從電氣傳動的角度來看，交流測功機(jī)是交流傳動，即變頻器的一種特殊的應(yīng)用場合與方式。傳統(tǒng)的測功機(jī)只是動力試驗(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)慣性的把交流測功機(jī)看作是“變頻器+電動機(jī)。”這就如同把雷達(dá)看作是簡單的無線電接受與發(fā)射裝置一樣，是非常片面的。
從測功機(jī)的角度來看，交流測功機(jī)是一種新型的電力測功器。它采用交流異步電動機(jī)做加載裝置，加載電機(jī)由變頻器提供驅(qū)動電源，并精確的控制其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。此外，交流測功機(jī)同時具有驅(qū)動（電動機(jī)）和制動（測功機(jī)）兩種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)多種傳統(tǒng)測功機(jī)不能進(jìn)行的加載方案，如瞬態(tài)加載、加載／反拖轉(zhuǎn)換、動態(tài)堵轉(zhuǎn)和帶載啟動等。目前，AVL、SCHENCK、BURKE等國際著名的動力試驗(yàn)設(shè)備廠家都積極推廣和應(yīng)用基于交流測功機(jī)的動力試驗(yàn)系統(tǒng)，并認(rèn)為是目前和未來最好的測控方案。
什么是DTC？
DTC即直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueContol）的英文簡寫，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，具有無與倫比的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)和優(yōu)異的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制特性。這一點(diǎn)與動力試驗(yàn)對轉(zhuǎn)矩的要求非常一致，因此DTC變頻器成為交流測功機(jī)的首選，簡稱DTC交流測功機(jī)。
DTC變頻器可以在沒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)模型的計算。DTC控制的轉(zhuǎn)矩我們稱為電氣轉(zhuǎn)矩，非常快，非常穩(wěn)，但是不準(zhǔn)，因?yàn)闆]有扭矩傳感器的反饋，不是電機(jī)和傳動軸上真實(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，我們都會想到PID。PID是一種經(jīng)典的閉環(huán)控制策略，在自動控制領(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題和缺陷，我們認(rèn)為不適合做DTC交流測功機(jī)。
1）轉(zhuǎn)矩過沖和波動。DTC變頻器的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)時間，即加載轉(zhuǎn)矩從零階躍上升到100%額定轉(zhuǎn)矩的時間小于5ms。而從扭矩傳感器輸出信號開始信號調(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，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100ms。因此，PID調(diào)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)根本無法跟上DTC，這必將出現(xiàn)加載電機(jī)在啟動和調(diào)整過程中的轉(zhuǎn)矩過沖和波動。
2）參數(shù)整定。交流測功機(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開始（扣除電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量）到最大轉(zhuǎn)矩之全量程范圍內(nèi)僅僅依靠P、I、D三個參數(shù)的整定來保證轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是極其困難的（我個人認(rèn)為是不可能的）。此外，PID算法和參數(shù)整定是個學(xué)術(shù)問題，對我這個理論水平不高的人來說非常頭疼，無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)除了量程和測量誤差之外，還有一個非常重要的技術(shù)數(shù)據(jù)是扭矩傳感器自身的動態(tài)響應(yīng)時間。德國ETH某型號傳感器明確標(biāo)注的數(shù)據(jù)是：risetime10-90%=2ms。而我們某國產(chǎn)傳感器廠家對此數(shù)據(jù)要么不說，要么胡說八道。
因此，如果使用了動態(tài)響應(yīng)時間慢的傳感器，當(dāng)電機(jī)加載轉(zhuǎn)矩上去了，而扭矩傳感器還沒有反應(yīng)出來，如何閉環(huán)？又有何意義？其結(jié)果還是要產(chǎn)生過沖和波動。
4）轉(zhuǎn)矩控制精度。測功機(jī)是原動機(jī)的負(fù)載模擬裝置，對轉(zhuǎn)矩控制精度的要求當(dāng)然是越高越好。同時，測功機(jī)是計量裝置，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，只能是誰用誰知道。
