時間：2012年6月10日 來源：網(wǎng)絡(luò) 關(guān)鍵詞：測功機(jī) 閉環(huán)控制 電機(jī)傳動

　　從電氣傳動的角度來看，交流測功機(jī)是交流傳動，即變頻器的一種特殊的應(yīng)用場合與方式。傳統(tǒng)的測功機(jī)只是動力試驗(yàn)的負(fù)載模擬和能量吸收裝置，由于設(shè)備的特殊性和應(yīng)用的單一性，因而也就習(xí)慣性的把交流測功機(jī)看作是“變頻器+電動機(jī)?！边@就如同把雷達(dá)看作是簡單的無線電接受與發(fā)射裝置一樣，是非常片面的?！　臏y功機(jī)的角度來看，交流測功機(jī)是一種新型的電力測功器。它采用交流異步電動機(jī)做加載裝置，加載電機(jī)由變頻器提供驅(qū)動電源，并精確的控制其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。此外，交流測功機(jī)同時具有驅(qū)動(電動機(jī))和制動(測功機(jī))兩種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)多種傳統(tǒng)測功機(jī)不能進(jìn)行的加載方案，如瞬態(tài)加載、加載/反拖轉(zhuǎn)換、動態(tài)堵轉(zhuǎn)和帶載啟動等。目前，AVL、SCHENCK、BURKE等國際著名的動力試驗(yàn)設(shè)備廠家都積極推廣和應(yīng)用基于交流測功機(jī)的動力試驗(yàn)系統(tǒng)，并認(rèn)為是目前和未來最好的測控方案?！　∈裁词荄TC　　DTC即直接轉(zhuǎn)矩控制(DirectTorqueContol)的英文簡寫，是一種先進(jìn)的交流異步電機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)，與磁通矢量變頻技術(shù)共同發(fā)展，廣為應(yīng)用。DTC把電機(jī)的轉(zhuǎn)矩作為控制參量，具有無與倫比的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)異的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制特性。這一點(diǎn)與動力試驗(yàn)對轉(zhuǎn)矩的要求非常一致，因此DTC變頻器成為交流測功機(jī)的首選，簡稱DTC交流測功機(jī)。DTC變頻器可以在沒有扭矩傳感器的情況下控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，其原理是依照它自己內(nèi)部DTC電機(jī)模型的計(jì)算。DTC控制的轉(zhuǎn)矩我們稱為電氣轉(zhuǎn)矩，非?？?，非常穩(wěn)，但是不準(zhǔn)，因?yàn)闆]有扭矩傳感器的反饋，不是電機(jī)和傳動軸上真實(shí)的機(jī)械扭矩。　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制，必須采取轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略?！　ID，體外循環(huán)　　提起閉環(huán)控制，我們都會想到PID。PID是一種經(jīng)典的閉環(huán)控制策略，在自動控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、伺服控制以及風(fēng)機(jī)、泵的壓力和流量控制等場合。PID有多種算法，也叫控制策略，可以由PC機(jī)、PLC或?qū)Ｓ玫腜ID模塊來實(shí)現(xiàn)。我們把這種在變頻器之外獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略稱為“體外循環(huán)”，以有別于高標(biāo)公司在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的“體內(nèi)循環(huán)”。根據(jù)我們的研究與實(shí)驗(yàn)，“體外循環(huán)”之轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略存在以下幾方面問題和缺陷，我們認(rèn)為不適合做DTC交流測功機(jī)。　　1)轉(zhuǎn)矩過沖和波動。DTC變頻器的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)時間，即加載轉(zhuǎn)矩從零階躍上升到100%額定轉(zhuǎn)矩的時間小于5ms。而從扭矩傳感器輸出信號開始信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、再到PID運(yùn)算后產(chǎn)生變頻器的轉(zhuǎn)矩調(diào)整信號，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100ms。因此，PID調(diào)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)根本無法跟上DTC，這必將出現(xiàn)加載電機(jī)在啟動和調(diào)整過程中的轉(zhuǎn)矩過沖和波動?！　?)參數(shù)整定。交流測功機(jī)之最大加載轉(zhuǎn)矩因設(shè)備用途而異，從50Nm到1000Nm，甚至更大。要從1.0Nm開始(扣除電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量)到最大轉(zhuǎn)矩之全量程范圍內(nèi)僅僅依靠P、I、D三個參數(shù)的整定來保證轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是極其困難的(我個人認(rèn)為是不可能的)。此外，PID算法和參數(shù)整定是個學(xué)術(shù)問題，對我這個理論水平不高的人來說非常頭疼，無法整定到所謂的最佳狀態(tài)?！　?)扭矩傳感器。扭矩傳感器的技術(shù)數(shù)據(jù)除了量程和測量誤差之外，還有一個非常重要的技術(shù)數(shù)據(jù)是扭矩傳感器自身的動態(tài)響應(yīng)時間。德國ETH某型號傳感器明確標(biāo)注的數(shù)據(jù)是：risetime10-90%=2ms。而我們某些國產(chǎn)傳感器廠家對此數(shù)據(jù)要么不說，要么胡說八道。