闭环变频调速

关键词： 机是 立体仓库 闭环控制 堆垛

闭环变频调速（精选八篇）

闭环变频调速 篇1

关键词：堆垛机,半闭环控制,PID调节

0 引言

巷道堆垛机是自动化立体仓库中的主要设备,仓库中所有货物的入库、出库等作业都必须通过堆垛机完成,堆垛机控制系统的性能对于自动化立体仓库系统则起着重要的作用,堆垛机为了达到较高的工作效率,在精确定位的前提下,运行时要尽量以最大的速度运行,在提速时要尽可能在较短的时间内达到最大速度,并能高速运行,换速平稳,这样才能提高出入库能力,减少工作循环周期。本文的主要内容是在自行研制的教学型自动化立体仓库GXU-1型堆垛机的基础上,对堆垛机的运行机构在运行时的速度控制进行研究,综合现有的各种控制方法,提出了激光测距传感器与变频器相结合的半闭环控制方式。下面对这一控制方式进行介绍。

1 堆垛机半闭环控制

控制系统根据有无反馈作用可以分为两类:开环控制和闭环控制。开环控制系统的输出量对系统的控制作用没有影响;而闭环控制控制系统的输出端和输入端之间存在反馈回路,输出量对控制作用有直接影响,闭环的作用就是应用反馈来减少偏差,其优点是精度高及动态响应好。

堆垛机控制系统包括有两个部分的闭环控制:1)是堆垛机位移的闭环控制。当要求堆垛机到达某一目的地址时,根据传感器反馈回来的堆垛机与目的地址之间的距离信号,按照预先设定的控制策略,使堆垛机先以较高的速度运行,然后减速到较低的速度运行,在到达目的地址的时候停准;2)是堆垛机运行速度的闭环控制。当要求堆垛机以某一个速度运行时,根据传感器反馈回来的堆垛机当前的速度信号,实时调整变频器的频率值,使堆垛机迅速达到某一个速度运行。既有速度环又有位移环的闭环控制为全闭环控制,只有速度环的控制为半闭环控制。

GXU-1型堆垛机运行系统的半闭环控制是以实际情况和经济性为前提,是在实践中发展起来的一种有效的控制方式。在本文研究的堆垛机半闭环控制方案中,位移环由于使用激光测距传感器作为定位方式,采集到的信号为绝对位移信号,精度高,为减少控制系统计算量,采用了开环控制;而速度环中,需要通过实验的方法来确定的堆垛机的运行曲线,需要实时的对位移传感器采集到的位移信号进行微分处理,得到速度反馈信号,并根据反馈信号与存储在堆垛机PLC中的运行曲线对比得到控制指令,通过变频器进行实时的速度调整,最终实现堆垛机半闭环控制。

2 堆垛机半闭环控制与运行曲线

堆垛机速度控制的难点就在于其运行起止距离的不确定性和离散性,而不同的运行距离对应不同加减速的运行曲线。通过对GXU-1型堆垛机半闭环控制方案所要求的运行曲线进行分析,可以得到堆垛机运行曲线的基本规律如下(如图1所示):在运行起止距离为一个货格时,采用标准加减速曲线1运行;在运行起止距离为两个货格时,采用标准加减速曲线2运行;在运行起止距离为三个货格时,采用类似标准加减速曲线3运行;在运行起止距离为大于或者等于四个货格时,采用类似标准加减速曲线4运行。而这些运行曲线可以事先通过试验的方式得到,存储在PLC的寄存器中,当主控单元得到上位机发出的当前任务的目的地址时,通过对当前的地址进行比较,得到要运行的起止距离,通过PLC对存储在PLC寄存器中的运行曲线进行相应的变换,就可以调用堆垛机的不同的运行曲线来运行。以达到调速的目的。

图1中,Vmin为保证停准而设定的堆垛机最小稳定运行速度;S0为保证停准而设定的Vmin运行距离。Vmax为堆垛机最高运行速度的速度,S4为变频器以合理加减速曲线加速到Vmax,再减速到Vmin所需运行的距离,一般为4个货格距离大小。S3、S2、S1分别为3个、2个、1个货格之间的距离大小;V3、V2、V1分别为变频器从距目的地3个、2个、1个货格开始运行时合理加减速曲线相交处的速度。

GXU-1型堆垛机控制系统采用的是松下电工FPX-C60R型PLC,PLC通过实时检测实际地址与目的货位地址进行比较,通过两者的差值调用存在PLC寄存器中的运行曲线,并把控制指令通过RS485传送给变频器,这样就可以达到堆垛机运行速度闭环调速。可以看出,GXU-1型堆垛机采用的半闭环控制是一种基于试验结果的运行控制方案,虽然可以满足教学型自动化立体仓库中堆垛机高速运行、平稳换速、低速停准的调速要求,但它得到的不是最优的结果,而是一种相对合理的结果。GXU-1型堆垛机半闭环控制的优点是由于没有位移环,减少了控制系统的运算量,实时性更好。

3 堆垛机半闭环控制的PID调节

堆垛机半闭环控制采用PID调节具有三个优点:1)不需要求出控制系统的数字模型;2)PID调节器具有典型的结构,程序设计简单,参数调整方便;3)它具有较强的灵活性和适应性,可以采用PID控制的改进方式,如:PI,PD,带死区的PID,变速积分PID等。PID调节是经典控制理论中最典型的用于闭环控制系统的调节方法。积分控制可以消除系统的静差,提高系统控制精度和抗外界干扰能力;微分控制改善系统的动态响应速度,用于克服系统的惯性滞后,提高系统的稳定性;比例、积分、微分控制结合具有较强的灵活性和适应性。

在PLC中对模拟量实现PID控制可以采用以下几种方法:1)使用PID过程控制模块;2)使用PID功能指令;3)用自编的程序实现PID闭环控制。GXU-1型堆垛机控制系统采用的是松下电工FPX-C60R型PLC,带有内置集成的PID调节运算指令功能,通过PLC中PID参数的设置,则可以进行堆垛机的速度闭环控制,PID控制有两个输入量:给定值(SP)和过程变量(PV),通常给定值是固定的,过程变量是经A/D转换和计算后得到的被控量的实测值,给定值与过程变量都是与被控对象有关的值。应用PLC的PID指令之前,必须将其转换成符合参数表要求的标准浮点数(实数),即转换为0.0~1.0之间的标准实数。同样,对于PID指令的输出,也需进行转换。其控制原理如图3所示。

