數(shù)字控制系統(tǒng)課件

1、數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)-單片機控制 隨著電力電子技術(shù)、單片機和DSP技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字化直流電機PWM調(diào)速是新的發(fā)展趨勢2。本文提出了一種基于單片機芯片的數(shù)字控制系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的模擬PI調(diào)速系統(tǒng)，以提升調(diào)速系統(tǒng)的性能. 1 引言 12 系統(tǒng)的工作原理 2設(shè)計中采用圖2所示的直流電機H型雙極性可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)，PWM由單片機控制。 343 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)主要包括上位機、速度給定、速度檢測、速度顯示、電流檢測、溫度檢測、主電路和驅(qū)動電路等。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 53.3驅(qū)動隔離電路設(shè)計 73.4保護電路設(shè)計 83.6鍵盤/顯示電路設(shè)計 鍵盤/顯

2、示電路主要通過LCD液晶顯示屏顯示轉(zhuǎn)速反饋值，通過設(shè)定5個獨立按鍵進行電機的控制。5個按鈕開關(guān)分別控制直流電機的啟動、停止、轉(zhuǎn)向、加速和減速的5個狀態(tài)，鍵盤控制電路用單片機的P2口來完成。液晶顯示器利用單片機的P0口來完成顯示控制。104 單片機數(shù)字PI控制的實現(xiàn) 115系統(tǒng)電機控制軟件設(shè)計 通過控制總中斷使能EA控制電機的開關(guān)。采用定時器T0對PWM脈沖的寬度定時，對脈沖寬度的調(diào)整是通過改變高電平的定時長度 122.直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)?？刂?轉(zhuǎn)速外環(huán)主要用于增強系統(tǒng)抗負載擾動的能力和抑制轉(zhuǎn)速波動，是系統(tǒng)的主要控制環(huán)節(jié)。為進一步提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能，轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器采用內(nèi)?？刂破?，電流環(huán)仍然采用PI調(diào)

3、節(jié)器，其參數(shù)采用工程設(shè)計方法設(shè)計，將其校正為典型I型系統(tǒng)。 143 系統(tǒng)硬件設(shè)計 155.仿真試驗研究 17仿真試驗結(jié)果PI控制 IMC控制 18 設(shè)計的內(nèi)?？刂破鱍(s)是一種超前型控制器。當系統(tǒng)啟動突加給定時，其輸出很快處于飽和限幅狀態(tài)，從而使電動機在最大電流下實現(xiàn)恒流升速，加快了起動過程，這與采用PI調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一致的。但由于這時內(nèi)?？刂破鱍(s)沒有積分累加作用，當電動機轉(zhuǎn)速接近給定轉(zhuǎn)速時，它就退出飽和限幅狀態(tài)，因而也就不會產(chǎn)生退飽和超調(diào)。基于內(nèi)?？刂频霓D(zhuǎn)速環(huán)分析 19數(shù)字式交流調(diào)速系統(tǒng)（張力控制系統(tǒng)）-PLC控制 1.兩電機張力伺服控制系統(tǒng)的硬件模型 20 這是一個鋼帶卷繞系統(tǒng)的最

4、簡設(shè)置，電機1為從電機執(zhí)行張力控制，電機2為主電機執(zhí)行系統(tǒng)的速度控制。不計轉(zhuǎn)輥與皮帶之間的粘磨系數(shù)和滑磨力，兩電機與轉(zhuǎn)輥間的齒輪比是15：1，卷繞系統(tǒng)的數(shù)學模型如式(1)-(3)所示。在本論文中，張力的數(shù)學模型如式(3)所示，系統(tǒng)中兩電機之間帶狀加工物張力大小與兩電機的速度差大小成正比 21 在多電機同步傳動系統(tǒng)中，第一臺電機為主電機，它決定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，其他電機為從電機，從電機的速度向主電機看齊。為了保證生產(chǎn)設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，要求各臺電動機之間必須協(xié)調(diào)運行，使各臺電機之間轉(zhuǎn)速始終保持一定的比例關(guān)系，這就是多電機同步傳動控制問題。實際系統(tǒng)實現(xiàn)時，有時并不一定要求各臺電機之間的轉(zhuǎn)速完全相等，而更一般的

5、情況是要求各臺電機之間必須協(xié)調(diào)地運行，達到張力控制的要求，通過控制從電機的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)張力保持而能夠協(xié)調(diào)地運行，從而實現(xiàn)多電機傳動系統(tǒng)的同步。 多電機同步傳動系統(tǒng)22神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 243.系統(tǒng)的硬件組成 25（1）機械部分 實驗裝置的機械部分由四套軋輥、三套鼠籠式交流異步電機及機械減速裝置、三套帶張力和位移檢測的浮輥、聚酯織物皮帶和兩套傳動輥等組成。電機軸與軋輥之間使用行星擺線針輪減速機實現(xiàn)15:1的減速比，使用螺栓分別將電機軸與軋輥進行剛性連接，可以靈活的組成單機、雙機、三機實驗系統(tǒng)。 27（2）負載部分 考慮到多電機同步系統(tǒng)的負載不均衡，應(yīng)使每一臺電機所加的負載都可以獨立調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)模擬實

6、際工況下負載的多樣性，所以在3個滾軸上分別安裝了磁粉制動器，磁粉制動器根據(jù)電磁原理和利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩，使用直流電作為勵磁電源，它具有勵磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系的特點，在與滑差無關(guān)的情況下能夠傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單。這里磁粉制動器選用的型號為CZK10，其參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩為10Nm、滑差功率為3KW、激勵電流為3.2A。 28參數(shù)檢測部分 電機速度信號檢測速度采樣時使用西門子公司的高速計數(shù)模塊FM350-1對光電編碼器發(fā)出的脈沖進行計數(shù)。FM350-1模塊是用于簡單計數(shù)任務(wù)的單通道智能計數(shù)模塊，直接連接增量式編碼器。實驗中選用型號為YGM-615的增量式圓光柵編碼器對電機速度

