速度傳感器矢量控制系統(tǒng)速度傳感器：從幾個方面了解有速度傳感器矢量控制方式
有速度傳感器的矢量控制方式的矢量變頻器，主要用于高精度的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴(yán)格的使用場合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器，并安裝在被控電動機(jī)的軸端，而不是象閉環(huán)v/f控制安裝編碼器或接近開關(guān)那樣隨意。在很多時候，為了描述上的方便，也把有速度傳感器的矢量控制方式稱為閉環(huán)矢量控制或有pg反饋矢量控制，本文為了不與運(yùn)行方式中的pid閉環(huán)控制相混淆，以及與無速度傳感器矢量控制相對應(yīng)，基本采用“有速度傳感器矢量控制方式”這種稱呼。
有速度傳感器矢量控制方式的變頻調(diào)速是一種理想的控制方式，它有許多優(yōu)點(diǎn):
（1）可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即使低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)1000:1;
（2）可以對轉(zhuǎn)矩實行精確控制;
（3）系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度甚快;
（4）電動機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)。
編碼器pg接線與參數(shù)
矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號相對應(yīng)。一般而言，編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號或者設(shè)置合理的跳線至關(guān)重要。
在變頻器的參數(shù)組中對于編碼器pg都有比較嚴(yán)格的定義，這些定義包括:
（1）編碼器pg每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。此參數(shù)可以查看編碼器本身的技術(shù)指標(biāo)，單位為p/r。
（2）編碼器pg方向選擇。如果變頻器pg卡與編碼器pg接線次序代表的方向，和變頻器與電動機(jī)連接次序代表的方向匹配，設(shè)定值應(yīng)為正向，否則為反向。必須注意當(dāng)方向選擇錯誤時，變頻器將無法加速到你所需要的頻率，并報過流故障或編碼器反向故障。更改此參數(shù)可方便地調(diào)整接線方向的對應(yīng)關(guān)系，而無須重新接線。
編碼器pg從輸入軸看時順時針方向cw旋轉(zhuǎn)時，為a相超前，另外，正轉(zhuǎn)指令輸出時，電動機(jī)從輸出側(cè)看時逆時針ccw旋轉(zhuǎn)。然而，一般的編碼器pg在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，安裝在負(fù)載側(cè)時為a相超前，安裝在與負(fù)載側(cè)相反時b相超前。
（3） 編碼器pg斷線動作。如果編碼器pg斷線（即pgo），變頻器將無法得到速度反饋值，將立即報警并輸出電壓被關(guān)閉，電動機(jī)自由滑行停車，在停車過程中，故障將無法復(fù)位，直到停機(jī)為止。
（4） 編碼器pg斷線檢測時間。一般為10s以下，以確認(rèn)在此時間內(nèi)編碼器pg的斷線故障是否持續(xù)存在。
（5） 零速檢測值。本參數(shù)是為了檢測編碼器pg斷線而定義的功能，當(dāng)設(shè)定頻率大于零速檢測值，而反饋速度小于零速檢測值，并且持續(xù)時間在編碼器pg斷線檢測時間參數(shù)以上，則變頻器確認(rèn)為編碼器pg斷線故障（pgo）成立。
（6） 編碼器pg與電動機(jī)之間的齒輪齒數(shù)。本參數(shù)是為了適應(yīng)編碼器安裝在齒輪電動機(jī)上的情況，可設(shè)定齒輪齒數(shù)。由電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式可以得出:
電動機(jī)速度（r/min）=（從編碼器pg輸入的脈沖數(shù)×60）×（負(fù)載側(cè)齒輪齒數(shù) / 電動機(jī)側(cè)齒輪齒數(shù)）/編碼器pg的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)
（7） 檢出電動機(jī)的過速度。電動機(jī)超過規(guī)定以上的轉(zhuǎn)速時，檢出故障。通常設(shè)定100％～120％的最大頻率為檢出過速度的基準(zhǔn)值，如果在預(yù)定的時間內(nèi)頻率持續(xù)超出該值，則定義為電動機(jī)過速度故障（os）。如發(fā)生該故障，變頻器自由停車。
