变频器的控制方式如何分类？

    答：变频器中常用的控制方式分为非智能控制方式和智能控制方式。    1．非智能控制方式    在交流变频器中使用的非智能控制方式如下：    (1)以U/f=C，正弦脉宽调制(SPWM)控制方式：U/f控制是为了得到理想的转矩一速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。U/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩的特性。    以U/f=C，正弦脉宽调制(SPWM)控制方式的特点是：控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动系统的平滑调速要求。这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出的最大转矩减小。另外，其机械特性没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都不理想；以U/f=C控制的系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，使系统的稳定性变差等。    (2)矢量控制（磁场定向法）：20世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电动机转矩控制问题。矢量控制（又称VC控制）的实现方法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic，通过三相一二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于直流电动机与转矩成正比的电枢电流)。然后，模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。    矢量控制的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义，但是在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想的结果。    矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。    基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的主要区别是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此应用范围受到限制。    无速度传感器矢量控制是通过坐标变换进行处理的，分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。    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配，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，因此有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。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检测、自动辨识、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行之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。    (3)直接转矩控制（DTC控制）：在20世纪80年代中期，德国学者Depenbrock教授于1985年提出直接转矩控制，其思路是把电动机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过跟踪PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复杂计算，控制结构简单。该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。    直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band-Band控制），把转矩检测值与转矩给定值进行比较；使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号；直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况。它不需要将交流电动机与直流电动机进行比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制。由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以其控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。    (4)矩阵式交一交方式：VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交一直一交变频控制方式中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交一交变频应运而生。由于矩阵式交一交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为1，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接地控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现。具体方法如下：    ·引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式。    ·依靠精确的电动机数学模型，对电动机参数自动识别。    ·依据定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进    行实时控制。    ·按磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。    矩阵式交一交方式具有快速的转矩响应(<2ms)、很高的速度精度（士2%，无PC反馈）、高转矩精度(<+3%)；具有较高的启动转矩，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150%～200%转矩。    (5)最优控制：最优控制是基于最优控制理论，对某一个控制要求进行个别参数的最优化。在实际应用中，控制系统根据要求的不同而有所不同，例如在高压变频器的控制应用中，就成功地采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。    (6)其他非智能控制方式：在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。    2．智能控制方式    智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。目前，智能控制方式在变频调速控制系统的具体应用中已取得一些成功的经验。    (1)神经网络控制：神经网络控制方式通常应用在比较复杂的变频调速系统中，由于对于系统的模型了解较少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且，神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此神经网络控制比较适合在多个变频器级联时进行控制。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂会在具体应用中带来很多实际困难。    (2)模糊控制。模糊控制算法应用于变频调速控制系统中，通过控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快影响电动机的使用寿命，升速过慢影口向系统的工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于输入、单输出的控制系统。    (3)专家系统：专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息。另外，还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计尤为重要，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。    (4)学习控制：学习控制主要是用于重复性的输入，规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要1～2个学习周期，因此快速性相对较差。而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的。同时，学习控制还涉及稳定性问题，在应用时要特别注意。