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上海啟策動(dòng)力測(cè)試設(shè)備有限公司
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2017年選擇測(cè)功機(jī)有些什么策略 |
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從電氣傳動(dòng)的角度來(lái)看，交流測(cè)功機(jī)是交流傳動(dòng)，即變頻器的一種特殊的應(yīng)用場(chǎng)合與方式。傳統(tǒng)的測(cè)功機(jī)只是動(dòng)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(cè)功機(jī)看作是“變頻器+電動(dòng)機(jī)。”這就如同把雷達(dá)看作是簡(jiǎn)單的無(wú)線電接受與發(fā)射裝置一樣，是非常片面的。
從測(cè)功機(jī)的角度來(lái)看，交流測(cè)功機(jī)是一種新型的電力測(cè)功器。它采用交流異步電動(dòng)機(jī)做加載裝置，加載電機(jī)由變頻器提供驅(qū)動(dòng)電源，并精確的控制其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。此外，交流測(cè)功機(jī)同時(shí)具有驅(qū)動(dòng)(電動(dòng)機(jī))和制動(dòng)(測(cè)功機(jī))兩種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)多種傳統(tǒng)測(cè)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(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)和帶載啟動(dòng)等。目前，AVL、SCHENCK、BURKE等國(guó)際著名的動(dòng)力試驗(yàn)設(shè)備廠家都積極推廣和應(yīng)用基于交流測(cè)功機(jī)的動(dòng)力試驗(yàn)系統(tǒng)，并認(rèn)為是目前和未來(lái)最好的測(cè)控方案。
什么是DTC?
DTC即直接轉(zhuǎn)矩控制(DirectTorqueContol)的英文簡(jiǎn)寫(xiě)，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(wú)與倫比的轉(zhuǎn)矩動(dòng)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(dòng)力試驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的要求非常一致，因此DTC變頻器成為交流測(cè)功機(jī)的首選，簡(jiǎn)稱(chēng)DTC交流測(cè)功機(jī)。
DTC變頻器可以在沒(méi)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(chēng)為電氣轉(zhuǎn)矩，非常快，非常穩(wěn)，但是不準(zhǔn)，因?yàn)闆](méi)有扭矩傳感器的反饋，不是電機(jī)和傳動(dòng)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。
PID，體外循環(huán)
提起閉環(huán)控制，我們都會(huì)想到PID。PID是一種經(jīng)典的閉環(huán)控制策略，在自動(dòng)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(chǎng)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(lái)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(chēng)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(wèn)題和缺陷，我們認(rèn)為不適合做DTC交流測(cè)功機(jī)。
1)轉(zhuǎn)矩過(guò)沖和波動(dòng)。DTC變頻器的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，即加載轉(zhuǎn)矩從零階躍上升到100%額定轉(zhuǎn)矩的時(shí)間小于5ms。而從扭矩傳感器輸出信號(hào)開(kāi)始信號(hào)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(hào)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100ms。因此，PID調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)根本無(wú)法跟上DTC，這必將出現(xiàn)加載電機(jī)在啟動(dòng)和調(diào)整過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩過(guò)沖和波動(dòng)。
2)參數(shù)整定。交流測(cè)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(kāi)始(扣除電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)參數(shù)的整定來(lái)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(gè)人認(rèn)為是不可能的)。此外，PID算法和參數(shù)整定是個(gè)學(xué)術(shù)問(wèn)題，對(duì)我這個(gè)理論水平不高的人來(lái)說(shuō)非常頭疼，無(wú)法整定到所謂的最佳狀態(tài)。
3)扭矩傳感器。扭矩傳感器的技術(shù)數(shù)據(jù)除了量程和測(cè)量誤差之外，還有一個(gè)非常重要的技術(shù)數(shù)據(jù)是扭矩傳感器自身的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。傳感器明確標(biāo)注的數(shù)據(jù)是:risetime10-90%=2ms。而我們某些國(guó)產(chǎn)傳感器廠家對(duì)此數(shù)據(jù)要么不說(shuō)，要么胡說(shuō)八道。
因此，如果使用了動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)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(méi)有反應(yīng)出來(lái)，如何閉環(huán)?又有何意義?其結(jié)果還是要產(chǎn)生過(guò)沖和波動(dòng)。
4)轉(zhuǎn)矩控制精度。測(cè)功機(jī)是原動(dòng)機(jī)的負(fù)載模擬裝置，對(duì)轉(zhuǎn)矩控制精度的要求當(dāng)然是越高越好。同時(shí)，測(cè)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(shuí)用誰(shuí)知道。
5)零轉(zhuǎn)速滿(mǎn)轉(zhuǎn)矩。DTC變頻器可以在電機(jī)零轉(zhuǎn)速，并從零轉(zhuǎn)速開(kāi)始控制加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。而其它類(lèi)型的變頻器在低速(低頻)時(shí)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性不好，更談不上閉環(huán)了。
綜上所述，“體外循環(huán)”P(pán)ID控制策略不能解決交流測(cè)功機(jī)之轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制問(wèn)題，由此做出來(lái)的交流測(cè)功機(jī)確實(shí)是“變頻器+電動(dòng)機(jī)”。據(jù)我們所知，很多單位就是這么干的。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)是錯(cuò)誤的，而對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是極其不負(fù)責(zé)任的。
DTC+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，公司對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)期深入的研究與試驗(yàn)。在ABB中國(guó)傳動(dòng)部的大力支持與幫助下，運(yùn)用ABB提供的開(kāi)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。
完成后的控制策略直接安裝到變頻器的主板內(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(wú)需研究PID算法和參數(shù)如何整定等學(xué)術(shù)問(wèn)題。
DTC+PID+STP，轉(zhuǎn)矩精確控制
復(fù)合制導(dǎo)是導(dǎo)彈的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，是說(shuō)采用多種制導(dǎo)手段來(lái)提高導(dǎo)彈探測(cè)、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。
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