（8） 檢出電動機(jī)和速度指令的速度差。我們定義電動機(jī)的實際速度和設(shè)定速度的差值為速度偏差，如果在一定的時間內(nèi)其速度偏差值持續(xù)超出某一范圍值（如10％時），則檢出速度偏差過大（dev）。如發(fā)生該故障，變頻器可以按照預(yù)先設(shè)定的故障停機(jī)方式停機(jī)。
速度傳感器矢量控制系統(tǒng)速度傳感器：無速度傳感器矢量控制方式詳解
在高性能的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，矢量變頻器的轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)一般是必不可少的。通常，采用旋轉(zhuǎn)編碼器等速度傳感器來進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測，并反饋轉(zhuǎn)速信號。但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來一些缺陷:系統(tǒng)的成本大大增加;精度越高的編碼器價格也越貴;編碼器在電動機(jī)軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當(dāng)將影響測速的精度;安裝在電動機(jī)軸上的體積增大，而且給電動機(jī)的維護(hù)帶來一定困難，同時破壞了異步電動機(jī)的簡單堅固的特點(diǎn);在惡劣的環(huán)境下，編碼器工作的精度易受環(huán)境的影響。而無速度傳感器的控制系統(tǒng)無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本;另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電動機(jī)與控制器的連線。因此，無速度傳感器的矢量控制方式在工程應(yīng)用中變得非常必要。
無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而來的。實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動機(jī)中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測，并通過控制電動機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)相匹敵，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機(jī)的參數(shù)，因此需要在使用時準(zhǔn)確地輸入異步電動機(jī)的參數(shù)，并對拖動的電動機(jī)進(jìn)行調(diào)諧整定，否則難以達(dá)到理想的控制效果。
無速度傳感器矢量控制方式的基本技術(shù)指標(biāo)定義如下:速度控制精度±0.5％，速度控制范圍1:100，轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)
圖6 無速度傳感器矢量控制方式啟動轉(zhuǎn)矩特性
有時為了描述上的方便，也把無速度傳感器的矢量控制方式稱為開環(huán)矢量控制或無pg反饋矢量控制。
電動機(jī)參數(shù)的調(diào)諧整定
由于電動機(jī)磁通模型的建立必須依賴于電動機(jī)參數(shù)，因此選擇無速度傳感器矢量控制時，第一次運(yùn)行前必須首先對電動機(jī)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)諧整定。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機(jī)參數(shù)自動調(diào)諧、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧后存儲在相應(yīng)的參數(shù)組中，并根據(jù)調(diào)諧結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)數(shù)值。
自動調(diào)諧（因在電動機(jī)旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，又稱旋轉(zhuǎn)式調(diào)諧）的步驟一般是這樣的:首先在變頻器參數(shù)中輸入需要調(diào)諧的電動機(jī)的基本參數(shù)，包括電動機(jī)的類型（異步電動機(jī)或同步電動機(jī)）、電動機(jī)的額定功率（單位是kw）、電動機(jī)的額定電流（單位是a）、電動機(jī)的額定頻率（單位是hz）、電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（單位r/min）;然后將電動機(jī)與機(jī)械設(shè)備分開，電動機(jī)作為單體;接著用變頻器的操作面板指令操作，變頻器的控制程序就會一邊根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序自動運(yùn)轉(zhuǎn)，一邊測定一次電壓和一次電流，然后計算出電動機(jī)的各項參數(shù)。