7、信號進行采集，其工作電壓5V、每轉(zhuǎn)2048個脈沖。實驗中選擇M法實現(xiàn)計數(shù)：即計數(shù)器計取規(guī)定時間內(nèi)光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)，由此測得的速度為：2930皮帶張力檢測 對兩臺電機間皮帶張力的檢測，采用了兩套合肥森特傳感器公司生產(chǎn)的SL100型傳感器，其工作電壓為直流12V，輸出電壓為05V，量程為50，其標定資料如下： 31電氣部分 研華工控機：采用一臺工控機作為上位機運行西門子監(jiān)控軟件WinCC6.0和編譯組態(tài)軟件STEP7。 可編程控制器PLC：采用一臺西門子S7-300 PLC作為下位機控制器，控制兩臺變頻器。選用CPU型號為315-2DP, 該CPU具有MPI通訊口支持MPI通訊和DP通訊口支

8、持PROFIBUS-DP通訊；它具有中、大規(guī)模的程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力，可以滿足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法中有大量浮點運算的要求。另外配置一個電源模塊PS307 10A，該模塊為交流220V供電，提供四路24V直流電源；一個模擬量輸入/輸出模塊SM335（AI4/AO43214/12bit）實現(xiàn)系統(tǒng)輸出張力信號的采集；一個數(shù)字量輸入模塊（DI16DC24V，Alarm）實現(xiàn)開關(guān)量啟?？刂疲灰粋€高速計數(shù)模塊FM350-1實現(xiàn)對光電編碼器發(fā)出脈沖的計數(shù)， 33 變頻器：采用三臺西門子MMV變頻器執(zhí)行交流異步電機變頻調(diào)速控制，型號為XAN283MV397C，參數(shù)為：

9、輸入380/500V、11.1A、4763Hz；輸出0Input V、7.70A、0650Hz；電機3000w。 三相異步電機：采用三臺三相異步電機，型號為Y100-4，額定功率為2.2kW，額定電流為5A，額定轉(zhuǎn)速1420r/min。 34（5）通訊部分 系統(tǒng)通訊由兩部分組成：上位機與PLC之間的MPI通訊，PLC和變頻器之間的PROFIBUS-DP通訊。S7 CPU315-2DP具有MPI通訊口和PROFIBUS-DP通訊口，一方面，通過一根MPI通訊電纜將工控機內(nèi)通訊卡CP5611的通訊口和PLC上的MPI口相連，進行MPI通訊實現(xiàn)WinCC和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸和STEP7程序的下載。

10、另一方面，在西門子MMV變頻器上加掛PROFIBUS模塊CB15，通過PROFIBUS通訊電纜將PLC上的DP口和PROFIBUS模塊CB15上的RS485口相連，進行PROFIBUS-DP通訊，實現(xiàn)PLC對變頻器的現(xiàn)場控制。 3536（1）硬件連接 采用屏蔽的雙絞銅線電纜和PROFIBUS總線連接器將CPU315-2DP上的DP口與兩臺變頻器前面板上安裝的PROFIBUS-DP模塊CB15上的RS485口相連。PROFIBUS總線連接器使用9針D型連接器并帶有終端電阻，終端電阻的作用在于消除總線上的相互干擾。將接插在CPU315-2DP的DP口上的PROFIBUS總線連接器的終端電阻設(shè)置為O

11、FF，第一臺變頻器前面板上的PROFIBUS總線連接器的終端電阻也設(shè)置為OFF，第二臺變頻器相應(yīng)終端電阻設(shè)置為ON。 PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊 37（2）MMV變頻器在多電機傳動中的設(shè)置 P918=7 設(shè)定PROFIBUS-DP從站地址，本課題系統(tǒng)中兩臺變頻器的站地址分別設(shè)置為7和8。P927=1 設(shè)定PROFIBUS-DP本地遠程參數(shù)控制：0=本地參數(shù)控制；1=遠程參數(shù)控制，本系統(tǒng)中為遠程參數(shù)控制。P928=1 設(shè)定PROFIBUS-DP本地遠程狀態(tài)控制：0=完全本地控制；1=完全遠程控制；2=部分本地控制（遠程控制頻率）；3=部分遠程控制（本地控制頻率），本系統(tǒng)中為完全遠程控制。

12、P963=7 顯示PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)波特率（只讀）：0=未找到波特率；1=波特率=9600bps；7=波特率=1.5Mbps。 38（3）確定通信報文 3940根據(jù)圖5.6中控制字各位的含義，在起動電機前，必須先讓PZD1=447EH使變頻器復位，再使PZD1=447FH起動電機，電機的運行頻率由PZD2設(shè)定；若再使PZD1=447EH則電機停止運行，此時PZD2的值無效。 41 當PLC執(zhí)行用戶程序時，變頻器1的控制字和給定頻率值寫到它的通信接口區(qū)PQW256和PQW258變頻器2的控制字和給定頻率值寫到它的通信接口區(qū)PQW260和PQW262 通訊程序設(shè)計 42基于STEP7的下位機PLC控制軟件設(shè)計 硬件組態(tài)與模塊參數(shù)配置 43 兩臺MMV變頻器的PROFIBUS-DP從站地址分別設(shè)置為7和8，用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選為PPO3型。變頻器1的通訊接口區(qū)地址為P