图3中,堆垛机先以设定的速度值运行,在运行过程中激光测距传感器通过实时测量堆垛机的位移量,把位移量以4-20m A的模拟量(激光测距传感器的模拟量输出值与实际的测量距离成线性关系)形式通过PLC中的A/D模块传给PLC,并在PLC中经过微分运算把位移值转换成速度值,这样就可以和给定速度值进行比较。然后根据偏差值进行PID功能的运算,并把运算得出的控制量通过RS485与变频器进行通信,变频器根据接收的控制指令进行频率控制,进而控制交流电机的转速,达到堆垛机的速度实时调控,我们在PLC与变频器之间没有采用D/A进行转换,而是采用了RS-485进行数字通信,可提高系统的抗干扰能力。堆垛机运行信号传递流程如图4所示:

在GXU-1型堆垛机控制系统中,PID功能输入需要模拟输入,以反映被控制的运行速度的实际数值为反馈。PID运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值,按照PID运算规律计算出结果,输出到变频器驱动电机变速运行。PLC半闭环控制的PID功能是通过PID指令功能块实现,通过定时(按照采样时间)执行PID功能块,按照PID运算规律,根据当时的给定值、反馈值、比例-积分-微分数据,计算出控制量。PLC中PID功能块的数据交换是通过一个PID参数表进行,这个表是在数据存储区中的开辟,PID参数表提供了给定值、反馈值,以及PID参数等数据入口,PID运算的结果也在参数表输出。

4 PID参数的自整定

PID参数自整定,是在对象参数辨识和特征辨识的基础上按照一定的寻优规律或整定规则,对控制参数进行自动整定。一般要求自整定操作对工况影响小,整定时间短,且自整定环节在工况变化时可自动启动。

在GXU-1型堆垛机控制系统中,在PLC中选择PID的自整定控制模式,通过测量过程量的相应情况,可以测定PID的参数Kp、Ti、Td。执行自整定时,在自整定结束之后,推测出的结果被自动反映到PID参数区(对不同的被控制过程,有可能存在无法完成自整定的情况,在这种情况下处理结束后将返回到原有的设定参数)。在自整定结束之后,最优的参数值被分别存放到比例增益(Kp)、积分时间(Ti)和微分时间(Td)。如果能采用效率高、差错少的PROFIBUS现场总线技术,结合“激光测距定位+变频器闭环调速控制”技术,则能更好的实现按距离确定运行曲线,实现绝对认址,无级调速,零速停车,保证堆垛机起步加速和减速停车的平稳。

5 结束语

自行研制的教学型GXU-1型堆垛机,为双立柱结构形式,具有0-30m/min的运行速度,6m长的运行距离,仓库货架高3m宽4.4m,货位数量48个,是一种具有较强功能的教学型自动化立体仓库,在控制系统中引入激光测距传感器与变频器相结合的半闭环控制方式,可有效地提高教学型自动化立体仓库的性能,使教学型自动化立体仓库在满足教学效果、设备造价、占用空间、运行维护、安全性等各方面要求的前提下,更加接近工业型自动化立体仓库,为开发出更好的教学型、工业型自动化立体仓库打下较好的基础。

参考文献

[1]强宝民,肖晟.S7-200PLC在PID闭环控制系统中的应用[J].现代电子技术.2008,(14):173-175.

[2]管树林.激光测距技术在巷道堆垛机系统中的应用[J].物流技术与应用.2009,2:91-93.

闭环变频调速 篇2

关键词：直流调速系统；电机；反馈；单闭环；双闭环

调速系统是目前电力拖动自动控制系统中应用最广泛的系统，近年来，交流调速系统迅速发展，基本取代了直流调速系统，但是，直流电动机由于其结构简单、调速性能优良，直流拖动系统在理论和技术上都比较成熟，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用，目前的电力拖动自动控制系统中在需要高性能调速的领域大多采用直流调速系统。

1 单闭环和双闭环直流调速系统的概述

直流调速系统目前虽然被交流调速取代，但是直流调速在某些场合大有用处，其中最简单的直流调速控制是采用单闭环控制，也就是系统中只有一个转速负反馈，可以实现对转速的自动控制。单闭环控制的直流调速系统结构简单、工作稳定性好、可靠性高，当采用比例积分调节器还可以实现转速的无静差控制，但是，如果实际调速系统不仅要求转速稳定，还需要较高的调速动态性能时，比如要求调速系统能快速的起制动，系统在负载变化时能减小动态速降等，则单闭环控制的直流调速系统就难以满足要求了，主要原因在于单闭环控制的直流调速系统在工作时不能随心所欲地控制转矩和电流的动态变化过程，在单闭环直流调速系统中，虽然采用电流截止负反馈能控制电流，但这种反馈只能在电机超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用来限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态变化波形。在实际生产中需要频繁正、反转运行的直流调速系统，提高生产率的重要因素就是缩短起、制动过程的时间。就这要求调速系统在起动和制动过程中，要始终保持电流为电机允许的最大值，以便使电磁转矩达到最大值，才能使调速系统以最大的加减速度运行，满足实际工作中对调速系统的要求。实际系统中除了要满足快速的启制动外，还要实现当电机转速达到希望的稳态转速后，电流降到与负载电流一致，使电机的电磁转矩与实际负载转矩相平衡，最终使直流调速系统转入稳态运行。为此在直流调速系统中普遍采用转速环和电流环的双闭环调速系统，就可以满足对调速系统的动态性能要求，若其中的转速调节器和电流调节器采用比例积分控制，还可以实现转速无静差控制。采用转速电流调节控制的双闭环调速系统，虽然系统结构复杂，成本较高，但是能保证调速系统的可靠运行，同时能满足调速系统的启动要求，很好地满足了实际生产中对调速系统的需求。

2 转速电流双闭环直流调速系统的设计

转速电流双闭环直流调速系统是在单闭环转速反馈的基础上，又增加了电流反馈，并且两种反馈要相互限制，不能同时工作，具体是要使调速系统在启动时，只有电流负反馈，没有转速负反馈，以便实现最大恒值电流的启动，使启动转矩最大，减少电机启动时间，而在电机正常运行时，则需要转速负反馈起作用，暂不需要电流负反馈，以实现电机转速的平衡。为了使转速和电流两个负反馈分别起作用，必须在系统里设置两个调节器以达到分别控制，才能实现转速电流双闭环的直流调速控制，具體系统由给定环节、转速调节器（ASR）、电流调节器（ACR）、整流触发装置、两个反馈环节的转速检测和电流检测、被控对象直流电机等。系统中的转速环是由转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成的，电流环是由电流调节器ACR以及电流检测反馈回路构成的，转速环和电流环的连接采用嵌套结构，具体来说是电流环在里面，转速环在外面，所以，电流环也称为内环，转速环则称为外环，两者之间的连接关系是外环包围内环，也就是电流环是转速环的其中一部分。为了使直流调速系统实现转速无静差，满足工作性能要求，转速调节器和电流调节器通常都采用比例积分调节器，以满足对调速系统的各项要求。