但在電動機(jī)與機(jī)械設(shè)備難以分開的場合卻很不方便，此時可采用靜止式調(diào)諧整定的方法，即將固定在任一相位、僅改變振幅而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的三相交流電壓施加于電動機(jī)上，電動機(jī)不旋轉(zhuǎn)，由此時的電壓、電流波形按電動機(jī)等值回路對各項參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，便能高精度測定控制上必需的電動機(jī)參數(shù)。在靜止式調(diào)諧中，用原來方法無法測定的漏電流也能測定，控制性能進(jìn)一步提高。利用靜止式調(diào)諧技術(shù)，可對于機(jī)械設(shè)備組合一起的電動機(jī)自動調(diào)諧、自動測定控制上所需的各項常數(shù)，因而顯著提高了通用變頻器使用的方便性。
圖7 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路
從圖7所示的異步電動機(jī)的t型等效電路表示中可以看出，電動機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電動機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外，還有r1（定子電阻）、x11（定子漏感抗）、r2（轉(zhuǎn)子電阻）、x21（轉(zhuǎn)子漏感抗）、xm（互感抗）和i0（空載電流）。
從上面已經(jīng)知道，參數(shù)辨識分電動機(jī)靜止辨識和旋轉(zhuǎn)辨識兩種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算定子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的參數(shù)寫入;在旋轉(zhuǎn)辨識中，變頻器自動測量電動機(jī)的互感抗和空載電流。
速度調(diào)節(jié)器asr
圖8 速度調(diào)節(jié)器簡化框圖
速度調(diào)節(jié)器asr的結(jié)構(gòu)如圖8所示，圖8中kp為比例增益，ki為積分時間。積分時間設(shè)為0時，則無積分作用，速度環(huán)為單純的比例調(diào)節(jié)器。由于是無速度傳感器矢量控制方式，速度環(huán)的實際速度來源于變頻器內(nèi)部的實際計算值。
速度調(diào)節(jié)器asr的整定參數(shù)包括比例增益p和積分時間i，其數(shù)值大小將直接影響矢量控制的效果，其目標(biāo)就是要取得動態(tài)性能良好的階躍響應(yīng)，如圖9a所示。具體調(diào)節(jié)的影響情況如下:
（1）增加比例增益p，可加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，但p值過大，系統(tǒng)容易振蕩;
（2）減小積分時間i值，可加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，但i值過小，系統(tǒng)超調(diào)就會增大，且容易產(chǎn)生振蕩;
（3）通常先調(diào)整比例增益p值，保證系統(tǒng)不振蕩的前提下盡量增大p值，然后調(diào)節(jié)積分時間i值使系統(tǒng)既有快速的響應(yīng)特性又超調(diào)不大。
a）參數(shù)整定情況之一 b）參數(shù)整定情況之一c）參數(shù)整定情況之一
圖9速度調(diào)節(jié)器asr階躍響應(yīng)與pi參數(shù)的關(guān)系
圖9b是比例增益p值與速度調(diào)節(jié)器asr的階躍響應(yīng)關(guān)系，圖9c是積分時間i值與速度調(diào)節(jié)器asr的階躍響應(yīng)關(guān)系。
一般的矢量變頻器為了適應(yīng)電動機(jī)低速和高速帶載運(yùn)行都有快速響應(yīng)的情況，都設(shè)有兩套pi參數(shù)值（即低速pi值和高速pi值），同時設(shè)有切換頻率。為了保證兩套pi值的正常過渡，一些變頻器還另外設(shè)置了兩個切換頻率，即切換頻率1和切換頻率2，如圖10。其控制原理是:低于切換頻率1的頻率動態(tài)響應(yīng)pi值取a點(diǎn)的數(shù)值，高于切換頻率2的頻率動態(tài)響應(yīng)pi值取b點(diǎn)的數(shù)值，位于切換頻率1和切換頻率2的頻率動態(tài)響應(yīng)pi值取兩套pi參數(shù)的加權(quán)平均值。
