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一、變頻器中常用的控制方式
1、非智能控制方式
非智能控制方式主要有 V/f控制、差頻控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，在交流變頻器中得到廣泛應(yīng)用。
(1)V/f控制
v/f是與電動機定子相加的電壓與供電頻率之比。
如下圖所示，如果V/F符合直線AB，則為直線；如果符合折線ABC，則為多點型；如果符合曲線AB，則為正方形。
v/f控制是為了獲得理想的扭矩-速度特性，它基于一種既保證電機磁通量不變，又能改變電源頻率進行調(diào)速的思想，一般的變頻器都采用這種控制方式。變頻器的 V/f控制結(jié)構(gòu)非常簡單，但這種變頻器采用開環(huán)控制，不能達到高的控制性能，而且，在低頻時，必須通過扭矩補償來改變其低頻特性。
(2)轉(zhuǎn)差頻率控制
轉(zhuǎn)差頻率控制是直接轉(zhuǎn)矩控制的一種控制方法。在V/f控制的基礎(chǔ)上，通過知道異步電動機實際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的工頻，并根據(jù)期望的轉(zhuǎn)矩調(diào)整變頻器的輸出頻率，電動機就可以有相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。
在這種控制模式下，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時還會增加電流反饋來控制頻率和電流。因此，它是一種閉環(huán)控制模式，可以使變頻器對快速加減速和負載變化具有良好的穩(wěn)定性和良好的響應(yīng)特性。
(3)矢量控制
矢量控制通過矢量坐標(biāo)電路控制電機定子電流的大小和相位，從而可以在D、Q和0坐標(biāo)軸下分別控制電機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，從而控制電機轉(zhuǎn)矩。同時通過控制各矢量的作用順序和作用時間以及零矢量的作用時間，可以形成各種各樣的PWM波，從而達到不同的控制目的。例如，形成開關(guān)次數(shù)最少的脈寬調(diào)制波，以減少開關(guān)損耗。目前，變頻器中實際使用的矢量控制方法有兩種，即基于轉(zhuǎn)差頻率控制的方法和基于無速度傳感器的方法。
利用轉(zhuǎn)差頻率進行矢量控制，其穩(wěn)態(tài)特性與之相吻合，但需要對電機定子電流進行相位坐標(biāo)變換，使其滿足一定的控制條件，以消除轉(zhuǎn)矩-電流過渡過程中的波動。所以，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率控制方法相比，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方法能顯著改善系統(tǒng)的輸出特性。但該控制方法屬于閉環(huán)控制，需要在電機上安裝速度傳感器，因此其應(yīng)用范圍受到限制。
通過坐標(biāo)變換分別控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，然后通過對電機定子繞組上電壓、電流的辨識來實現(xiàn)對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的控制，從而實現(xiàn)無速度傳感器矢量控制。該控制方式調(diào)速范圍寬，起動力矩大，工作可靠，操作方便，但計算復(fù)雜，一般需要專門的計算機來完成，因此，實時性不好，控制精度受計算精度的影響。
(4)直接轉(zhuǎn)矩控制
采用空間矢量坐標(biāo)系下交流電機的數(shù)學(xué)模型，對電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進行控制，通過檢測電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)對定子磁鏈的觀測，從而實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制。
這樣可以減少復(fù)雜的變換計算，如矢量控制，使系統(tǒng)直觀、簡練，其計算速度和精度均優(yōu)于矢量控制。即便是開環(huán)狀態(tài)，也可輸出100%額定轉(zhuǎn)矩，對多個拖動有負載平衡功能。
(5)最優(yōu)控制
在實際中，最優(yōu)控制的應(yīng)用因需求的不同而異，單個參數(shù)的最優(yōu)控制可根據(jù)最優(yōu)控制的理論來實現(xiàn)。舉例來說，在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就已經(jīng)成功地運用了時間分段控制和相位移動控制兩種策略，在一定條件下實現(xiàn)了電壓最佳波形。
(6)其他非智能控制方式
在在實際應(yīng)用中，變頻器的控制有一些非智能控制方法，如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、循環(huán)控制、頻率控制等。