3 转速电流双闭环直流调速系统单元模块设计

3.1 转速给定模块 转速给定模块是双闭环直流调速中的给定环节，主要是通过滑动变阻器调节电阻值来改变给定信号的电压值。转速给定可以产生极性可变、幅值可调的可平滑调节的给定电压。

3.2 转速检测模块 转速检测模块主要由测速发电机与直流电动机同轴相连来实现转速测量，并把转速检测信号反馈到给定输入端，通过给定量与反馈量的比较，开控制转速调节器。

3.3 电流检测模块 电流检测模块主要是实现电流负反馈，目的是控制电流使其满足电机启动和制动的要求，它是将电机的实际电流反馈送到控制器中，实现电流的控制。

3.4 电源模块 电源系统是直流调速系统的重要环节，主要给系统给定模块提供电源，直流稳压电源主要由整流电路和滤波电路两部分组成。整流电路主要将交流电变换成直流电。滤波电路主要是滤除干扰信号，使输出电源平滑。

3.5 控制模块 控制模块是双闭环直流调速系统中的重要环节，主要是通过控制转速调节器ASR和电流调节器ACR的不同工作情况，可以实现转速环和电流环分开工作，有助于直流调速系统满足实际工作动态性能的要求。

4 结束语

转速电流双闭环直流调速系统通过转速调节器和电流调节器的相互配合，可以实现电机启动时，转速环暂不起作用，让电流环起主要作用，实现最大恒值电流启动，保证启动转矩最大，电机启动快，时间短，能满足对电机系统快速启动的要求。当直流电机稳定运行时，则转速环起主要作用，实现转速无静差控制，电流环则不起作用，电机额定电流与负载电流达到平衡，可以实现转速无静差控制，满足对系统转速稳定的要求。这就充分体现了转速电流双闭环控制的优越性，可以更好的满足实际需求。

参考文献：

[1]高科，张大林.双闭环直流电机调速系统[J].江西化工，2014（4）：193-195.

[2]陈晓彬，贺强，潘学科.转速、电流双闭环调速系统的设计[J].水电与新能源，2013（S1）：33-37.

[3]王鑫，张丽玲.转速、电流双闭环直流调速系统设计[J].科技信息，2010（1）：76+55.

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闭环变频调速 篇3

1 系统基本结构功能

本系统将PC和PLC上、下位机联合控制的现实工业系统完整引入教学,实现远程与现场的多功能控制。PLC通过变频器驱动三相异步电动机,运用直流发电机实现机械加载,轴编码器实现转速的检测反馈。闭环PID调节在PLC完成,PID参数整定及系统运行监控等过程在PC完成。系统基本结构功能如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 下位机、上位机与通信

下位机PLC选用西门子S7-200的CPU 224XP,含模拟输入、模拟输出、RS485通信及高速计数等,完成系统的现场控制;上位机PC基于化工过程控制系统中常用的工业组态软件组态王Kingview6.5与PLC采用西门子PPI通信实现系统远程控制。

2.2 电机机组

系统控制对象为鼠笼三相异步电动机,为了便于实现定量机械加载和测速反馈,将三相异步电动机、直流发电机、测速发电机、轴编码器同轴安装构成专用机组。

通过在直流发电机电枢回路接入断开大功率电阻可对电动机进行定量机械加/卸载,这对于开/闭环下转速机械特性的定量测试比较来说是必须的;轴编码器用作转速的数字化检测反馈。

2.3 调速控制与变频器

PLC输出电压控制西门子G110变频器完成变频调速,控制电压及对应输出频率由变频器参数P0757、P0758、P0759、P0760及P2000等确定,系统对应频率为0～50Hz的控制电压为0～10V。

3 下位机PLC软件设计

3.1 关键问题

3.1.1 数字测速方案及优化编程技巧

系统采用M法测速[2],在一个闸门时间T内累计轴编码器发出的脉冲数m,转速n(单位:r/min),若编码器每转脉冲数为P,则n=60m/(PT)。传统编程思路需要依此关系计算求得转速。

本系统对传统编程思路进行了优化,由每转脉冲数P直接确定一个固定的闸门时间T,程序初始化时,依此闸门时间一次性设定定时中断,在中断服务程序中将测得的m直接作为转速n输出,彻底免去传统编程的运算,增强了实时性。在n=60m/(PT)中,令n=m,得T=60/P。由于本系统中轴编码器每转脉冲数P=1 200,因此可直接得出程序初始化设定定时中断间隔T=0.05s。该项编程技巧优化效果显著,可以推广到其他M法测速编程场合。

3.1.2 M法测速的高速计数与定时中断实现

计数必须采用高速计数方式。设计数字测速须考虑最大转速时编码器脉冲的频率。系统机组电机的最大转速近1 500r/min,即25r/s,轴编码器每转脉冲P=1 200,故最大频率近30kHz。PLC的CTU、CTD等计数器存在缺陷:其计数脉冲周期不能小于主程序扫描周期,故可承受的频率上限很低。对于近30kHz脉冲计数只有采用与程序扫描无关的高速计数方式,否则会大量丢失脉冲。系统采用CPU 224XP的HSC0高速计数器完成轴编码器脉冲的计数。

闸门必须采用定时中断。PLC的TON、TOF等定时器存在缺陷:其实际定时时间随机变化不定,最短可比设定少一个时基,最长可比设定多一个主程序扫描周期,且这样的不确定性无法消除。故测速闸门的精确定时必须抛弃TON、TOF等,而运用中断方式实现。系统采用CPU 224XP的定时中断0实现闸门定时。

3.1.3 PID控制

过程控制系统中常用的PID闭环调节应用广泛,本系统即采用转速闭环PID调节且PID调节器以软件方式在PLC中实现。如图2所示S7-200 PLC提供浮点位置算法的工业PID运算指令,同时需要一个回路表存储PID运算接口量及参数等。本系统设计回路表为自PLC数据存储器VD800单元开始的9个实数共36个字节,其中接口量和参数分配如下:

