（已结束）变频擂台第83期——关于变频器开环与闭环控制的讨论 点击：3539 | 回复：33
通常有一种说法，是所谓的变频器的控制一般都是开环的控制，而伺服驱动器的控制一般都是闭环的控制。
从控制系统的角度，大家对变频器是开环还是闭环是怎么理解的，希望大家从实例入手，来逐步分析。
希望大家畅所欲言。非常支持原创，评奖倾向于原创者。可以包括工作原理、技术介绍、产品结构，包括一些很具体的数据，包括一些技术细节/优缺点，还可以列举具体案例等，包括其它。。。。。。希望大家热烈的探讨！！！！！！
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2012年6月11日。
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我们使用的变频器都是开环控制的，因为对控制转速的偏差要求不高，所以都采用这种开环控制，实际上变频器的开环和闭环控制理解起来我认为很简单，开环控制就是给定变频器一个频率信号，变频器根据这个频率信号输出相应的功率给电机，电机依据这个功率进行转动，转速也与变频器的给定转速差不多，但又有一定偏差，而且变频器不对这个偏差进行调整，这种控制用在对转速调节精度要求不高的场合，也就是转速的精确度不是调节的重要变量。闭环控制就是在电机上安装一个转速传感器，并把这个信号送至变频器参与控制，外部给定变频器一个转速信号，变频器输出控制电机转速，然后测量电机转速的传感器把信号送至变频器，变频器依据给定转速与电机实际转速的偏差进行调整，以使电机转速与给定转速偏差足够小，并随时进行调节，使之达到控制要求。
开环控制比较多，我使用的水泵、风机的变频控制都是开环控制。闭环控制我见的比较少，有些位移控制就使用变频器的闭环控制。
一、开环，就是简单的在变频器端设置好参数，按1段转速就执行1段转速，按N段转速就执行N段转速，这些都是人为设置的参数，在人为需要他达到多少频率时，他就会启动制定的频率，这种是命令-执行的。
二、闭环么，给你举个简单的例子，我们要保证泵的出水管道压力保证在2公斤（也就是0.2MPa），我们除了用变频器、电机，还要加上一块远传压力表，这块表就是检测管道的压力，这种压力会形成推动在表内的滑动电阻滑动的动力，因为有变频器的输出端24V电压加在表上，而这种滑动就会导致电流电压的变化，这种变化通过变频器和远传压力表之间的信号电缆传输到变频器上，反馈回去的参数又经过变频器的控制端子台，传输到运算模块，经过PID运算，在反映到输出模块上，通过逆变块内软开关开端频率来控制输出频率的大小，这样，就会驱动泵的转速，，在水压小的时候使泵转快点，加大出水量；反之，泵就会转慢，保证压力一直在0.2MPa附近徘徊，保证生产生活的正常需求。
三、总结
闭环很简单，就是在开环的基础上加上了反馈环节，有了反馈，经过运算，反馈到输出，达到相应的目的。
闭环控制在自动控制理论这门课程里面讲得很明白，简单的说就是将输出的量反馈回来，看看目标值跟设定的值有多大的差别。在根据这个差别改变控制方式，从而更快更准确的达到控制的目的。
就变频器而言，其实无论是开环还是闭环，从广义上来讲都是闭环系统。由于变频器输出的量是PWM波形的交流电，而这个交流电控制的电机有两个方面的信息是我们所关心的，一个是电流，一个是频率。变频器的逆变回路总是有霍尔元件在测量输出的电流大小，并把测量得到的值输入到控制回路中去，参与控制的决策。从这个角度来说，所有的变频器都是速度闭环的系统。
而我们日常说的变频器的开环闭环系统，讲得是变频器控制的另一个环，速度环。如果要讲控制对象的速度作为反馈量增加到控制回路中来，肯定是对整个系统的动态性能和精度都是有好处的。无论是V/F控制还是电流矢量控制，加入转速闭环来说，都能够极大地提高控制精度，控制精度在0.02%左右。
最后，伺服系统有三个环：速度环，位置环，电流环。
从控制系统的角度讲，我的看法是变频器属于双变量输出系统，这一点和直流调速不同。直流调速是单变量输出系统，它的输出就是电枢的电压（在不考虑弱磁调节时）。而变频器这有两个输出变量一个是输出频率一个是输出电压。直流调速器一般都是闭环系统，因为要使输出的电枢电压稳定就一定要进行电流调节和电压补偿。电压调节器是外环而电流调节器是内环，但是没有测速反馈的系统，通常叫做速度开环系统。但是对于电压、电流仍然是闭环控制系统。当采用测速反馈时，反馈信号加到电压调节器的比较输入端，这时电压调节器就成为速度调节器。直流调速的这个概念对变频器也是一样的。当没有测速反馈时，变频器是速度开环控制系统，但是对于电压仍然是闭环控制系统。这个概念在实际应用时具有重大意义当测速通道或编码器发生故障时可以选择无速度反馈，这时以电压反馈来运行，一般仍然能够满足工艺运行，所以对于一般应用编码器坏了设备不能运行，就不大可信了。但是伺服控制器测速单元出现问题就一定不能工作了。
这个论坛，有很多高手，但是能够把各种概念混淆起来一起来谈的高手就不多了。理论讲多了，不如来点实际的。
从应用角度讲，变频器实际输出有两个变量：一个是逆变的功率管开关切换频率，这个频率决定电机的转速；另一个是逆变桥输出电压。当然这两个量是有关系的，这个关系是由电机和负载特性决定的。但绝对是两个变量。对于PAM控制来讲，整流桥调压，逆变桥调频；对于PWM控制来讲调压调频都在逆变桥完成。这是一个基本常识。我之所以说我认为，主要是不想引起争论。我主要目的还是希望讲清楚开环和闭环在变频器应用中应该怎样理解。
这是擂台，我不去争论各种观点的严谨性，如果需要辩论，需要更多的空间和时间进行讨论。
简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加摩尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。
伺服系统：1、伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的伺服强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。 2、电机方面伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能力还是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动伺服电机！
伺服电机与变频电机的不同之处
伺服是一个闭环控制系统，而变频器通常工作于开环控制，所以无论从速度还是精度上，变频器都无法和伺服相比。
变频只是伺服的一个部分，伺服是在变频的基础上进行闭环的精确控制从而达到更理想的效果。
变频器只是一个V-F转换，用于控制电机的一个器件。而伺服是一个闭环的系统。简单说变频器主要控制电机的转速。伺服是既可以控制速度，又可以控制位置和移动量，力距，定位，从而达到精确、稳定，不会因变频而产生死机。伺服不仅能达到以上的功能，而且产生一个闭环的系统，从而避免变频器产生的辐射。变频器在变频过程中还会产生大量热量，造成温度的提高与声音，而伺服系统是不会产生这样的后果。所以说伺服系统的达到的效果是变频电机无法比拟的。
其实各位都忽略了一个问题，就是伺服电机都是同步电机，其转子转速就是电机的实际转速，不存在速度差，而变频器控制对象是异步电机，其实际转速跟转子转速存在着转差，所以它本身电机在速度就不是很稳定。
伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频仅仅是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。同步伺服的成本价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，所以往往只有高端的产品才采用伺服系统。
变频最早只是用来调速，无论同步还是异步电机都可以用，并不用来完成精确定位跟踪的工作，伺服本身的功能就是精确快速定位跟踪，变频器一般做不到这个效果。
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