基于模糊矢量控制的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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系統(tǒng)中，由S7-200系列PLC完成數(shù)據(jù)的采集、處理和對(duì)變頻器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。主、從電機(jī)接受PLC或其他系統(tǒng)的速度指令，通過(guò)編碼器形成速度反饋，使系統(tǒng)達(dá)到精確的速度控制。當(dāng)主電機(jī)獲得PLC的啟動(dòng)命令和速度給定時(shí)，經(jīng)過(guò)矢量變頻器進(jìn)行處理，調(diào)整轉(zhuǎn)矩獲得給定的速度。如果從電機(jī)并未將力矩傳遞到負(fù)載上，那么從電機(jī)將感覺(jué)到負(fù)載重增加扭矩，同時(shí)主電機(jī)也將相應(yīng)的減小扭矩；若主電機(jī)負(fù)載稍輕，那么主電機(jī)就會(huì)相應(yīng)的減小扭矩以保證與從電機(jī)保持相應(yīng)的速度，主從任何一方的負(fù)載變化必將反映在另一方的輸出轉(zhuǎn)矩變化上。
3.2變頻器裝置
西門(mén)子6SE70系列變頻器是一種電壓型矢量變頻器。它能利用處理器完成復(fù)雜運(yùn)算、開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的控制、通訊等任務(wù)，保證生產(chǎn)過(guò)程控制精度和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的控制最優(yōu)化。其動(dòng)態(tài)響應(yīng)不低于0.25%，靜態(tài)精度不低于0.01%，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)是要對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能的速度控制，以實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)同步速度的跟隨，西門(mén)子6SE70矢量控制的標(biāo)準(zhǔn)軟件包含兩種基本的控制型式：頻率控制適用于簡(jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)合和成組傳動(dòng)高水平同步運(yùn)轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制(矢量控制)用于動(dòng)態(tài)性能要求較高的傳動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，我們選擇閉環(huán)速度控制，這樣能在較低轉(zhuǎn)速時(shí)有較高的動(dòng)態(tài)特性和高轉(zhuǎn)速精度。其原理圖如圖2所示：
圖2帶速度檢測(cè)的閉環(huán)速度控制原理圖
在6SE70變頻器中，速度調(diào)節(jié)器為一個(gè)傳統(tǒng)的比例積分(PI)調(diào)節(jié)器，無(wú)自適應(yīng)能力。主要表現(xiàn)在兩方面：
(1)PI控制器參數(shù)整定必須相對(duì)于某一系統(tǒng)參數(shù)己知的系統(tǒng)。
(2)PI控制器參數(shù)一旦整定完畢，便只能適用于已知的系統(tǒng)。
該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，主從電機(jī)為兩臺(tái)不同交流異步機(jī)，分別由兩臺(tái)變頻調(diào)速控制器供電。主軸變頻器控制信號(hào)由工控機(jī)按實(shí)驗(yàn)要求與合成誤差控制器的疊加給定；從軸變頻器控制信號(hào)是由工控機(jī)經(jīng)協(xié)調(diào)控制策略，跟蹤偏差實(shí)時(shí)計(jì)算后提供的；發(fā)電機(jī)分別與從電動(dòng)機(jī)同軸相連的發(fā)電機(jī)作為雙軸的可調(diào)負(fù)載，兩個(gè)增量編碼器分別與主、從軸發(fā)電機(jī)同軸相連，由此可獲得速度、角位移信號(hào)及速度反饋信號(hào)。
全數(shù)字化矢量控制變頻傳動(dòng)是指以矢量控制(VC)技術(shù)為主構(gòu)成控制回路，以交流變頻為主回路換能方式，控制交流電機(jī)運(yùn)行。由于VC技術(shù)的采用，交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型與直流電機(jī)有了某種程度的一致。原來(lái)高品質(zhì)直流傳動(dòng)中使用的成熟的控制手段和控制理論得以借鑒。全數(shù)字化的應(yīng)用還解決了模擬系統(tǒng)中電子器件參數(shù)受環(huán)境因素影響的問(wèn)題，特別是溫度漂移問(wèn)題。從而對(duì)系統(tǒng)精度的不可控影響因素得以消除，控制精度僅受微機(jī)字長(zhǎng)、檢測(cè)元件精度影響，可以利用現(xiàn)有技術(shù)達(dá)到較高的傳動(dòng)性能指標(biāo)。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1速度閉環(huán)和矢最控制的實(shí)現(xiàn)
針對(duì)同步方案的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和矢量控制的特點(diǎn)，如果能用一個(gè)模糊控制器取代變頻器的速度PI調(diào)節(jié)器，能有效的提高整個(gè)系統(tǒng)的控制性能。而6SE70變頻器是一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，可通過(guò)參數(shù)設(shè)置，將速度PI調(diào)節(jié)器的積分部分關(guān)閉，將比例環(huán)節(jié)增益設(shè)置為1，同時(shí)將模糊控制器的輸出作為變頻器電流調(diào)節(jié)器的輸入，這樣就實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)速度控制環(huán)的模糊控制。其相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
(1)設(shè)置P315=1。P315為Pl調(diào)節(jié)器增益的功能參數(shù)；
(2)設(shè)置P240為23001。P240為速度調(diào)節(jié)器積分時(shí)間功能參數(shù)，此設(shè)置封鎖積分作用；
(3)設(shè)置P220=0。讀入速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速實(shí)際值；
(4)將參數(shù)自調(diào)整模糊控制器的輸出寫(xiě)入P438。
其中第1步、第2步的設(shè)置關(guān)閉了變頻器的速度調(diào)節(jié)器，第3步設(shè)置關(guān)閉了速度反饋環(huán)節(jié)，第4步設(shè)置則用參數(shù)自調(diào)整模糊控制器取代了原有的速度調(diào)節(jié)器，完成了速度的閉環(huán)控制。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器的矢量控制，就必須對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，選擇相應(yīng)的控制方式。設(shè)置步驟如下：
(1)選擇功能參數(shù)菜單。P060有8個(gè)參數(shù)值，分別對(duì)應(yīng)8種不同的功能菜單，我們選擇P060=5進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置菜單；
(2)選擇開(kāi)環(huán)/閉環(huán)控制方式。P100有5個(gè)參數(shù)值，分別對(duì)應(yīng)著V/F控制、V/F控制(紡織工業(yè)用)、V/F控制+速度控制、無(wú)測(cè)速機(jī)的速度控制、有測(cè)速機(jī)的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，其中后3個(gè)屬于矢量控制。根據(jù)系統(tǒng)的要求我們選擇了有測(cè)速機(jī)的速度控制，即選擇Pl00=4；
(3)輸入交流電機(jī)參數(shù)。在P101、P102、P107和P108，分別輸入交流電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定頻率和額定轉(zhuǎn)速。而P103的電機(jī)勵(lì)磁電流和P109電機(jī)極對(duì)數(shù)會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算；
(4)選擇工藝條件。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們選擇Pll4=0，即選擇快速加速系統(tǒng)；
(5)電機(jī)編碼器的選擇。選擇P130=11，即選擇脈沖編碼器；
(6)返回到參數(shù)菜單。選擇P060=1，即退出了系統(tǒng)設(shè)置回到參數(shù)菜單，此時(shí)輸入的參數(shù)值將被檢驗(yàn)是否合理。
評(píng)論