西门子变频器常用的控制方式和方法

　　西门子变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，作为变频调速系统的核心，变频器控制方式的性能越来越成为速度控制性能的决定性因素，制造除外变频器本身的过程。 什么样的控制方式用于变频器也是非常重要的。基于工业现实，本文回顾了近年来各种变频器控制方法的特点，并展望了未来的发展方向。

　1、变频器的基本结构

　　变频器是将频率电源转换成各种频率的交流电源以实现电动机的变速操作的装置，其中控制电路完成对主电路的控制，并且整流电路将交流电转换为直流电，直流电的中间电路使整流电路的输出平滑，逆变电路将直流电转换为交流电，对于需要大量计算的诸如矢量控制变频器的变频器，有时需要用于扭矩计算的CPU和一些相应的电路。

　2、变频器的分类

　　变频器有各种分类方法。根据主电路工作模式，它们可分为电压型变频器和电流型变频器，根据开关模式分类，它们可分为PAM控制变频器，PWM控制变频器和高载波频率。 PWM控制变频器;根据工作原理，可分为V/f控制变频器，转差频率控制变频器和矢量控制变频器;根据用途分类，可分为通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，单相变频器和三相变频器。
 

　3、变频器的常用控制方法

　3.1非智能控制方法

        交流变频器中使用的非智能控制方法包括V/f协调控制，滑差频率控制，矢量控制和直接转矩控制。

　　(1)V/f控制 V/f控制是为了获得理想的转矩 - 速度特性，基于改变电源频率来调节速度的想法，同时保证电机的磁通量不变。通用变频器基本上采用这种方式，V/f控制变频器结构非常简单，但变频器采用开环控制方式，不能实现高控制性能。此外，在低频时，必须执行转矩补偿以改变低频转矩特性。

　　(2)滑差频率控制 滑差频率控制是一种直接控制扭矩的控制方法。它基于V/f控制，并且已知与异步电动机的实际速度对应的电源频率，并且根据期望的转矩调节变频器。通过输出频率，电动机可以具有相应的输出转矩。这种控制方法需要在控制系统中安装速度传感器，有时需要电流反馈来控制频率和电流。因此，这是一种闭环控制模式，它可以使变频器具有良好的稳定性和快速的加减速和负载变化具有良好的响应特性。

　　(3)矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电机定子电流的大小和相位，分别控制d，q，0坐标轴系统中电机的励磁电流和转矩电流，从而达到目的。控制电机扭矩。通过控制每个矢量的序列和时间以及零矢量的动作时间，可以形成各种PWM波以实现各种控制目的。例如，形成具有最少切换次数的PWM波以减少切换损耗。目前，实际应用于变频器的矢量控制方法主要包括两种基于滑差频率控制的矢量控制方法和无速度传感器的矢量控制方法。 基于滑差频率的矢量控制方法与滑差频率控制方法的稳态特性一致，但基于滑差频率的矢量控制也通过坐标变换控制电机定子电流的相位，以满足一定的条件。消除扭矩电流转换过程中的波动。

       因此，与滑差频率控制方法相比，基于滑差频率的矢量控制方法可以在输出特性方面得到极大改善。然而，该控制方法是闭环控制方法，并且速度传感器需要安装在电动机上，因此应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制分别通过坐标变换处理控制励磁电流和转矩电流，然后通过控制电机定子绕组上的电压和电流来控制励磁电流和转矩电流，以识别励磁电流和转矩当前。该控制方式速度范围宽，启动转矩大，运行可靠，操作方便，但计算复杂，一般需要专用的计算处理器。

　　(4)直接转矩控制 直接转矩控制采用空间矢量坐标的概念，分析定子坐标系中交流电机的数学模型，控制电机的磁链和转矩，通过检测定子电阻检测定子磁链，从而消除了需要对于矢量控制等复杂变换计算，系统直观简洁，与矢量控制方法相比，计算速度和精度得到提高。

　　(5)最优控制 最优控制在实际中的应用根据需要而变化，并且可以根据最优控制理论针对特定控制要求优化各个参数，例如，在高压变频器的控制应用中，成功地采用了两种时间分段控制和相移控制策略，以在一定条件下实现最佳电压波形。

　　(6)其他非智能控制方法 在实际应用中，在变频器的控制中实现了一些非智能控制方法，如自适应控制，滑模变结构控制，差频控制，循环电流控制，频率控制等。

　 3.2、智能控制方法

　　智能控制方法主要包括神经网络控制，模糊控制，专家系统和学习控制，在变频器的控制中使用智能控制在特定应用中具有一些成功的例子。

　　(1)神经网络控制

　　神经网络控制方法应用于变频器的控制，一般是进行相对复杂的系统控制。目前，人们对该系统的模型了解甚少。因此，神经网络必须完成系统识别和控制的功能。而且，神经网络控制模式可以同时控制多个变频器，因此更适合控制多个变频器的级联。然而，太多的神经网络层或太复杂的算法将在特定应用中带来许多实际困难。

　　(2)模糊控制

　　模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，控制电机的加速时间，避免过快的速度对电机使用寿命的影响，慢速增加影响工作效率，模糊控制的关键在于域，隶属度和模糊层次的划分，该控制方法特别适用于多输入和单输出plc控制系统。

　　(3)专家系统

　　专家系统是一种利用所谓“专家”经验的控制方法。因此，在专家系统中，通常建立专家数据库来存储某些专家信息，并且还存在促进信息寻求理想控制结果的推理机制。专家数据库的设计和推理机制尤为重要，这与专家系统控制的优缺点有关，应用专家系统可以控制变频器的电压及其电流。

　　(4)学习控制

　　学习控制主要用于重复输入，而常规PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这种条件，因此学习控制也可用于控制变频器，学习控制不需要知道太多系统信息，但需要1~2个学习周期，因此速度相对较差。此外，学习控制算法有时需要实现高级链接，这是模拟设备无法实现的，学习控制也涉及稳定性问题，在应用时应特别注意。

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