Quid est Controllo Orientato al Campo?
Definitio Controllo Orientato al Campo
Controllo orientato al campo est ars subtilis quae motus inductionis AC gubernat per torque et fluxum magneticum independenter controllando, similiter ut in motoribus DC.
Principium Operativum Controllo Orientato al Campo
Controllo orientato al campo constat ex currentibus statoris vector representante. Hoc controllo fundatur in projectionibus quae systema triphasica temporis et velocitatis dependentem convertunt in systema bicoordinatum (d et q frame) tempore invariantem.
Hae transformationes et projectiones ducunt ad structuram similem illi machinae DC control. Machinae FOC duos constantes tanquam referentias input indigent: componentem torque (allineatam cum q coordinate) et componentem flux (allineatam cum d coordinate).
Tensiones, currentes et fluxus triphasici motorum AC possunt analysari in terminis vectorum spatiotemporalium complexorum. Si ia, ib, ic sumantur ut currentes instantanei in phasibus statoris, tunc vector currentis statoris sic definitur:
Ubi, (a, b, c) sunt axes systematis triphasici.Vector huius spatii currentis repraesentat systema sinusoidale triphasicum. Convertendum est in systema bicoordinatum tempore invariantem. Haec transformatio dividitur in duos passus:
(a, b, c) → (α, β) (transformatio Clarke), quae dat output duo coordinata systematis variantis tempore.
(α, β) → (d, q) (transformatio Park), quae dat output duo coordinata systematis invariantis tempore.
(a, b, c) → (α, β) Projectio (Transformatio Clarke)Quantitates triphasicae sive tensiones sive currentes, variantes in tempore secundum axes a, b, et c mathematica transformari possunt in tensiones vel currentes biphasicos, variantes in tempore secundum axes α et β per sequentem matricem transformationis:
Assumendo axis a et axis α esse in eadem directione et β orthogonali ad eos, habemus diagramma vectoriale sequens:
Haec projectio systema triphasicum in systema biphasicum (α, β) orthogonale duarum dimensionum mutat ut infra statutum est:
Sed hae biphasicae (α, β) currentes adhuc dependunt a tempore et velocitate.(α, β) → (d.q) projectio (transformatio Park)Hoc est maxima transformatio in FOC. Enim, haec projectio mutat systema biphasicum fixum orthogonale (α, β) in systema reference rotatorium d, q. Matricem transformationis subter datam est:
Ubi, θ est angulus inter systema coordinate rotatorium et fixum.
Si axis d allineatur cum fluxu rotoris, Figura 2 monstrat relationem inter duos systemata reference pro vectore currentis:
Ubi, θ est positio fluxus rotoris. Componentes torque et fluxus vectoris currentis determinantur per sequentes aequationes:
Hae componentes dependent a componentibus vectoris (α, β) et a positione fluxus rotoris. Si accuratam positionem fluxus rotoris cognoscitis, tum, per supra aequationem, componentes d, q facile calculari possunt. In hoc momento, torque directe controlari potest quia componentes flux (isd) et torque (isq) nunc independenter sunt.
Modulus Basicus pro Controllo Orientato al Campo
Currentes phase statoris mensurantur. Hi currentes mensurati traduntur in blocum transformationis Clarke. Output huius projectionis nominantur isα et isβ. Hi duo componentes currentis ingrediuntur in blocum transformationis Park quod praebet currentem in systema reference d, q.
Componentes isd et isq comparantur cum referentiis: isdref (referentia flux) et isqref (referentia torque). In hoc momento, structura control habet advantagium: uti potest ad controlandam sive machinas synchronas sive inductionis simpliciter mutando referentiam flux et sequendo positionem flux rotoris. In casu PMSM flux rotoris est fixus determinatus a magnetis ita ut non opus sit creare unum.
Itaque, dum PMSM controlatur, isdref debet esse aequalis zero. Quia motoribus inductionis opus est creatione flux rotoris ut operentur, referentia flux non debet esse aequalis zero. Hoc facile eliminat unum ex majoribus defectibus "classicae" structurae control: portabilitatem ab asynchronis ad synchronos drives.
Output controllerum PI sunt Vsdref et Vsqref. Hi applicantur ad blocum transformationis Park inversae. Output huius projectionis sunt Vsαref et Vsβref qui traduntur in algorithmum blocus modulationis pulsus latitudinis vectoris spatiotemporalis (SVPWM). Output huius bloci praebent signa quae inverter dirigunt. Hic et transformationes Park et inversae Park indigent positione flux rotoris. Itaque positio flux rotoris essentia FOC est.
Evaluatio positionis flux rotoris diversa est si consideramus motor syncronum vel inductionem.In casu motorum synchromorum, velocitas rotoris aequalis est velocitati flux rotoris. Tum positio flux rotoris directe determinatur per sensor positionis vel per integrationem velocitatis rotoris.
In casu motorum asynchronorum, velocitas rotoris non aequalis est velocitati flux rotoris propter slip; ergo methodus particularis ad evaluandum positionem flux rotoris (θ) utitur. Hoc methodus modello currentis utitur, quod duas aequationes modello motoris inductionis in systema reference rotatorio d,q indiget.
Diagramma Bloci Simplificatum pro Controllo Indirecto Orientato al Campo
Classificatio Controllo Orientato al Campo
FOC pro drive inductionis motoris latius classificari potest in duos typus: schemata IFOC et DFOC. In strategia DFOC vector flux rotoris aut mensuratur per sensor flux montatus in air-gap aut per aequationes voltage incipientes a parametri machine electrica.
Sed in casu IFOC vector flux rotoris estimatur per aequationes controllo orientato al campo (modello currentis) requirente mensurationem velocitatis rotoris. Inter utrumque schema, IFOC plus commode usus est quia in modo clauso facile operari potest per omnem rangum velocitatis ab velocitate zero ad altam velocitatem de-saturans.
Advantages Controllo Orientato al Campo
Melior responsus torque.
Control torque ad frequentiis et velocitatibus parvis.
Accuratia velocitatis dynamica.
Reductio magnitudinis motoris, costi et consumptio energiae.
Operatio quadriquadrantis.
Capacitas oneris brevis temporis.