VD800过程反馈 PVn

VD804给定 SPn

VD808输出 Mn

VD812增益 Kc

VD816采样周期 Ts

VD820积分时间 Ti

VD824微分时间 Td

S7-200 PLC技术资料中推荐其软件PID用于如过程控制系统常见的温度、压力、流量及液位等低速对象。而电机转速对象的变化速率显然比上述过程参量快许多,本系统构建编程调试成功,是S7-200 PLC软件PID对电机转速快速对象控制的直观、具体的成功实例。

3.2 程序设计

PLC程序主要包括:定时中断与高速计数转速采集、变频调速控制、给定与反馈处理、PID调节和现场远程控制功能与切换、开/闭环控制功能与切换以及上下位机接口数据变换处理等。主程序与中断服务程序基本流程如图3所示。

4 上位机PC软件设计

PC软件基于组态王Kingview6.5平台设计。系统在PC实现现场远程与开/闭环、转速给定、PID参数整定、PID算法各类变量、运行状态以及设备信号、数据与曲线等远程控制功能。组态王运用设备驱动和“数据词典”数据库分别实现上、下位机的通信和数据联系。经过变量定义、设备定义、通信建立、界面设计、数据词典定义、动画连接定义以及命令脚本程序设计等步骤完成上位机的软件设计,主要有主控、整定、设备信号数据、实时及历史曲线等远程监控界面。其中,增益系数Kc、积分时间Ti、微分时间Td、采样周期Ts等PID参数可在如图4所示的整定界面输入整定,一经整定,即可通过实时曲线界面即时测试评价运行控制效果。

5 系统运行试验结果

5.1 PID参数整定与试验

与过程控制系统一样,系统需对PID闭环参数Kc、Ti、Td等进行整定调试。试验中,当Kc=0.97、Ti=0.01min、Td=0.005min、Ts=0.05s时,Kc过大而Ti过小,增益与积分作用过强,转速响应呈现如图5所示的连续振荡,参数整定不良。

最终调试到Kc=0.65、Ti=0.052min、Td=0.01min、Ts=0.05s时,转速响应呈现如图6所示的优良性能,即参数整定优良。

5.2 开/闭环转速机械特性比较试验

将系统分别设定在开环与闭环状态下运行并进行机械加载,表1记录了机械加载前后的稳态转速与变频器频率数据。

由表1可见闭环的转速机械特性的硬度明显优于开环的。机械加载后闭环稳态转速不跌落而变频器输出频率有所上升,可见转速不跌落的原因是系统通过闭环调节最终提高了变频器输出频率(即电动机同步转速)对转速实现了补偿。试验结果揭示了闭环改善转速硬度的物理本质,也完全反映了所有闭环系统的被控参量在扰动下能够始终跟踪给定的物理本质。

6 结束语

本系统综合运用工业PLC、变频器及轴编码器等实现了电机转速闭环控制、开/闭环、现场远程及机械加/卸载等运行控制功能,采用PC和PLC上、下位机联合方式实现了可靠性与人机交互性能协调优化的分布式控制。系统完全移植采用现实工业设备与工业控制方案,通过其系统构建、软件编程、组态设计、控制整定以及调试运行等可成效显著地经历典型工业分布式控制系统的完整开发过程。

参考文献

[1]周兵,林锦实.现场总线技术及组态软件应用[M].北京:清华大学出版社,2008.

PLC在变频闭环调速系统中的应用 篇4

PLC作为一种新型工业控制装置,以其运行可靠性高、组合灵活、功能强大和维护方便等优点,在工业自动化生产领域中的应用日益广泛。变频器也是近几十年来发展起来的一种交流电动机新型变频调速装置,利用变频器对交流调速系统进行调速控制,具有调速精度高、响应速度快、保护功能完善、过载能力强、易于实现复杂控制等优点。在各种异步电动机调速系统中,效率最高、性能最好的系统是变压变频调速系统,变压变频调速系统中,调速时必须调节定子电压和频率,在这种情况下,机械特性基本上平行移动,而转差率不变,它是当前交流调速的主要发展方向。随着PLC技术和变频器技术的飞速发展,国民经济生产中对变频调速技术的精度要求也越来越高。变频开环调速系统不能满足高精度的要求,本系统旨在采用PLC与变频器组合构成的变频闭环调速系统以达到理想的调速效果。

1 闭环调速系统的组成和工作原理

基于PLC模拟量方式的变频闭环调速系统主要包括以下组成部分:PLC和其模拟量输入输出模块、变频器、电动机和旋转编码器。其工作原理如图1所示。

该闭环调速系统中,与电动机同轴相连的光电旋转编码器,将电机的转速转换成电压(0V~5V),反馈到PLC的模拟量模块的一路输入端,与给定量(模拟量模块的另一路模拟量输入信号,电压0V~10V)一起在PLC内部通过PID运算处理后,再通过PLC模拟量模块的输出端子输出一路DC0V~10V的电压信号来控制变频器的输出,从而实现闭环调速控制,以达到运行速度平稳、精确地目的。

2 系统硬件选择及设置

在该PLC模拟量方式的变频闭环调速系统中,主要选择的硬件设备有:西门子S7-200 CPU224XP型PLC、西门子MM420变频器、EM235模拟量模块、光电旋转编码器和三相异步交流电动机。

2.1 系统硬件选择

2.1.1 西门子S7-200CPU224XP型PLC

目前PLC使用性能较好的有SIMENS公司、日本的三菱、欧姆龙公司,美国的AB公司,一般要根据性价比、以及被控对象的I/O点数、工艺要求、扫描速度、自诊断功能因素,来选择合适的PLC产品。

本系统选择德国SIMENS公司s7-200系列CPU224XP型PLC。该产品是SIMENS公司最新推出的一种实用机型。SIEMENS S7-200 CPU-224XP集成14输入/10输出共24个数字量I/O点,2输入/1输出共3个模拟量I/O点,可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20KB程序和数据存储空间,6个独立的高速计数器(100KHz),2个100KHz的高速脉冲输出,2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能,如内置模拟量I/O,位控特性,自整定PID功能,线性斜坡脉冲指令,诊断LED,数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。非常适合有少量模拟量信号的系统中使用,在有复杂通信要求的场合也非常适用。

2.1.2 变频器的选型及系统功能的设定

(1)容量选择。在变频调速的情况下,供电频率值是变化的,电机的实际转速也会变化。变频器在与不同型号电动机配合时,必须合理选择容量。这主要是根据所选择的电动机参数来选配相应的变频器。在一台变频器驱动一台电机的情况下,变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流,或者是变频器所适配的电动机功率大于当前所选择的电动机的功率。

