速度传感器矢量控制系统速度传感器：从几个方面了解有速度传感器矢量控制方式

有速度传感器的矢量控制方式的矢量变频器，主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器，并安装在被控电动机的轴端，而不是象闭环v/f控制安装编码器或接近开关那样随意。在很多时候，为了描述上的方便，也把有速度传感器的矢量控制方式称为闭环矢量控制或有pg反馈矢量控制，本文为了不与运行方式中的pid闭环控制相混淆，以及与无速度传感器矢量控制相对应，基本采用“有速度传感器矢量控制方式”这种称呼。
　　有速度传感器矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式，它有许多优点:
（1）可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行，因此调速范围很宽广，可达1000:1;
（2）可以对转矩实行精确控制;
（3）系统的动态响应速度甚快;
（4）电动机的加速度特性很好等优点。
　编码器pg接线与参数
　　矢量变频器与编码器pg之间的连接方式，必须与编码器pg的型号相对应。一般而言，编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口，因此选择合适的pg卡型号或者设置合理的跳线至关重要。
　　在变频器的参数组中对于编码器pg都有比较严格的定义，这些定义包括:
（1）编码器pg每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标，单位为p/r。
（2）编码器pg方向选择。如果变频器pg卡与编码器pg接线次序代表的方向，和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配，设定值应为正向，否则为反向。必须注意当方向选择错误时，变频器将无法加速到你所需要的频率，并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数可方便地调整接线方向的对应关系，而无须重新接线。
编码器pg从输入轴看时顺时针方向cw旋转时，为a相超前，另外，正转指令输出时，电动机从输出侧看时逆时针ccw旋转。然而，一般的编码器pg在电动机正转时，安装在负载侧时为a相超前，安装在与负载侧相反时b相超前。
（3） 编码器pg断线动作。如果编码器pg断线（即pgo），变频器将无法得到速度反馈值，将立即报警并输出电压被关闭，电动机自由滑行停车，在停车过程中，故障将无法复位，直到停机为止。
（4） 编码器pg断线检测时间。一般为10s以下，以确认在此时间内编码器pg的断线故障是否持续存在。
（5） 零速检测值。本参数是为了检测编码器pg断线而定义的功能，当设定频率大于零速检测值，而反馈速度小于零速检测值，并且持续时间在编码器pg断线检测时间参数以上，则变频器确认为编码器pg断线故障（pgo）成立。
（6） 编码器pg与电动机之间的齿轮齿数。本参数是为了适应编码器安装在齿轮电动机上的情况，可设定齿轮齿数。由电动机转速公式可以得出:
电动机速度（r/min）=（从编码器pg输入的脉冲数×60）×（负载侧齿轮齿数 / 电动机侧齿轮齿数）/编码器pg的每转脉冲数
（7） 检出电动机的过速度。电动机超过规定以上的转速时，检出故障。通常设定100％～120％的最大频率为检出过速度的基准值，如果在预定的时间内频率持续超出该值，则定义为电动机过速度故障（os）。如发生该故障，变频器自由停车。
  （8） 检出电动机和速度指令的速度差。我们定义电动机的实际速度和设定速度的差值为速度偏差，如果在一定的时间内其速度偏差值持续超出某一范围值（如10％时），则检出速度偏差过大（dev）。如发生该故障，变频器可以按照预先设定的故障停机方式停机。

速度传感器矢量控制系统速度传感器：无速度传感器矢量控制方式详解

　　在高性能的异步电动机矢量控制系统中，矢量变频器的转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常，采用旋转编码器等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。但是，由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷:系统的成本大大增加;精度越高的编码器价格也越贵;编码器在电动机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度;安装在电动机轴上的体积增大，而且给电动机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电动机的简单坚固的特点;在恶劣的环境下，编码器工作的精度易受环境的影响。而无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本;另一方面，使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电动机与控制器的连线。因此，无速度传感器的矢量控制方式在工程应用中变得非常必要。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹敌，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，因此需要在使用时准确地输入异步电动机的参数，并对拖动的电动机进行调谐整定，否则难以达到理想的控制效果。
　　无速度传感器矢量控制方式的基本技术指标定义如下:速度控制精度±0.5％，速度控制范围1:100，转矩控制响应

