电机的转速检测及脉宽调速器设计
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毕 业 设 计(论 文) 设计(论文)题目: 电机的转速检测及脉宽调速器的设计 学生姓名:二级学院:班级:提交日期: 27 目录目 录摘 要III第一章 绪论11.1 前言11.2 课题的研究背景11.3 课题的主要研究内容2第二章 系统总体设计方案32.1 PWM调速系统方案32.2 电机速度检测方案6第三章 控制系统硬件设计73.1 可编程控制器PLC73.2 速度检测元件83.3 驱动电路及电机调速电路设计9第四章 系统软件设计114.1 西门子编程软件介绍114.2 PLC程序设计11第五章 结论21参考文献22附录23 摘要电机的转速检测及脉宽调速器设计摘 要 PLC是在近现代工业中迅速发展起来的一种控制系统,具有通用性高、稳定可靠、操作方便快捷等特点,因而在电力、化工、食品等行业中有着广泛的应用,成为了推动产业发展的重要组成力量。在本次设计中以电机的转速检测及脉宽调速器系统进行研究。并设计出基于PLC控制的直流电机PWM调速系统。西门子可编程控制器具有脉宽调制功能,用于产生PWM调制波以驱动电路。利用可编程控制器的脉宽调制输出驱动直流电机驱动电路实现直流电机的平滑调速。利用CPU的高速计数功能结合编码器实现电机的速度检测。关键词:PLC;调速;速度检测 第一章 绪论 第一章 绪论1.1 前言在工业生产生活中,直流电机具有良好的调速及启动特性。此种类电机可在各种工况下实现调速性能的稳定。通常理论上的调速方法可分为三种即:调励磁、调电压、调电阻等调速方式。在通常的电机调速中,一般都是集成运放、晶体管等电气元件,此通常方式具有结构复杂、稳定性较差、故障率高等缺点。在本设计中以PLC作为调速系统的控制核心。其设计的系统稳定性高、使用调试等方便等多个优点。1.2课题的研究背景在各种行业的生产线上调速是一个经常遇到的问题,且很多系统中,调速性能一般都是整个系统的核心。目前工业自动化系统中电机调速方法有很多种,不同的调速方法在不同的领域有着独特的应用。调速技术也随着自动化应用的推广,发展的更加迅速,调速系统的稳定性及精度是电机调速技术发展的核心。实际上在自动化生产的多个领域中,交流调速技术已大范围推广且应用。交流调速技术也已发展的相当完善。但是交流调速技术在高启动场合、高要求方面一直难以突破,使直流调速也有了其存在的舞台。其调速的高精度、高可控性、高启动特性等都是变频性能难以达到的。基于以上原因,直流调速系统在工业生产中一直还占有着相当重要的地位,有必要对直流调速系统做更深层次的开发和应用。1.3 本课题的主要研究内容PWM脉宽调制技术是一种先进的调速技术,具有波动小,电流连续,范围较好等特点。可编程逻辑控制器,是一种采用可编程的存储器,自其出现以后,便以其独特的优点得到迅速的发展和普及,并在化工、制药、机械制造、食品等行业中迅猛发展。PLC有稳定性高、集成程度高,控制简单等特点。将PLC技术与PWM脉宽调制技术相结合,将PLC稳定、易用特点与PWM高调速性能相结合是未来直流电机调速发展的一个方向。同时利用可编程控制器的计数与计数检测技术相结合对电机速度进行精确检测。利用闭环控制技术对速度进行控制。 第二章 系统总体设计方案 第二章 系统总体设计方案2.1 PWM调速系统方案脉宽调制技术中,如果几个冲量相同而状态不一样的话加在驱动上,其驱动结果是一样的。例如图2.1中所示的三个脉冲,其中图2.1的第一个为矩形脉冲,图2.1的第二个为三角脉冲,图2.1的第三个为弧形脉冲,这几个示意面积都相同,其如果作用于一个惯性环节上时,其等效作用应该是一样的。图2.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲在现代工业生产中,电机调速大部分是数字脉宽调制技术。电机采用数字脉宽调制技术也是调速系统发展的一个趋势,也是拖动技术发展的主要方向之一。采用数字脉宽调速技术使整个调速系统的可靠性得到极大的提高。其电机转速的的各种调速参数也提高到了一个比较高的水平。其调速系统的各项参数能比较好的满足生产的需要。由下图2.2所示可得出其等等效电压为: 图2.2 PWM脉冲,若令,即为占空比,则上式可化为: (U为脉冲幅值) (2.1)若调制波为下图所示波形,那么可计算出入下公式所示的计算电压公式即: (为矩形脉冲占空比) (2.2)图2.3 周期性PWM矩形脉冲由式2.2可知,在计算中需要改变公式的计算输出值,可以改变公式中相对应的各个不同参数来实现。而脉冲幅值在调速系统中一般不进行改变的,因改变其幅值需要的成本投入较大,且稳定性不高。一般都是改变其占空比来达到改变其等效电压。改变占空比的大小既能对电机转速进行连续平滑的调整。脉宽调制具有波动小,容易进行稳定性控制,不用再系统中串入大电感,仅仅依靠电枢电流就可滤波,系统特性稳定且调整起来比较方便。主电路损耗小,效率较高。本次设计中使用西门子s7-200系列PLC控制产生及输出PWM脉宽。此系列控制器是德国西门子公司研发的一种微型PLC控制器。