按连续恒负载运转时所需的变频器容量(KVA)的公式计算:

式中PM:负载所要求的电动机的轴输出功率

η:电动机的效率(通常约0.85)

COSφ:电动机功率因数(通常约0.75)

UM:电动机电压(V)

IM:电动机电流(A)

k:电流波形的修正系数

PCN:变频器的额定容量(KVA)

ICN:变频器的额定电流(A)

选择变频器容量时,应同时满足三个算式关系,尤其是变频器电流是一个较关键的物理量。考虑到电机性能上的差异及机械负载的不同,变频器容量应是电机容量的1~2倍,另外,也可根据生产机械所需的实际转矩与稳定运行时的转速,求其乘积,得到所需电机的轴上功率,据此确定变频器容量。

(2)变频器品牌的选择和系统功能的设定。西门子MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列变频器由微处理器控制,并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此,它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的,因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER420具有缺省的工厂设置参数,它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。除此之外,MICROMASTER420通过参设设置,既可用于单独驱动系统,也可集成到“自动化系统”。

变频器在使用时。应根据电动机参数、运行特性及系统功能要求,对变频器参数进行相关的系统设定。本系统中对变频器主要参数的设定详见参数设置表1所示。

2.1.3 EM235模拟量模块

PLC的模拟量处理功能主要是通过模拟量输入、输出模块及用户程序来完成。模拟量模块接受各种传感器输出的标准电压或电流信号,并将其转换成数字信号存储到PLC中进行处理。最终PLC处理后的结果为标准电压或电流信号去驱动执行元件。

EM235模块是一个输入输出混合模块,该模块可以同时连接4路模拟量输入和1路模拟量输出。使用该模块主要是用来采集两个信号,一个是给定电压,另一个是旋转编码器输出的反馈量。使用EM235模块时,要根据输入信号范围对其输入信号进行整定。整定的内容包括DIP开关的设置和输入信号的整定。具体步骤如下:

(1)在模块脱离电源的情况下,通过DIP开关选择需要的输入范围(如给定电压范围为0V~10V,DIP开关的状态为010001)。

(2)接通CPU及电源模块,并使模块稳定15min。

(3)用给定电位器,给模块输入一个零值信号。

(4)调节偏置电位器,并读取和修改模拟量输入映像寄存器AIW相应地址中的读数,使该读数值为零。读取模拟量输入映像寄存器AIW中的数据可使用PLC程序来完成,参考程序如图2所示。

通过STEP7-Micro/WIN编程软件监控,可观察AIW中的数据是否为所需值。

(5)将一个满刻度信号加到模拟量模块输入端,调节增益电位器直到读数为32000。

2.1.4 旋转编码器

旋转编码器是用来测量转速的装置,光电式旋转编码器通过光电转换,可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出(REP)。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。

2.2 系统电气接线原理如图

系统电气接线原理如图3所示。图中旋转编码器的转速输出端(输出0V~5V电压)与EM235模块的电压输入端A+和A-相连接,将直流给定电源的输出端(输出电压范围0V~10V)与EM235模块的B+和B-相连接,作为给定量输入值。经PLC处理后的数据由EM235模拟量输出端子送到变频器的AIN+和AIN-脚。在电路系统中,为保证正常运行安全,必须将设备可靠的接地,因此,变频器的接地端也应可靠接地。

3 系统软件

在该闭环调速系统中,软件设计主要是指PLC程序设计。PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮)的输入和两路模拟量输入(即给定量和反馈量),对模拟量输入数据进行标准化整定,并完成PID运算,并将运算结果进行整定后,由模拟量输出端子送出。参考程序如图4所示。

4 控制系统设计及实施时注意事项

4.1 变频器在启动时

给定电压应以一定的斜率由0逐步达到设定值,以实现软起动的功能,减小起动电流对电网的冲击,节约电能。但在启动阶段不能进行PID调节,以防出现震荡。

4.2 用PLC组成闭环自控系统

在实现自动调节的过程中,为防止PLC的扫描周期的影响,PLC运算应采用定时中断的方式,定时中断的时间周期,可根据系统的调速指标和控制精度来设定,同时还需要考虑系统在加给定到系统运行输出的时间延迟。

4.3 在使用EM235模块时,要根据输入信号范围对其输入信号进行整定。

4.4 在本系统中,PID运算虽然是由PLC内部编程的形式(即PID回路指令)实现的

但一定要注意比例系数、积分时间和微分时间的设置,过程量参数在写入参数表时的标准化处理以及运算结果工程量处理。

5 结束语

由PLC、变频器和旋转编码器实现三相交流异步电动机变频闭环调速控制系统,具有结构简单,配置灵活,良好的软启动性能及带负载能力等特点。其动态性和稳态性均能满足高性能要求的生产场合。不仅可以获得相当的控制精度,而且还可以获得更高的可靠性和更强的抗干扰能力,满足了高稳定性和快速性要求,经济效益显著。若生产需要,本系统也可方便接入DCS或上位机,建立人机界面的监控系统等。目前此模式下的调速系统,已广泛的应用于工业生产及日常生活中,如:PLC控制的空压机变频调速系统、基于PLC的变频恒压供水系统、PLC变频调速系统在物料搅拌系统中的应用等等。此技术值探讨和推广。

摘要：本文以西门子s7-200PLC、变频器和旋转编码器组成的交流变频闭环调速系统为例,介绍了基于PLC的变频闭环调速系统的工作原理、设计与实施方法,阐述了PLC在变频闭环调速控制系统中应用和实施过程的关键技术,并指出了系统在设计与实施过程中中应注意的问题。

关键词：PLC,变频器,旋转编码器,交流闭环调速

参考文献

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社,2008.2.

[2]徐国林.PLC应用技术[M].机械工业出版社,2007.7.

[3]刘竟成.交流调速系统[M].上海交大出版社,1998.