如果pi參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，系統(tǒng)在快速啟動到高速后，可能產(chǎn)生減速過電壓故障（如果沒有外接制動電阻或制動單元），這是由于在速度超調(diào)后的下降過程中系統(tǒng)再生制動狀態(tài)能量回饋所致，因此合適的pi值對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。
圖10 pi參數(shù)與頻率切換的關(guān)系
轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益和靜差率
靜差就是從一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速過渡到另一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速之間的差值，靜差率是指電動機(jī)空載與滿載的速度差，這兩個參數(shù)對于電動機(jī)的控制特性都是要求比較高的。
由于無速度傳感器的矢量控制方式對于轉(zhuǎn)速的測量是間接的，一般都是通過容易測量的定子電壓和電流信號間接求得轉(zhuǎn)速。目前常用的方法有:
（1）利用電動機(jī)模型推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速方程式，從而計算轉(zhuǎn)速;
（2）利用電動機(jī)模型計算轉(zhuǎn)差頻率，進(jìn)行補(bǔ)償;
（3）根據(jù)模型參考自適應(yīng)控制理論，選擇合適的參考模型和可調(diào)整模型，同時辨識轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈;
（4）利用其它辨識或估計方法求得轉(zhuǎn)速;
（5）利用電動機(jī)的齒諧波電勢計算轉(zhuǎn)速;等等。但是，無論哪一種方法，對于電動機(jī)實際運(yùn)行的速度計算或辨識精度都非常有限，為了精確調(diào)整靜差，確保電動機(jī)的靜差率低于0.01%，就需要對轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益進(jìn)行設(shè)置。
所謂轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益，就是用于計算轉(zhuǎn)差頻率，設(shè)定值100％表示額定的轉(zhuǎn)矩電流對應(yīng)額定的轉(zhuǎn)差頻率，因此設(shè)置合理的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償增益系統(tǒng)可以精確調(diào)整速度控制的靜差。其參數(shù)的設(shè)置原則是:當(dāng)電動機(jī)重載時速度偏低，就應(yīng)該加大該系數(shù)，反之就減小該參數(shù)
速度傳感器矢量控制系統(tǒng)速度傳感器：有速度傳感器矢量控制-中國工控網(wǎng).PPT
閉環(huán)運(yùn)行方式 * * 載波頻率自適應(yīng)功能 * * 轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能 * * 下垂控制功能 * * 下垂控制功能 * * 電流限定功能 * * 控制端子的排列 控制板端子的連接 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應(yīng)用功能 * * 控制方式 V/F控制：將矢量控制技術(shù)與V/F控制相結(jié)合，既有矢量控制的優(yōu)異性能又對電機(jī)參數(shù)不敏感；在驅(qū)動一臺以上電機(jī)，或無法獲得電機(jī)參數(shù)的情況下，選用V/F控制。 無速度 傳感器矢量控制：精確的無速度傳感器矢量控制技術(shù)真正實現(xiàn)了交流電機(jī)解藕，使運(yùn)行控制直流電機(jī)化；用于搞性能的速度控制場合，或?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制。 ★速度控制 0.25Hz 180％額定轉(zhuǎn)矩 調(diào)速范圍1：200 穩(wěn)速精度：±0.2％ ★轉(zhuǎn)矩控制 轉(zhuǎn)矩精度±5％，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)＜20ms 有速度傳感器矢量控制：實現(xiàn)更高精度和更快反應(yīng)的控制，主要用于高精度的速度控制，轉(zhuǎn)矩控制，實現(xiàn)零位伺服控制功能。 ★速度控制 0.00Hz 180％額定轉(zhuǎn)矩 調(diào)速范圍1：1000 穩(wěn)速精度：±0.02％ ★轉(zhuǎn)矩控制 轉(zhuǎn)矩精度±5％，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)＜10ms 運(yùn)行方式---V/F控制 開環(huán)控制：適用于大多數(shù)場合，既適合一臺變頻器驅(qū)動一臺電機(jī)的場合，也適用于一臺變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)的場合。 