图6　无速度传感器矢量控制方式启动转矩特性
有时为了描述上的方便，也把无速度传感器的矢量控制方式称为开环矢量控制或无pg反馈矢量控制。
电动机参数的调谐整定
由于电动机磁通模型的建立必须依赖于电动机参数，因此选择无速度传感器矢量控制时，第一次运行前必须首先对电动机进行参数的调谐整定。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动调谐、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行调谐后存储在相应的参数组中，并根据调谐结果调整控制算法中的有关数值。
　　自动调谐（因在电动机旋转情况下进行，又称旋转式调谐）的步骤一般是这样的:首先在变频器参数中输入需要调谐的电动机的基本参数，包括电动机的类型（异步电动机或同步电动机）、电动机的额定功率（单位是kw）、电动机的额定电流（单位是a）、电动机的额定频率（单位是hz）、电动机的额定转速（单位r/min）;然后将电动机与机械设备分开，电动机作为单体;接着用变频器的操作面板指令操作，变频器的控制程序就会一边根据内部预先设定的运行程序自动运转，一边测定一次电压和一次电流，然后计算出电动机的各项参数。但在电动机与机械设备难以分开的场合却很不方便，此时可采用静止式调谐整定的方法，即将固定在任一相位、仅改变振幅而不产生旋转的三相交流电压施加于电动机上，电动机不旋转，由此时的电压、电流波形按电动机等值回路对各项参数进行运算，便能高精度测定控制上必需的电动机参数。在静止式调谐中，用原来方法无法测定的漏电流也能测定，控制性能进一步提高。利用静止式调谐技术，可对于机械设备组合一起的电动机自动调谐、自动测定控制上所需的各项常数，因而显著提高了通用变频器使用的方便性。
图7　异步电动机稳态等效电路
　　从图7所示的异步电动机的t型等效电路表示中可以看出，电动机除了常规的参数如电动机极数、额定功率、额定电流外，还有r1（定子电阻）、x11（定子漏感抗）、r2（转子电阻）、x21（转子漏感抗）、xm（互感抗）和i0（空载电流）。
　　从上面已经知道，参数辨识分电动机静止辨识和旋转辨识两种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算定子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中，变频器自动测量电动机的互感抗和空载电流。
速度调节器asr
图8　速度调节器简化框图
　　速度调节器asr的结构如图8所示，图8中kp为比例增益，ki为积分时间。积分时间设为0时，则无积分作用，速度环为单纯的比例调节器。由于是无速度传感器矢量控制方式，速度环的实际速度来源于变频器内部的实际计算值。
　　速度调节器asr的整定参数包括比例增益p和积分时间i，其数值大小将直接影响矢量控制的效果，其目标就是要取得动态性能良好的阶跃响应，如图9a所示。具体调节的影响情况如下:
（1）增加比例增益p，可加快系统的动态响应，但p值过大，系统容易振荡;
（2）减小积分时间i值，可加快系统的动态响应，但i值过小，系统超调就会增大，且容易产生振荡;
（3）通常先调整比例增益p值，保证系统不振荡的前提下尽量增大p值，然后调节积分时间i值使系统既有快速的响应特性又超调不大。
a）参数整定情况之一 b）参数整定情况之一c）参数整定情况之一
图9速度调节器asr阶跃响应与pi参数的关系
　　图9b是比例增益p值与速度调节器asr的阶跃响应关系，图9c是积分时间i值与速度调节器asr的阶跃响应关系。
　　一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套pi参数值（即低速pi值和高速pi值），同时设有切换频率。为了保证两套pi值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2，如图10。其控制原理是:低于切换频率1的频率动态响应pi值取a点的数值，高于切换频率2的频率动态响应pi值取b点的数值，位于切换频率1和切换频率2的频率动态响应pi值取两套pi参数的加权平均值。
　　如果pi参数设置不当，系统在快速启动到高速后，可能产生减速过电压故障（如果没有外接制动电阻或制动单元），这是由于在速度超调后的下降过程中系统再生制动状态能量回馈所致，因此合适的pi值对于系统的稳定性至关重要。

图10　pi参数与频率切换的关系
转差补偿增益和静差率
　　静差就是从一个稳定的转速过渡到另一个稳定的转速之间的差值，静差率是指电动机空载与满载的速度差，这两个参数对于电动机的控制特性都是要求比较高的。
　　由于无速度传感器的矢量控制方式对于转速的测量是间接的，一般都是通过容易测量的定子电压和电流信号间接求得转速。目前常用的方法有:
（1）利用电动机模型推导出转速方程式，从而计算转速;
（2）利用电动机模型计算转差频率，进行补偿;
（3）根据模型参考自适应控制理论，选择合适的参考模型和可调整模型，同时辨识转速和转子磁链;
（4）利用其它辨识或估计方法求得转速;
（5）利用电动机的齿谐波电势计算转速;等等。但是，无论哪一种方法，对于电动机实际运行的速度计算或辨识精度都非常有限，为了精确调整静差，确保电动机的静差率低于0.01%，就需要对转差补偿增益进行设置。
　　所谓转差补偿增益，就是用于计算转差频率，设定值100％表示额定的转矩电流对应额定的转差频率，因此设置合理的转差补偿增益系统可以精确调整速度控制的静差。其参数的设置原则是:当电动机重载时速度偏低，就应该加大该系数，反之就减小该参数