变频器闭环群控电机研究 篇5

在较复杂的控制场合, 需要多台伺服电机, 多台变频器按控制要求协调工作, 这种情况下, 变频器的手动控制难以实现, 需要利用串行数据通讯方式, 由一台主控制计算机实现群控。本文介绍了由一台计算机, 采用串行数据通讯的方式, 控制多台变频器, 进而控制多台交流伺服电机协调动作的控制系统。其中利用AT89C51单片机作为集中控制器和分散控制器, 从而更加准确、稳定、快捷的控制变频器, 以满足较复杂控制场合, 多台伺服电机的协调工作。

2 方案概述

实现变频器的群控, 关键要解决控制命令的传输问题。本设计采用图1所示控制结构。上位机可根据控制要求发出数字控制代码, 经集中控制器分配到分散控制器, 由分散控制器实现对变频器的群控, 进而完成对电机的控制。电机的运行状态再由分散控制器检测, 按一定的通讯编码格式, 逐级上传到上位机, 上位机即可进行状态显示或根据控制误差, 发送新的控制命令。

3 模块构建与选型

3.1 通讯接口的选择

通讯接口选用RS-232/485接口。其电平与TTL电平兼容, 可方便与单片机电路连接, 并且RS-232/485总线具有传输距离远抗干扰能力强可以组建局域网的优势, 能够满足对变频器各种参数设置的数据传输, 因此选用此方式。

3.2 集中控制器模块与分散控制器模块

控制器模块采用AT89C51。其优点主要有价格便宜, 技术成熟可靠性高, 使用灵活, 资源丰富等特点。对本系统具有更高的数据处理能力。

3.3 测速模块

采用欧姆龙双相500线编码器, 型号为E6A2-CW3C。其可直接与单片机连接, 硬件电路相对简单, 并可以对电机的正/反转、运行速度直接检测, 编程容易, 因此选用此传感器。

4 主要电路与程序设计

(1) 单片机与RS-232接口电路设计。

(2) 电机状态检测电路设计。

(3) 通讯设计。

上位机与分散控制器之间的通信设置是实现对变频器控制的关键, 设计中使用到了如图4-3所示的通信格式。

需要注意的是, 在上位机发送数据包完成后, 集中控制器广播式发送到各分散控制器, 分散控制器保存数据包到内部RAM区, 分析数据包帧头内容, 确定读/写指令。若是读指令, 分散控制器将正反转状态及速度信号逐级反馈至上位机。若是写指令, 分散控制器进一步分析地址位, 若此地址为本机地址, 则继续解析数据包将校验位与数据长度为进行比较, 若相等, 解析指令信息并执行各指令。若不相等则逐级反馈重发指令。若此地址非本机地址则清楚RAM区等待新数据包指令。

5 总结

本设计选用PC机作为主控制器, 以单片机和台达VFD-M变频器作为分控制单元, 利用PC机丰富的软硬件资源实现上位机远程智能化控制, 最终实现了操作人员可以直接通过上位机完成对多台变频器的各种参数设定, 进而控制电机运行状态, 减少控制难度, 电机的工作状态反馈给主控制器并及时作出修正, 以实现设定的控制目标。

参考文献

[1]蔚俊兰, 丁振荣.组态王6.55与单片机的通信方法[J].工业控制计算机, 2004, 17 (10) :58-59.

[2]刘守义.单片机应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.

闭环变频调速 篇6

1.1 双闭环调速系统的组成

与单闭环调速系统用一个调节器综合调节各种信号不同, 双闭环调速系统利用两个调节器来分别调节转速和电流。单个调节器在进行静态调节时固然可以, 但是动态性能不好, 一个调节器虽然能同时调节两种信号但却不能保证动态参数, 无法达到很好的效果。但是运用两个调节器来分别调节, 克服了各种信号间的相互制约, 可以使系统获得更好的动态品质。具体结构就是, 用转速调节器来控制转速, 相应的用电流调节器控制电流, 两个调节器之间进行串联。在双闭环调速系统中, 内外环分别是电流环和速度环, 两个调节器均有一定的幅值限制, 转速调节器的幅值与系统所给的最大加速度的值有关, 而电流调节器幅值与晶闸管所允许流过的最大电流有关。

1.2 双闭环调速系统的静态特性

对于双闭环调速系统的静态特性而言, 只需要考虑转速调节器和电流调节器饱和还是不饱和两种状态。

转速调节器饱和也就是调节器达到幅值时, 输出为稳定值, 输出量不随输入量的变化而变化。只有当由于有反向的输入量使得调节器退出饱和即不再是限幅值时, 此时稳态输入偏差电压总是趋近于零。

1.3 双闭环调速系统的动态特性

Kn-转速调节的比例系数;τn-转速调节器的超前时间常数;

双闭环调速的动态性能主要描述的是系统在给定输入的跟随性能和系统对扰动输入的抗干扰性能, 把两者综合在一起就可以完整的表示一个系统的动态品质。

双闭环调速系统在给定一个阶跃输入后由静止状态开始启动, 启动过程中转速调节器会经历不饱和, 饱和, 退饱三个阶段。第一个阶段是转速调节器由不饱和很快达到饱和, 而电流调节器一般处于不饱和状态以确保电流环的调节作用。在第二个阶段电流调节器仍旧处于不饱和状态, 转速调节器一直处于饱和状态, 此阶段电机进行等加速度启动阶段, 处于恒流调节状态, 若要满足电流调节器不饱和, 必须对晶闸管作出相应的要求, 晶闸管供电装置的最大电压必须有余地不能饱和。第三阶段转速调节器退饱和, 转速趋于恒定值。

在双闭环调速系统中主要是电网扰动和负载扰动。负载扰动在电流内环和转速外环之间, 这种扰动只能通过转速调节器抗干扰。而电网扰动处于电流环内, 被电流环所抑制, 涉及不到转速调节器。

2 系统总回路方案的确定

系统方案的选择必须要以实践为依据以理论为指导, 在满足生产工艺要求的前提下采用合理的设计从而实现低成本高收益, 实现节能要求, 从而保障我国经济快速健全的发展。系统方案的选择涉及到以下几个方面。

首先, 是驱动方案也就是专业上说的拖动方案的选择。前面已经介绍到直流调速比交流调速更加的成熟, 直流在很大的范围内可以实现平滑调速, 满足了可逆冷轧街主传动调速系统在电机方面的要求。由此, 在可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计中采用直流拖动。

其次, 在供电方面也有一定的要求。有一定电机专业知识的人都知道, 实现可逆型冷轧机主传动系统无级调速的最佳途径便是调节电机的驱动电压。与传统的离子拖动系统相比, 晶闸管变流供电装置性能好而且较为可靠。但是晶闸管存在一个很明显的缺点:单向导电, 所以在使用晶闸管供电时必须有保护电路, 来避免因为过电流或者过电压对其造成损害。该系统采用晶闸管供电装置外加保护电路通过调压达到调速目的。

然后, 需要考虑整流电路的形式, 三相半波整流电路虽然投资少, 但是电压波动大, 会产生电流的磁化现象, 影响其利用率。而三相桥式整流电路虽然投资大, 但基本不会有电流磁化现象, 利用率高, 所以在可逆冷轧机系统中采用三相全波整流。