2、智能控制方式
智能控制方法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。智能控制在變頻器控制中的應(yīng)用有一些成功的例子。
(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法用于變頻器控制時，一般用于控制復(fù)雜系統(tǒng)，此時對系統(tǒng)模型了解甚少，所以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅要完成系統(tǒng)辨識的功能，還要完成控制。
另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方式可以同時控制多個變頻器，因此適合在多個變頻器水平連接時進行控制。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)過多，算法過于復(fù)雜，具體的應(yīng)用會帶來很多實際的困難。
(2)模糊控制
采用模糊控制算法控制變頻器的電壓和頻率，從而控制電機的加速時間，避免過快的加速對電機使用壽命的影響和過慢的加速對工作效率的影響。模糊控制的關(guān)鍵在于域、隸屬度和模糊層次的劃分，特別適用于多輸入單輸出控制系統(tǒng)。
(3)專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是一種利用所謂“專家”經(jīng)驗的控制模式。因此，在專家系統(tǒng)中應(yīng)該建立一個專家數(shù)據(jù)庫來存儲一定的專家信息，并且應(yīng)該有推理機制來根據(jù)已知的信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)旌屯评頇C制的設(shè)計尤為重要，這關(guān)系到專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。專家系統(tǒng)的應(yīng)用可以控制變頻器的電壓和電流。
(4)學(xué)習(xí)控制
學(xué)習(xí)控制主要是用于重復(fù)性的輸入，而規(guī)則的PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個條件，因此學(xué)習(xí)控制也可用于變頻器的控制中。
學(xué)習(xí)控制不需要知道太多的系統(tǒng)信息，但是需要1~2個學(xué)習(xí)周期，所以速度比較差。而且學(xué)習(xí)控制算法有時需要實現(xiàn)前導(dǎo)環(huán)節(jié)，這是用ADI公司無法實現(xiàn)的。同時，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個穩(wěn)定性問題，所以在應(yīng)用中要特別注意。
二、未來變頻器控制的展望
隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個方面發(fā)展。
(1)數(shù)字控制變頻器的實現(xiàn)
目前，利用數(shù)字處理器可以實現(xiàn)變頻器的控制方式，實現(xiàn)較為復(fù)雜的運算，變頻器的數(shù)字化將是一個重要的發(fā)展方向，目前，變頻器的數(shù)字化主要采用MCS51、80C196MC等單片機，輔助以SLE4520、 EPLD LCD等 LCD顯示器實現(xiàn)更完美的控制性能。
(2)多種控制方式的結(jié)合
單一種控制方式各有其優(yōu)缺點，不存在“萬能”的控制方式，在某些情況下，還需要將多種控制方式結(jié)合起來，如學(xué)**控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制與模糊控制、直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、或稱為“混合控制”等，使之相互促進、相得益彰。
(3)遠程控制的實現(xiàn)
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，依靠計算機網(wǎng)絡(luò)對變頻器進行遠程控制是一個發(fā)展方向。通過RS485接口、RTU模塊和一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以對變頻器進行遠程控制，從而在一些不適合人工現(xiàn)場操作的場合下，也可以輕松實現(xiàn)控制目標(biāo)。
(4)綠色變頻器
隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們越來越重視環(huán)境保護。變頻器產(chǎn)生的高次諧波會給電網(wǎng)帶來污染，降低變頻器工作時的噪聲，增強其可靠性和安全性。這些問題都試圖通過采用合適的控制方法來解決，并設(shè)計了一種綠色變頻器。
最后總結(jié)一下，變頻器的控制方式是一個值得研究的問題，希望有識之士能齊心協(xié)力，致力于此項工作，使我國的變頻器早日走向國際市場，成為世界一流產(chǎn)品。
