Поле-ориентиран контрол

AC индуктивни мотори нудат завидни оперативни карактеристики како робустност, надежност и лесна контрола. Тие се широко користат во различни применувања, од индустриски системи за контрола на движење до домашни апарати. Меѓутоа, користата на индуктивни мотори со највисока ефикасност е предизвик бидејќи на сложен математички модел и нелинеарна карактеристика при наситување. Овие фактори го прават контролот на индуктивниот мотор тешок и бараат користење на високо перформансни алгоритми за контрола како што е векторска контрола.

Увод во контрола ориентирана кон полето

Скаларната контрола како „V/Hz“ стратегија има своите ограничувања во функционирање. Скаларната метода за контрола на индуктивни мотори генерира осцилации на производен момент. Затоа, за да се постигне подобро динамичко функционирање, потребен е повисок контролен схема за индуктивниот мотор. Со математичките можности на микроконтролерите, цифровите процесори за сигнал и FGPA, можат да се имплементираат напредни контролни стратегии за декуплање на генерирањето на момент и магнетизацијата во AC индуктивен мотор. Овој декуплиран момент и магнетно поточие обично се нарекува ротор Контрола ориентирана кон полето (FOC).

Контрола ориентирана кон полето опишува начинот на кој контролата на момент и брзина се базира директно на електромагнетната состојба на моторот, слично на DC мотор. FOC е првата технологија за контрола на „реалните“ променливи за контрола на моторот: момент и поточие. Со декуплање помеѓу статор токови (магнетизација и момент), компонентата на моментот на статорското поточие може да се контролира независно. Декуплирана контрола, при ниски брзини, состојбата на магнетизација на моторот може да се одржува на соодветно ниво, а моментот може да се контролира за регулирање на брзината.
„FOC е развиена само за високоперформансни моторски применувања кои можат да работат гладко во широк диапазон на брзини, можат да произведат пун момент на нултата брзина и способни се на брзо забрзување и забавување.“

Принцип на работа на контрола ориентирана кон полето

Контрола ориентирана кон полето се состои од контрола на статорски токови претставени како вектор. Оваа контрола е базирана на проекции кои трансформираат трофеас временно и зависно од брзината систем во две координатни (d и q рамнина) временски инваријантни систем. Овие трансформации и проекции доведуваат до структура слична на контролата на DC машината. Машините со FOC требаат два константи како влезни референци: компонентата на момент (подеднакви со q координата) и компонентата на поточие (подеднакви со d координата).
Трифеасните напони, токови и поточија на AC моторите можат да се анализираат во термини на комплексни просторни вектори. Ако земеме ia, ib, ic како моментални токови во фазите на статорот, тогаш статорскиот ток вектор е дефиниран како следно:

Каде, (a, b, c) се оси на трофеасен систем.

Овој ток просторен вектор претставува трифеасен синусоиден систем. Треба да се трансформира во две временски инваријантни координатни системи. Оваа трансформација може да се подели на две чекори:
(a, b, c) → (α, β) (Кларк трансформација), која дава излезните на две координатни временски варијабилни систем.
(a, β) → (d, q) (Парк трансформација), која дава излезните на две координатни временски инваријантни систем.
(a, b, c) → (α, β) Проекција (Кларк трансформација)
Трофеасните количини, или напони или токови, кои варираат во време по оси a, b и c, математички можат да се трансформираат во двофеасни напони или токови, кои варираат во време по оси α и β со следната трансформациона матрица:

Под претпоставка дека оската a и оската α се во иста насока и β е ортогонална на нив, имаме следната векторска дијаграма:

Оваа проекција модификува трофеасниот систем во (α, β) дводимензионален ортогонален систем како што е дадено подолу:

Меѓутоа, овие две фази (α, β) токови уште зависат од времето и брзината.
(α, β) → (d.q) проекција (Парк трансформација)
Ова е најважната трансформација во FOC. Фактички, оваа проекција модификува двофазен фикснирани ортогонален систем (α, β) во d, q ротирачна референтна рамнина. Трансформационата матрица е дадена подолу:

Каде, θ е аголот помеѓу ротирачниот и фикснираниот координатен систем.
Ако се земе d оса подеднаква со роторското поточие, Слика 2 покажува одношението помеѓу двата референтни рамнини за ток вектор:

Каде, θ е позицијата на роторското поточие. Компонентите на момент и поточие на ток вектор се определуваат со следните равенки:

Овие компоненти зависат од векторот (α, β) компоненти и од позицијата на роторското поточие. Ако знаете точната позиција на роторското поточие, тогаш, со горната равенка, d, q компонентите можат лесно да се пресметаат. На овој момент, моментот може да се контролира директно затоа што компонентата на поточие (isd) и компонентата на момент (isq) сега се независни.

Основен модул за контрола ориентирана кон полето

Статорските фазни токови се мереат. Овие мерени токови се внесуваат во блокот за Кларк трансформација. Излезните од оваа проекција се нарекуваат isα и isβ. Овие две компоненти на токот влегуваат во Парк трансформација блокот кој дава ток во d, q референтна рамнина. isd и isq компонентите се споредуваат со референтите: isdref (референтата за поточие) и isqref (референтата за момент). На овој момент, структурата на контролата има предност: може да се користи за контрола на синхронни или индуктивни машини со просто менување на референтата за поточие и следење на позицијата на роторското поточие. Во случај на PMSM, роторското поточие е фиксно определено од магнетите, така што нема потреба да се создаде едно. Затоа, кога се контролира PMSM, isdref треба да биде еднакво на нула. Бидејќи индуктивните мотори