Controllo Orientato al Campo

Motrices inductionis AC praebent desiderabilia characteristica operationis, sicut robustitas, fides et facilitas controlis. Usus earum extensissime in variis applicationibus, ab systematis motus controlis industrialibus ad domestica apparata. Tamen, usus motorum inductionis ad summam efficientiam est ardua res propter eorum complexum mathematicum modello et characteristicam non linearem in saturatione. Haec faciunt controlis motoris inductionis difficilem et postulant usum algorithmorum controlis altae performance, sicut vector control.

Introductio Controlis Oriented Field

Controlis scalaris, sicut strategia “V/Hz”, habet limites in performance. Methodus controlis scalaris pro motoribus inductionis generat oscillationes in torque producta. Proinde, ut melius dynamicam performance obtineatur, superior schema controlis necessarium est pro motoribus inductionis. Cum potentia mathematica processus offerta per microcontrollers, digital signal processors et FGPA, potest implementari strategy controlis advanced decoupling generationis torque et functionis magnetizationis in motore inductionis AC. Hoc decoupled torque et magnetization flux communiter dicitur rotor Flux Oriented Control (FOC).

Field Oriented Control describit modum quo controlis torque et velocitatis directe basantur in stato electromagnetic motoris, similiter ac motor DC. FOC est prima technologia controlis “real” motoris control variables torque et flux. Cum decoupling inter stator current componentes (magnetizing flux et torque), torque producens componentes stator flux potest independenter controlari. Decoupled control, ad bassas velocitates, status magnetizationis motoris potest servari ad proprium gradum, et torque potest controlari ut regulare velocitatem.
“FOC solus est elaboratus pro applicationibus motoris altae performance quae possunt operari leniter in lato gradu velocitatum, possunt producere plenum torque ad celeritatem nullam, et sunt capaces accelerationis et decelerationis celeris.”

Principium Operativum Controlis Oriented Field

Controlis oriented field consistit in controlis stator currentes representatis per vectorem. Hoc controlis basatur in projectionibus quae transformant systema triphasicum temporis et velocitatis dependentem in systema duarum coordinatarum (d et q frame) tempore invariabilium. Haec transformationes et projectiones ducunt ad structuram similem controlis machinae DC. Machinae FOC necessitant duas constantes ut reference: componentem torque (alignatam cum q coordinate) et componentem flux (alignatam cum d coordinate).
Voltages, currentes et fluxes motorum AC possunt analyzari in terminis vectorum spatii complexi. Si sumimus ia, ib, ic ut instantaneos currentes in stator phases, tunc stator current vector definitur ut sequitur:

Ubi, (a, b, c) sunt axes systematis triphasici.

Hoc current space vector repraesentat systema triphasicum sinusoidale. Necessario est transformari in systema duarum coordinatarum tempore invariabilium. Haec transformatio dividitur in duos passus:
(a, b, c) → (α, β) (transformatio Clarke), quae dat output duarum coordinatarum temporis variantium systematis.
(a, β) → (d, q) (transformatio Park), quae dat output duarum coordinatarum temporis invariabilium systematis.
Translatio (a, b, c) → (α, β) (transformatio Clarke)
Quantitates triphasicae, sive voltages sive currentes, variantes in tempore secundum axes a, b, et c possunt mathematica transformari in voltages sive currentes biphasicas, variantes in tempore secundum axes α et β per sequentem matricem transformationis:

Assumendo axe a et axe α esse in eadem directione et β orthogonal ad eas, habemus sequentem diagramma vectoris:

Haec projectio modificat systema triphasicum in (α, β) systema biphasicum orthogonal ut statim subter:

Sed hae duae phase (α, β) currentes adhuc dependunt a tempore et velocitate.
Projectio (α, β) → (d.q) (transformatio Park)
Hoc est maximus importantia transformationis in FOC. Enim, haec projectio modificat systema biphasicum fixum orthogonale (α, β) in d, q systema rotans. Matricem transformationis subter datur:

Ubi, θ est angulus inter systema rotans et fixum.
Si consideras axis d alignatum cum flux rotor, Figura 2 monstrat relationem ex duobus reference frames pro current vector:

Ubi, θ est positio flux rotor. Componentes torque et flux current vector determinantur per sequentes aequationes:

Hae componentes dependent a current vector (α, β) componentibus et a positione flux rotor. Si scis accuratam positionem flux rotor, tunc per superiore aequatione, d, q componentes facile calculari possunt. In hoc instanti, torque directe controlari potest quia flux component (isd) et torque component (isq) independentes nunc sunt.

Modulus Basicus pro Controlis Oriented Field

Currentes stator phasorum mensurantur. Hi mensurati currentes pelluntur in blocum transformationis Clarke. Output huius projectionis sunt nominati isα et isβ. Haec duo componentes currentis ingrediuntur in blocum transformationis Park quod praebet current in d, q reference frame. Isd et isq componentes contrastantur cum referentiis: isdref (referentia flux) et isqref (referentia torque). In hoc instanti, structura controlis habet advantage: uti potest ad controlandum sive machinas synchronas sive inductionis simpliciter mutando referentiam flux et trackin