无速度反馈矢量控制变频调速系统
刘 锋（浙江大学杭州310027）
魏 青（济南市自来水公司）
摘 要 介绍了一种全数字化高性能通用变频调速系统，该系统以无速度传感器矢量控制技术作为理论基础，以单片微机80c196kc和dsp tms320c2s作为控制核心，采用ipm智能功率模块作为功率元件组成交一直一交电压型逆变主回路。测试结果表明，系统具有优良的动、静态性能。
叙 词 变频器矢量控制微机控制
1 引 言
通常，矢量控制系统中速度传感器（一般采用光电码盘）是必不可少的，但由于成本、可靠性和工作环境等原因，有些情况无法安装。无速度反馈矢量控制通用变频器，不需任何速度检测器件，在保持常规变频器灵活方便、可靠等优点的前提下，无需增加过多的硬件成本，但性能接近矢量控制，能克服以往变频调速系统中存在的缺点，为国际上高性能通用变频器的潮流，也是当前交流传动研究起点之一。
通用变频调速器一般采用恒压／频比的开环控制，难以获得良好的调速特性，如在低频区力矩不足，负载时速度变动大，动态性能欠佳，应用场合受到限制。我们茌给山东某单位调试- pvc生产线时就遇到这些问题。为解决问题，我们决定开发无速度反馈矢量控制型通用变频器应用于这一生产线的调速系统。该系统采用的是转子磁通定向矢量控制方向，从定子电流中推断出电机转速形成同步旋转信号和进行转速反馈，即由软件构成转速推算器。主电路采用通用的交一直一交逆变器结构，功率器件为智能功率模块ipm，控制核心为inte180c196kc单片微机和tms320c25信号处理器，双机的并行通讯工作通过双口ram实现。测试结果表明，该系统具有控制精度高、调速范围宽、响应速度快等特点。
2 无速度传感器矢量控制原理
交流电机的矢量控制是通过坐标变换将定子电流分解为转矩电流和励磁电流分量，并分别进行控制，再经过反变换控制达到像直流机一样的控制方式和性能。实现矢量控制的关键就是求取坐标变换所需的磁场定向。
2-1转子磁链定向的矢量控制原理
本系统采用的是转子磁链定向磁链开环矢量控制方案[2]。在磁场定向矢量控制中，当参考坐标系d-q轴放在同步旋转磁场中时，三相交流异步电动
机的动态数学模型可由以下方程表示：
将参考坐标系的矗轴放在转子磁链方向上，采取转子磁链定向，并采用转子磁链开环控制，即当转子磁链为常数.为o时方程(1)可简化为：
由此得到无速度反馈矢量控制原理图（图1a部分）。
2.2转速推算器
图1的b部分就是转速推算器的推算过程简图。首先用霍尔电流传感器和高速高精度ald芯片检测定子电流，再经三相／两相坐标变换将其转换成电机的d-q轴电流，经补偿电路进行补偿运算以减轻d轴电流变化对电流解耦造成的影响）作用后，求出值，经转速推算器便可求出电机的转速。转速推算器的具体工作原理如下：
由式(2)中的异步电动机的转矩公式知：
又由矢量控制下的电机转矩一转速(t-n)特性曲线而知：
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