고 스위치 주파수가 높고 토크 펄스가 작습니다. 또한 고속 시간 전압 벡터가 많기 때문에 12 섹터로 나눌 수 있으며 두 개의 전압 게이지를 사용하여 보다 정확하게 제어할 수 있습니다.
위의 분석에서 알 수 있듯이 이산공간 벡터 변조 방법은 단순하고, 무차별적으로 많은 계산량을 제어할 필요가 없고, 기존 방청-방정 제어의 장점을 유지하기 때문에 루봉성이 뛰어나지만, 기존의 직접 토크 제어에 비해 토크와 자기체인 제어의 정확도를 높이고 저속 토크 맥동을 낮출 수 있다. 그러나 제어 정확도가 높을수록 벡터 분할이 가늘어지고 전압 벡터 제어 테이블이 클수록 제어의 복잡성이 증가합니다. 따라서 이산 공간 벡터 변조와 무차 비트 제어를 결합할 수 있다면 이러한 단점을 극복하는 데 도움이 될 것입니다.
13, 출력 공간 전압 벡터 방법
직접 토크 제어에서 임의의 단계의 공간 전압 벡터를 얻을 수 있다면 저속 시 토크 펄스를 줄여 저속 시 벡터 제어의 정상 상태 성능을 달성하는 데 도움이 됩니다. 섹션 3 의 무차 비트 컨트롤은 임의 단계의 공간 전압 벡터를 얻을 수 있지만 계산이 복잡하고 달성하기 어렵다. 임의의 위상 공간 전압 벡터를 얻는 또 다른 방법은 PI 조절기를 사용하는 것입니다. A. B. Plunkett 의 직접 토크 및 자기체인 조정법은 PI 조정법이었지만 당시에는 공간 전압 벡터의 개념이 없었고 SPWM 방법으로 모터 제어 전압을 출력했습니다. 문헌에서 제시된 직접 토크 제어는 PI 조정 방법을 사용하며 SVM 은 출력 공간 전압 벡터를 사용합니다.
토크 참조 및 토크 피드백으로 얻은 토크 오차 입력 PI 조절기, PI 조정은 Q 축 전압 벡터, 고정자 체인 참조 및 고정자 체인 피드백으로 얻은 고정자 자체인 오차 입력 PI 조절기, PI 조정은 D 축 전압 벡터를 얻습니다. 그런 다음 D 축과 Q 축 전압 벡터를 정지 좌표계의 알파 축과 베타 축으로 회전시켜 공간 전압 벡터를 출력합니다. 분명히 이 공간 전압 벡터는 공간 위치의 위상이 임의적이다. 구조적으로 PI 조정에 기반한 직접 토크 제어는 고정자 자속 방향의 벡터 제어와 비슷하지만 차이가 있습니다. 고정자 자속 방향의 벡터 제어는 동기 회전 좌표계를 기준으로 하고, 고정자 자속 체인의 D 축을 향합니다. Q 축 자력은 0 입니다. 또한 자기 체인과 Q 축 방향의 전류는 커플링되어야 하며 PI 조정에 기반한 직접 토크 제어에는 필요하지 않습니다. 이 중 토크 출력과 고정자 자체인 피드백만 PI 조정 방법을 통해 주어진 값을 추적해야 하는데, 실현은 비교적 간단하고 노봉이 좋다. 기존의 직접 토크 제어에 비해 스위치 주파수를 높이고 저속 시 토크 펄스를 줄일 수 있지만 이 방법은 적절한 PI 매개변수를 선택해야 합니다. 그렇지 않으면 제어 시스템의 동적 정적 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 위의 PI 조정에 대한 직접 토크 제어뿐만 아니라 문헌에서 AB PlunkEEET 의 직접 토크 및 자기체인 조정 방법에 대한 추가 연구가 수행되어 공간 전압 벡터의 형태로 출력되며 여기서 더 이상 군더더기를 언급하지 않습니다.