速度传感器矢量控制系统速度传感器：有速度传感器矢量控制-中国工控网.PPT

闭环运行方式 * * 载波频率自适应功能 * * 转差补偿功能 * * 下垂控制功能 * * 下垂控制功能 * * 电流限定功能 * * 控制端子的排列 控制板端子的连接   CN4端子排列如下： CN9端子排列如下 +10v AI1 AI2 AI3 GND AO1 AO2 GND  485+ 485- ? +24V PLC COM X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7/DI 控制回路端子功能（1） * * * * 控制回路端子功能（2） * * 控制回路端子功能（3） * * V6-H卓越的控制性能 V6-H硬件接口 V6-H应用功能 * * 控制方式 V/F控制：将矢量控制技术与V/F控制相结合，既有矢量控制的优异性能又对电机参数不敏感；在驱动一台以上电机，或无法获得电机参数的情况下，选用V/F控制。 无速度 传感器矢量控制：精确的无速度传感器矢量控制技术真正实现了交流电机解藕，使运行控制直流电机化；用于搞性能的速度控制场合，或实现转矩控制。 ★速度控制 0.25Hz 180％额定转矩   调速范围1：200  稳速精度：±0.2％ ★转矩控制  转矩精度±5％，转矩响应＜20ms 有速度传感器矢量控制：实现更高精度和更快反应的控制，主要用于高精度的速度控制，转矩控制，实现零位伺服控制功能。 ★速度控制  0.00Hz 180％额定转矩   调速范围1：1000  稳速精度：±0.02％ ★转矩控制   转矩精度±5％，转矩响应＜10ms  运行方式---V/F控制 开环控制：适用于大多数场合，既适合一台变频器驱动一台电机的场合，也适用于一台变频器驱动多台电机的场合。 模拟量反馈闭环控制：适用于速度控制精度要求一般的场合，反馈的模拟量可以代表温度，压力，湿度等物理量。 PG反馈闭环控制：适用于速度控制精度要求更高的场合，需要在电机或机械设备轴端安装脉冲编码器。 复合控制：开环和模拟量反馈闭环的复合控制，适用于特殊应用场合。 * * 运行方式---无速度传感器矢量控制 开环控制：适用于高性能场合，具有转速精度高、转矩精度高且无需安装脉冲编码器的优点。 模拟量反馈闭环控制：与V/F控制方式时一样，但控制精度更高。 PG反馈闭环控制：适用于速度控制精度要求更高的场合，需要在电机或机械设备轴端安装脉冲编码器。 复合控制：开环和模拟量反馈闭环的复合控制，适用于特殊应用场合。  * * 运行方式---闭环矢量控制 过程开环控制：可以提供零频较大的力矩输出，零位伺服功能，同时速度精度更高。 * * * * 运行命令给定方式 ·支持操作面板、外部端子、串行口三种灵活的控制方式 ·  运行控制方式可以通过以下方式切换完成     功能码P0.06：直接修改运行模式     外部端子：通过3个多功能端子设定为48、49 、50，即可实现运行命令通道选择0，1，2的切换。端子有无效切换到有效时，沿触发有效。 ·需要注意的是：无论变频器处于运行或停机状态，随时可以进行，但运行时切换有可能会出现停机，在切换时必须保证运行命令的有效性 * * 频率给定方式---物理通道 V系列变频器最终输出的频率是由7种基本通道经过多种运算组合后确定的。运算时涉及到主设定频率与辅助设定频率的概念。 给定的物理通道为： 1、LED键盘显示单元▲、▼（或数字电位器）给定 2、端子UP/DN给定 3、串行口给定 4、AI1模拟量给定（可以选择0—10V或0—20mA给定） 5、AI2模拟量给定（可以选择0—10V或0—20mA给定） 6、AI3模拟量给定（-10V--+10V给定） 7、端子脉冲给定（通过X7/DI端口设置频率给定） * * 频率给定方式---开环主给定方式 * * 频率给定方式---开环辅助给定方式  0：无 1：AI1  通过模拟量输入口，可以选择电流或电压输入 2：AI2  通过模拟量输入口，可以选择电压或电流输入 3：AI3  通过模拟量输入口，可以实现带运行方向的运行频率的设定。 4：AI4  通过脉冲输入口，实现脉冲频率的设定 * * 频率给定方式---开环主辅给定的运算关系   * * 频率给定方式---模拟量闭环给定 * * 频率给定方式---复合给定 频率给定方式---模拟量给定曲线 * * 频率给定方式---模拟量的对应关系 * * 频率给定方式---模拟量的对应关系 * * 频率给定方式---模拟量的对应关系 * * 频率给定方式---模拟量的对应关系 * * 模拟量通道功能选择 * * 模拟量通道滤波 * * 模拟量通道其他功能 * * * * 按键功能---多功能键 * * V/F曲线 V/F曲线    6种特性曲线   0: 直线   1：用户自定义曲线   2：降转矩特性曲线(1.2次幂)   3：降转矩特性曲线(1.4次

速度传感器矢量控制系统速度传感器：有速度传感器矢量控制方式.pdf

有速度传感器矢量控制方式基本概念有速度传感器的矢量控制方式主要用于高精度的速度控制转矩控制简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器并安装在被控电动机的轴端而不是象闭环控制安装编码器或接近开关那样随意在很多时候为了描述上的方便也把有速度传感器的矢量控制方式称为闭环矢量控制或有反馈矢量控制本文为了不与运行方式中的闭环控制相混淆以及与无速度传感器矢量控制相对应基本采用有速度传感器矢量控制方式这种称呼有速度传感器矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式它有许