最后, 是系统的环流方案的确定, 可逆冷轧机主传动双闭环调速系统中的环流设置可以实现调速无死角, 能够进行快速而平滑的调速。

3 直流双闭环调速系统设计

可逆冷轧机双闭环调速系统的设计中涉及到以下一些方面:电流环的设计, 转速环的设计, 晶闸管电路的设计。

3.1 电流环的设计

首先要对电流环结构图进行简化, 然后再进行电流调节器的结构选择以及参数的计算。电流环可以对电网扰动起到很好的抑制作用, 保证了系统的完美启动, 而且当电机过载时电流调节器可以起到很好的保护作用。

3.2 转速调节器的设计

转速调节器可以抑制负载的扰动, 可以实现平滑调速无静差。转速调节器的输出限幅值决定了系统的电流最大值。转速调节器处于外环, 设计时可以根据已经设计好的内环电流调节器来设计, 根据可逆冷轧机主传动双闭环系统的动态性能指标和参数的选择标准对转速调节器进行设计, 根据已选好的参数标准对该系统超调速量值进行计算, 检验是否符合设计的需要。

3.3 晶闸管电路的设计

在使用晶闸管作供电装置时必须要有相应的保护电路以防止晶闸管由于过电流或过电压而损坏。保护电路包括过电压保护电路和过电流保护电路。过电流保护电路可以使用接入快速熔断器进行保护等等措施。过电压保护电路可以在元件的两端并联RC电路, 来防止元件由于换相过电压而受到损害。

4 结束语

可逆冷轧机主传动双闭环调速系统运用了多环控制, 内环控制电流外环控制转速, 运用转速调节器和电流调节器分别控制信号相结合, 并设定相应的限幅值, 构成双闭环调速系统。又使用晶闸管供电装置供电, 实现宽范围的平滑调速。在设计时采用三相全波整流电路, 避免了电流的磁化大大提高了利用率。可逆冷轧机主传动双闭环调速系统的设计实现了节能的要求, 符合现代工业生产的要求, 更加有利于我国经济的发展。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 33-160.

[2]刘东汉, 陈学珍.基于AT89C51控制的直流电动机双环调速系统[J].微型计算机信息, 2006, 22 (4-2) :13-15.

直流双闭环调速系统的设计与仿真 篇7

直流电动机具有良好的起、制动性能,在电力拖动自动控制系统,如轧钢机及其辅助机械、矿井卷扬机等领域中得到了广泛的应用。传统的单闭环调速系统,虽然被调量能紧紧跟随信号量的变化,被包围在负反馈环节内的一切主通道上的扰动都能有效地加以抑制,但具有比例放大器的单闭环控制系统是有静差的,且对给定电源和检测装置中的扰动是无能为力的,而双闭环调速系统能很好地解决以上不足。

2 直流双闭环调速系统的数学模型

在实际生产过程中,由于生产工艺的要求,电动机经常保持在恒速运行的状态,这就要求调速系统具有很好的动态稳定性和抗干扰性能。在生产中,人们经常采用转速、电流双闭环调速系统,这种控制系统能够较好地满足生产工艺的要求。直流双闭环调速系统的结构如图1所示。

为了实现转速负反馈和电流负反馈在系统中分别起作用,又不致互相牵制而影响系统的性能,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流。二者之间实行串级联接,即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管的触发装置。从闭环反馈的结构上看,电流调节环在里面,是内环;转速调节环在外面,成为外环。这样就组成了转速、电流双闭环调速系统。为了使转速、电流双闭环调速系统具有良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器,且转速和电流都采用反馈闭环。

下面我们针对直流双闭环调速系统建立各环节的数学模型。

(1)直流电机的数学模型。直流电动机在磁通和电流连续的条件下,电动机电枢回路电压平衡方程为:

电动机轴上的转矩和转速应服从电力拖动系统的运动方程式,在忽略粘性摩擦的情况下,可得转矩平衡方程式为:

(2)PWM变换器的传递函数。由于脉宽调速系统中,开关频率f较高,开关周期TPWM较小,常将脉宽调制器和PWM变换器合起来的滞后环节近似看成一阶惯性环节,即:

(3)电流调节器ACR的数学模型。直流双闭环调速系统中调节器一般用PI调节器。其传递函数为:

(4)转速调节器ASR的数学模型。从动态性能上看调速系统首先要优良好的抗扰动性,要把转速环效正成典型的Ⅱ型系统,ASR应当采用PI调节器,其传递函数为:

3 仿真分析

3.1 起动特性分析。

在本文中已给出电动机的理想起动特性,此时电动机的起动速度达到最快。因此,系统设计结果应尽可能接近这一理想特性。在下面的图4的仿真结果中分别给出了该系统ASR的输出与电动机转速,ACR的输出与电动机的转速及电动机电流与电动机转速在起动过程中的动态特性仿真结果。

通过如上的仿真分析,对于附图所示系统的工作过程可概括成如下几点:

(1)ASR从起动到稳速运行的过程中经历了两个状态,即饱和限幅输出与线性调节状态;

(2)从起动到稳态运行的过程中只工作在一种状态,即线性调节状态;

(3)图2所示的电动机起动特性已比较接近理想特性。所以,该系统设计对于起动特性来说,已达到了预期目的。

3.2 抗扰性能分析。

一般情况下,双闭环调速系统的干扰主要是负载突变与电网电压波动。因此在图5中分别给出了该系统电动机转速在突加负载及电网电压突减情况下动态特性的仿真结果。

通过如上的仿真分析,对于该系统的抗扰性能来说我们有如下几点结论:

(1)系统对负载的大幅度突变具有良好的抵抗能力;

(2)系统对电网电压的波动同样也具有良好的抵抗能力;

(3)与理想的电动机的起动特性相比较,该系统的起动及恢复时间显得略长一些。

4 结论

本文使用MATLAB软件中动态仿真工具SIMULINK工具使得直流调速系统设计中关于系统性能分析的问题变得十分简单。工程设计人员通过对系统进行计算机仿真,分析理论设计与实际系统的偏差,逐步改进系统的结构及参数,找出较佳性能系统的调节器参数,使得系统的调试得到简化,提高了工作效率,减少了耗材,节省了设计费用和时间。并且仿真的结果与实际系统运行情况较为接近,可以用来指导实际系统的调试。

摘要：采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,结果表明,用MATLAB软件是控制系统设计与仿真的一种功能完善、编程简单、且具有较高精度的有力工具。

关键词：直流电动机,双闭环调速系统,仿真,MATLAB/SIMULINK

参考文献

[1]薛定宇.控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用.北京:清华大学出版社,1996.

