Chiến lược điều khiển động cơ AC servo
Mô hình động cơ AC servo được đại diện bởi động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là một hệ thống phi tuyến thay đổi mạnh mẽ, thay đổi theo thời gian. Chiến lược điều khiển rất phức tạp, do đó hiệu suất của hệ thống servo AC có liên quan trực tiếp đến chiến lược điều khiển mà nó áp dụng. Chiến lược kiểm soát tuyệt vời không chỉ có thể bù đắp cho việc thiếu thiết kế phần cứng, mà còn cải thiện hơn nữa hiệu suất của hệ thống. Chiến lược điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong AC servo. Các yêu cầu của chiến lược điều khiển của hệ thống servo AC hiệu suất cao có thể được tóm tắt như sau: không chỉ hệ thống có phản ứng động nhanh và độ chính xác động và tĩnh cao, mà cả hệ thống không nhạy cảm với các thay đổi và nhiễu của tham số.
Chiến lược điều khiển của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đại diện có chiến lược điều khiển truyền thống được biểu thị bằng điều khiển tỷ số điện áp không đổi vòng hở tốc độ (u / f = hằng số), điều khiển pid cổ điển, điều khiển hướng trường (điều khiển véc tơ) và mô-men xoắn trực tiếp . Điều khiển, điều khiển cấu trúc biến chế độ trượt, điều khiển thích ứng, lý thuyết tuyến tính hóa phản hồi phi tuyến, v.v ... đại diện cho các chiến lược điều khiển hiện đại và điều khiển thông minh được thể hiện bằng điều khiển mờ và điều khiển mạng thần kinh.
Chiến lược điều khiển truyền thống
(1) Điều khiển tỷ lệ điện áp không đổi
Điều khiển tỷ số tần số điện áp không đổi với bù điện áp stator đảm bảo rằng thông lượng khe hở không khí của động cơ đồng bộ là không đổi, và tần số điều chỉnh được đưa ra để thay đổi đồng bộ tốc độ quay của động cơ. Chiến lược điều khiển này là điều khiển vòng hở, chỉ điều khiển thông lượng khe hở không khí của động cơ, không thể điều chỉnh mô-men xoắn và dễ gặp phải các vấn đề như dao động của rô-to và ngoài bước. Đồng thời, do điều khiển tỷ số tần số điện áp không đổi dựa trên mô hình trạng thái ổn định của động cơ, hiệu suất điều khiển động của nó không cao và không phù hợp cho các trường hợp điều khiển điều khiển servo với yêu cầu hiệu suất cao.
Để đạt được hiệu suất động tốt, nó phải dựa trên mô hình toán học động của động cơ. Mô hình toán học động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu AC là một hệ thống đa biến, kết hợp mạnh mẽ, thay đổi theo thời gian. Để có được hiệu suất điều khiển tốt, cần phải điều khiển tách rời vận tốc góc và dòng điện, đó là công nghệ điều khiển véc tơ.
(2) Kiểm soát pid cổ điển
Bộ điều khiển pid sử dụng các hàm tỷ lệ, tích phân và vi phân để tính toán lỗi điều khiển để điều khiển đối tượng được điều khiển. Bộ điều khiển pid hiện là bộ điều chỉnh được sử dụng rộng rãi nhất. Nó có những ưu điểm của cấu trúc đơn giản, ổn định tốt, vận hành đáng tin cậy và điều chỉnh thuận tiện. Nó luôn là một trong những công nghệ chính của điều khiển công nghiệp và có thể đáp ứng hầu hết các ứng dụng điều khiển servo.
Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề trong chế độ điều khiển pid ba vòng của động cơ đồng bộ AC servo cổ điển. Ví dụ, việc điều chỉnh các tham số bộ điều chỉnh là cồng kềnh và sai số lớn, và sự phụ thuộc vào mô hình hệ thống và các tham số là mạnh. Trong một số ứng dụng có độ chính xác cao, rất khó đáp ứng yêu cầu hệ thống.
(3) Điều khiển hướng từ trường (id = 0)
Điều khiển vectơ được xây dựng trên mô hình toán học chính xác của đối tượng được điều khiển, do đó điều khiển động cơ xoay chiều được điều khiển bởi điều khiển trạng thái ổn định vĩ mô bên ngoài đến điều khiển nhất thời của quá trình điện từ bên trong động cơ. Điều khiển vectơ biến đổi biến phi tuyến của khớp nối phức tạp bên trong động cơ AC thành biến DC (dòng điện, liên kết từ thông, điện áp, v.v.) có hệ tọa độ tương đối đứng yên thông qua chuyển đổi tọa độ, nhận ra điều khiển tách rời gần đúng và tìm ra ràng buộc điều kiện để có được một chiến lược điều khiển tối ưu của mục tiêu, điều khiển id = 0 là một chiến lược điều khiển cụ thể của điều khiển vectơ. Việc tách dòng điện trục động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được thực hiện trong hệ tọa độ rôto. Do sự tồn tại của vòng kín kép id và iq, động cơ được chế tạo. Dòng iq tự động tuân theo tham chiếu mô-men xoắn hệ thống (te = ktiq, kt là hệ số mô-men xoắn động cơ) để thực hiện điều khiển mô-men xoắn điện từ của động cơ. Chiến lược điều khiển này cho phép hệ thống động cơ có tuyến tính mô-men xoắn đầu ra tốt hơn và mô-men tuyến tính tối đa. Đồng thời, vì tất cả các dòng điện được sử dụng để tạo ra mô-men điện từ, khả năng quá tải động cơ có thể được sử dụng đầy đủ để cải thiện tốc độ khởi động và phanh của động cơ, và động cơ có hiệu suất khởi động và phanh tuyệt vời.
Công nghệ điều khiển véc tơ đã trải qua hơn 20 năm nghiên cứu và hoàn thiện, và hiệu suất của nó trong hệ thống kiểm soát tốc độ là tuyệt vời. Dù ở tốc độ thấp (chế độ điều khiển mô-men xoắn không đổi) hay tốc độ cao (chế độ điều khiển công suất không đổi), các đặc tính chống nhiễu của nó Cả đặc tính phanh và đặc tính tốc độ ổn định đều đáp ứng hoặc vượt quá hệ thống điều khiển tốc độ DC. Tuy nhiên, mô hình điều khiển vector và thuật toán phức tạp hơn. Cần thực hiện chuyển đổi tọa độ khi thực hiện. Rất khó để đảm bảo tách rời hoàn toàn điện áp và dòng điện của hệ thống động cơ theo trục trực tiếp và giao nhau, điều này sẽ ảnh hưởng đến động lực và hiệu quả của hệ thống động cơ.