因此，如果使用了動態(tài)響應(yīng)時間慢的傳感器，當(dāng)電機(jī)加載轉(zhuǎn)矩上去了，而扭矩傳感器還沒有反應(yīng)出來，如何閉環(huán)又有何意義其結(jié)果還是要產(chǎn)生過沖和波動?！　?)轉(zhuǎn)矩控制精度。測功機(jī)是原動機(jī)的負(fù)載模擬裝置，對轉(zhuǎn)矩控制精度的要求當(dāng)然是越高越好。同時，測功機(jī)是計(jì)量裝置，轉(zhuǎn)矩控制精度、非線性度和重復(fù)性等技術(shù)指標(biāo)非常重要必須。PID“體外循環(huán)”的這些數(shù)據(jù)是多少，只能是誰用誰知道?！　?)零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩。DTC變頻器可以在電機(jī)零轉(zhuǎn)速，并從零轉(zhuǎn)速開始控制加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。而其它類型的變頻器在低速(低頻)時的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性不好，更談不上閉環(huán)了?！　【C上所述，“體外循環(huán)”PID控制策略不能解決交流測功機(jī)之轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制問題，由此做出來的交流測功機(jī)確實(shí)是“變頻器+電動機(jī)”。據(jù)我們所知，很多單位就是這么干的。從技術(shù)上來說是錯誤的，而對用戶來說是極其不負(fù)責(zé)任的?！　TC+PID，體內(nèi)循環(huán)　　為了實(shí)現(xiàn)DTC變頻器的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，重慶高標(biāo)公司對此進(jìn)行了長期深入的研究與試驗(yàn)。在ABB中國傳動部的大力支持與幫助下，運(yùn)用ABB提供的開發(fā)工具，將轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制所需要的全部功能模塊(軟件模塊)，組成一種全新的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略，我們叫它DTC+PID?！　⊥瓿珊蟮目刂撇呗灾苯影惭b到變頻器的主板內(nèi)存中，與變頻器的其它功能高度集成，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了DTC控制與PID控制的完美結(jié)合。這種控制模式我們叫“體內(nèi)循環(huán)”。DTC+PID如同給變頻器增加了轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的功能。從此不再需要外部的數(shù)據(jù)采集、PID調(diào)節(jié)等模塊，也無需研究PID算法和參數(shù)如何整定等學(xué)術(shù)問題。　　DTC+PID+STP，轉(zhuǎn)矩精確控制　　復(fù)合制導(dǎo)是導(dǎo)彈的專業(yè)術(shù)語，是說采用多種制導(dǎo)手段來提高導(dǎo)彈探測、跟蹤和攻擊目標(biāo)的精度，實(shí)現(xiàn)精確打擊，減少平民傷亡。制導(dǎo)手段有雷達(dá)、激光、遠(yuǎn)紅外、CCD和GPS等?；趶?fù)合制導(dǎo)的戰(zhàn)術(shù)思想，我們在DTC+PID轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上使用了一種復(fù)合控制策略，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的精確控制。我們把這種全新的控制策略稱為DTC+PID+STP轉(zhuǎn)矩精確控制，STP是高標(biāo)公司的簡寫，意思是高標(biāo)獨(dú)創(chuàng)的控制策略。其主要特點(diǎn)是：　　n具有DTC(開環(huán))和PID(閉環(huán))兩種控制模式，動態(tài)特性完全相同，可任意轉(zhuǎn)換?！　轉(zhuǎn)矩誤差值絕對可控，與傳感器量程無關(guān)，最高控制精度0.2Nm(ETH傳感器)?！　消除了PID參數(shù)對閉環(huán)可能造成的影響，全量程范圍內(nèi)無過沖，無波動，無靜差?！　D示波形為某品牌5Nm伺服電機(jī)的階梯加載試驗(yàn)曲線。藍(lán)色線是轉(zhuǎn)矩給定，綠色線是加載轉(zhuǎn)矩(完全真實(shí)的扭矩傳感器信號輸出)，無轉(zhuǎn)速測量(紅色線)。　　提示：實(shí)現(xiàn)小扭矩閉環(huán)是考驗(yàn)閉環(huán)策略的關(guān)鍵所在。高標(biāo)的STP控制策略從1.0Nm起步，即從克服電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量開始，就完全實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的精確閉環(huán)控制?！　?center>
　　交流測功機(jī)，新的時代　　從動力試驗(yàn)的發(fā)展歷程和使用方法來看，現(xiàn)代的動力試驗(yàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等基本參數(shù)的測試，交流測功機(jī)也不僅僅只是完成單一的負(fù)載模擬和能量吸收功能。先進(jìn)的交流傳動技術(shù)促進(jìn)了交流測功機(jī)技術(shù)的成熟與發(fā)展，為現(xiàn)代動力試驗(yàn)設(shè)備提供了諸多新的解決方案和測控手段，為提高發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、汽車等動力設(shè)備和車輛的總體性能發(fā)揮了前所未有的作用，開創(chuàng)了動力試驗(yàn)新的時代?！　∥覀兪冀K認(rèn)為，交流測功機(jī)是一門技術(shù)，動力試驗(yàn)是一個專業(yè)。只有從技術(shù)的角度和專業(yè)的高度去研究和應(yīng)用交流測功機(jī)，才能做出性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的動力試驗(yàn)系統(tǒng)。