转速与电流双闭环直流调速自动系统 篇8

图1为转速、电流双闭环直流调速系统的原理图。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节调速和电流,二者之间实行串级连结。这就是说,将转速调节器SR的输出当作电流调节器CR的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,由电流检测反馈环节和电流调节器构成的电流环在里面,称为内环;由转速检测反馈环节和转速调节器所构成的转速环在外边,称为外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静态和动态性能,双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器。两个调节器的输出都设有限幅电路(图中未标出)。

SR的输入电压为偏差电压△Un,△Un=Usn-Ufn=Usn-an,其中,Usn为调节转速的给定电压,由电位器RPl进行调节;Ufn为转速反馈电压。SR输出电压即为输给CR的电压Usi,其限幅值为Usim。

CR的输入电压为偏差电压△Ui,△Ui=Usi-U fi=Usi-βId,(β为电流反馈系数),其中,Usi心为SR的输出,Ufn为电流反馈电压。其输出电压即为触发电路的控制电压Uk,其限幅值为Ukm。转速、电流双闭环直流调速系统的职能方框图如图2所示。

2 系统的工作原理

分析双闭环调速系统的工作原理,主要应弄清楚两个调节器的作用。先就以下几个问题做简单讨论。

2.1 调节器的两种状态及稳态时的关系式

双闭环调速系统的转速调节器SR和电流调节器CR均采用PI调节器,且输出设有限幅。一般存在两种状态:饱和——输出达到限幅值;不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说,饱和调节暂时失去调节作用,相当于使该调节环处于开环状态。当调节器不饱和时,由于PI的调节作用使输入偏差电压在稳态时总为零。在实际运行时,电流调节器不会达到饱和状态的。

当转速调节器不饱和,即两个调节器都不饱和,稳态时,它们的输入偏差电压都为零。

于是有

式⑴表明,当Usn为一定值时,由于转速调节器SR的调节作用,转速n将稳定在数值Usn/as上,调节Usn(调电位器RP1)即可调节转速n。整定电位器RP2即可整定转速反馈系数a,以整定系统的额定转速(或最高转速)。

式(2)表明,当Usi为一定值时,由于电流调节器CR的调节作用,整流装置的电流将保持在Usi/β的数值上。当转速调节器不饱和时,电流Id将跟随Usi变化。

当转速调节器饱和时,SR的输出电压为其限幅值,即Usi=Usim。转速外环是开环状态,转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统。稳态时,

由式(3)可见,整定电流反馈系数β(调节电位器RP3)或调节SR的限幅值Usim,即可整定最大电流Idm的数值,一般整定Idm=(2~2.5)IN(IN为电动机的额定电流)。系数的取值是由设计者选定的,取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。当出现Id>Idm时,电流环将立即进行调节,使电流调回到Usim/β数值上,从而自动地限制了最大电流。因此当电机过载甚至于堵转时,可限制电枢电流最大值,从而起到快速的安全的保护作用。

2.2 电流调整器在起动过程中的主导作用

突加给定电压Usn后,由于机电惯性作用,转速增长不会很快,因而转速调节器SR的输入偏差电压△U=Usn-Ufn,数值较大,其输出很快达到限幅值Usim,强迫电流Id迅速上升。由于转速调节器SR是PI调节器,所以只要△U≥0,其输出电压就会保持在限幅值Usim不变。也就是说,电动机速度达到给定速度之前,SR不起调节作用,相当于转速环处于开环状态。在起动过程的绝大多数时间里,电流调节器CR发挥主导作用,它使电动机电流在很短时间内升到最大值并维持基本不变,因而拖动系统的加速度恒定,转速呈线性增长,以保证电动机的起动时间最短。只是在起动过程快结束前,当转速达到给定值,此时转速调节器SR的输入△U=0,但此刻其输出仍维持在Usim,所以电动机仍在Idrn作用下加速,必然使转速超调。超调后出现△U<0,使SR退出饱和,转速环才参与转速调节,使电动机转速稳定下来,并保持在给定速度下运转。

2.3 突加负载时系统的工作

当电动机突加负载时,轴上转矩的平衡遭到了破坏,从而产生了电动机转速的降落。在这个系统中,是靠测速发电机测出这个转速降落,反馈到转速调节器的输入端,使它发挥调节作用(此时SR为不饱和状态),此时电流调节器跟随Usim发挥调节作用,使电动机电枢电压加大,电动机的转矩增加,经过一段时间的调节,最后电动机轴上转矩达到新的平衡。由产生与原来一样大小的转矩,来与负载转矩相平衡。这样就可能维持电动机转速不变,抵抗电网电压波动的影响。

由此可见,当电网电压波动时,主要是靠电流调节器来发挥调节作用的,而转速调节器的作用却不显著,往往在电动机转速还没有发生显著变化时,电流调节器已经使电动机恢复了转矩平衡,达到了使转速稳定的目的。

3 结论

综上所述,转速调节器和电流调节器在双闭环调速系统中的作用可以归纳如下:

3.1 转速调节器的作用

3.1.1 使转速跟随给定电压变化,并实现稳态无静差。

3.1.2 对负载变化起抗扰作用。

3.1.3 其输出限幅值确定允许的最大电流。

3.2 电流调节器的作用

3.2.1 对电网电压波动起及时抗扰作用。

3.2.2 起动时保证获得允许的最大电流。

3.2.3 在转速调节过程中,使电流跟随其给定电压变化。

3.2.4 当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,从而起到快速的安全保护作用。

双闭环调速系统由两个调节器分别调节转速和电流,这两个调节器可以分别设计,分别调整(通常先内环,后外环),结构合理,调整方便。由于采用PI调节器,可实现静态无静差,因此具有良好的稳态性能。同时也具有良好的动态性能。系统还能较好地抑制负载变化、电网电压波动等扰动对转速的影响,系统的抗扰能力强。因此双闭环调速系统获得了广泛的应用。

摘要：由于转速负反馈和电压负反馈调速系统中只有一个反馈闭合回(环)路,所以通常称为单闭环调速系统。当采用PI调节器控制时也可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差,即具有良好的静态性能。当对系统的动态性能要求较高(例如要求快速起制动等),单闭环系统就难以满足需要。这时,应用更普遍、更典型的是转速、电流双闭环调速系统。下面将介绍该系统的组成和工作原理。