模擬量反饋閉環(huán)控制：適用于速度控制精度要求一般的場合，反饋的模擬量可以代表溫度，壓力，濕度等物理量。 PG反饋閉環(huán)控制：適用于速度控制精度要求更高的場合，需要在電機(jī)或機(jī)械設(shè)備軸端安裝脈沖編碼器。 復(fù)合控制：開環(huán)和模擬量反饋閉環(huán)的復(fù)合控制，適用于特殊應(yīng)用場合。 * * 運(yùn)行方式---無速度傳感器矢量控制 開環(huán)控制：適用于高性能場合，具有轉(zhuǎn)速精度高、轉(zhuǎn)矩精度高且無需安裝脈沖編碼器的優(yōu)點(diǎn)。 模擬量反饋閉環(huán)控制：與V/F控制方式時一樣，但控制精度更高。 PG反饋閉環(huán)控制：適用于速度控制精度要求更高的場合，需要在電機(jī)或機(jī)械設(shè)備軸端安裝脈沖編碼器。 復(fù)合控制：開環(huán)和模擬量反饋閉環(huán)的復(fù)合控制，適用于特殊應(yīng)用場合。 * * 運(yùn)行方式---閉環(huán)矢量控制 過程開環(huán)控制：可以提供零頻較大的力矩輸出，零位伺服功能，同時速度精度更高。 * * * * 運(yùn)行命令給定方式 ·支持操作面板、外部端子、串行口三種靈活的控制方式 · 運(yùn)行控制方式可以通過以下方式切換完成 功能碼P0.06：直接修改運(yùn)行模式 外部端子：通過3個多功能端子設(shè)定為48、49 、50，即可實現(xiàn)運(yùn)行命令通道選擇0，1，2的切換。端子有無效切換到有效時，沿觸發(fā)有效。 ·需要注意的是：無論變頻器處于運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài)，隨時可以進(jìn)行，但運(yùn)行時切換有可能會出現(xiàn)停機(jī)，在切換時必須保證運(yùn)行命令的有效性 * * 頻率給定方式---物理通道 V系列變頻器最終輸出的頻率是由7種基本通道經(jīng)過多種運(yùn)算組合后確定的。運(yùn)算時涉及到主設(shè)定頻率與輔助設(shè)定頻率的概念。 給定的物理通道為： 1、LED鍵盤顯示單元▲、▼（或數(shù)字電位器）給定 2、端子UP/DN給定 3、串行口給定 4、AI1模擬量給定（可以選擇0—10V或0—20mA給定） 5、AI2模擬量給定（可以選擇0—10V或0—20mA給定） 6、AI3模擬量給定（-10V--+10V給定） 7、端子脈沖給定（通過X7/DI端口設(shè)置頻率給定） * * 頻率給定方式---開環(huán)主給定方式 * * 頻率給定方式---開環(huán)輔助給定方式 0：無 1：AI1 通過模擬量輸入口，可以選擇電流或電壓輸入 2：AI2 通過模擬量輸入口，可以選擇電壓或電流輸入 3：AI3 通過模擬量輸入口，可以實現(xiàn)帶運(yùn)行方向的運(yùn)行頻率的設(shè)定。 4：AI4 通過脈沖輸入口，實現(xiàn)脈沖頻率的設(shè)定 * * 頻率給定方式---開環(huán)主輔給定的運(yùn)算關(guān)系 * * 頻率給定方式---模擬量閉環(huán)給定 * * 頻率給定方式---復(fù)合給定 頻率給定方式---模擬量給定曲線 * * 頻率給定方式---模擬量的對應(yīng)關(guān)系 * * 頻率給定方式---模擬量的對應(yīng)關(guān)系 * * 頻率給定方式---模擬量的對應(yīng)關(guān)系 * * 頻率給定方式---模擬量的對應(yīng)關(guān)系 * * 模擬量通道功能選擇 * * 模擬量通道濾波 * * 模擬量通道其他功能 * * * * 按鍵功能---多功能鍵 * * V/F曲線 V/F曲線 6種特性曲線 0: 直線 1：用戶自定義曲線 2：降轉(zhuǎn)矩特性曲線(1.2次冪) 3：降轉(zhuǎn)矩特性曲線(1.4次
速度傳感器矢量控制系統(tǒng)速度傳感器：有速度傳感器矢量控制方式.pdf
有速度傳感器矢量控制方式基本概念有速度傳感器的矢量控制方式主要用于高精度的速度控制轉(zhuǎn)矩控制簡單伺服控制等對控制性能要求嚴(yán)格的使用場合在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器并安裝在被控電動機(jī)的軸端而不是象閉環(huán)控制安裝編碼器或接近開關(guān)那樣隨意在很多時候為了描述上的方便也把有速度傳感器的矢量控制方式稱為閉環(huán)矢量控制或有反饋矢量控制本文為了不與運(yùn)行方式中的閉環(huán)控制相混淆以及與無速度傳感器矢量控制相對應(yīng)基本采用有速度傳感器矢量控制方式這種稱呼有速度傳感器矢量控制方式的變頻調(diào)速是一種理想的控制方式它有許