以其低廉的价格,较高额性能在工业生产中获得了较高的应用。S7-200PLC提供了各种不同的自动化应用功能。能够较好的满足工业生产中的应用。强大的功能、良好的性价比、稳定的使用性能使该系列PLC成为了广大工控人员的首选。可编程控制器有两个可用的脉宽调制功能,可以在进行使用时产生不同的调制功能。两个PWM生成器分别输出到不同的脉宽调制输出点中。从PLC的两个输出到外部控制电路。从而控制外部驱动电路达到控制电压占空比的功能。在两个PWM生成器中其控制字节、脉冲周期、脉冲宽度等存储在特殊存储器中。在使用时,可在程序或者控制界面中随时调整脉宽调制的控制参数。在使用中转速给定值通过调速电位器进行转速设定,使转速可连续平滑可调。电位器输入为外部控制端输入,需在程序中进行所测得的数据处理,将所测转速值输入转化为程序的外部控制输入。设计中将电位器信号接入AIW0中。在程序中将速度调节设计为闭环PID控制,以达到转速值得精确控制。通常闭环控制的组成原理可由下图所示,闭环系统由计算部分,反馈部分、执行部分三部分组成。 图2.4 PID控制系统原理框图PID控制是可看作是一种闭环计算程序,它根据所要求达到值与实际所测值构算输出: = (2.3)通过偏差在数值计算中分别将比例、积分、微分等部分值计算出来,然后将三部分计算值进行累加得到最终数值。在通常的实际工业应用中,会根据不同的生产状况及参数调节要求,可对闭环控制的各个系数部分进行调整,组成不同的调节环节。 (2.4)式中,为比例系数,为积分时间常数,为微分时间常数。以下对各个部分的调节效果及参数设置进行简单介绍:(1)比例环节:是调节中最重要的控制部分,在调节的计算中设定值与所测至一旦产生超出死区值,调节器可根据比例系数的大小迅速计算出比例输出值使其减小。(2)积分环节:此环节的主要作用是减小系统的非动态计算偏差,如果系统中只是有比例环节,其最终调节效果是有差的。当加入此控制环节后,将消除其最终调节的计算值。此部分的控制可通过调节设置系数来达到。当设置系数越大,其调节作用越弱,即次部分系统的强弱与设置系数成反比。(3)微分环节:并能在计算出现大的误差的值变得超出预期以前,在计算结果前加入此环节的计算值,从而使调节速率加快,使最终的误差减小。由式2.4可得,模拟PID调节器的传递函数为 (2.5)本次设计中将电机转速作为控制处理程序的反馈,将外部速度给定值作为控制处理程序的设置值。控制程序输出值送到PWM处理程序的脉宽输出去输出到所需的电路中。在S7-200系列PLC中可以使用8个PID控制回路,其PID控制子程序可通过指令向导自动生成。自动生成的PID控制子程序中可根据需要设置PID回路的反馈值、PID回路的给定值、PID回路的输出值等基本参数。在控制程序中还能设置控制回路的手自动控制功能。在手动功能中可屏蔽回路的程序计算,直接将手动给定值输出到控制回路的输出中。在控制回路计算中,还可以根据需要随时控制回路运算的各个控制部分的系数。通过改变积分系数可随时调节回路运算的调节效果。本次设计中将速度检测值作为PID回路的反馈值,将外部速度值电位器给定作为PID回路的给定值,其PID运算输出输出到PWM脉宽参数中,达到改变PWM脉冲宽度的目的。从而达到电机速度的闭环控制。2.2 电机速度检测方案在工业生产中,电机速度检测系统是一个比较重要的环节。因为常常工业生产工艺中都需要转速稳定及精确。如果没有速度检测环节,那么整个系统就是不完整的。当出现故障时不能及时发现,而可能引起更加大的后果。在现代工业生产中常用的测速方法有多种已经使用比较成熟的方法,且在现场实际应用中应用也都比较广泛的使用。这几种测速方法都比较通用。而各个测速方法都有其适用的领域。其中光电码盘测速法在工业实际应用中因安装简便及测量精度高,使用比较广泛。本次电机转速设计方案中,采用增量式检测元件作为检测元件。S7-200 CPU具有集成高速计数器。CPU221和CPU222可以使用四个高分辨率或者两个低分辨率的计数器,而更高级别的控制器可以使用更多个相同分辨率下的基数器。可编程控制器的计数器中有许多工作方式可选,但也不失每个计数器都支持每种方法,在使用时还需参考手册进行选择。其高速计数器一般可分为四种类型,在本次设计中采用A/B相正交计数器进行设计。因A/B相正交计数器在工业应用中比较普遍,且一般价格比较低廉,性价比较高,也能满足各种不同医用。本次设计中利用S7-200PLC的高速计数接口接收编码器的信号测量直流电机的转速,具有较高的稳定性及很高的精确度。 第三章 系统硬件设计 第三章 系统硬件设计3.1 可编程控制器PLCPLC是在近现代工业中迅速发展起来的一种通用的工业自动化控制装置,具有通用性高、稳定可靠、操作方便快捷等特点,因而在电力、化工、食品等行业中有着广泛的应用,成为了推动产业发展的重要组成力量。其由中央处理单元、存储器、输出输出接口模块、通讯模块等部分组成。PLC与组态软件的结合,充分发挥了组态软件的优势,同时也将PLC易于组网的特点融入其中。本次设计采用CPU224 AC/DC/继电器PLC。具体型号为6ES7 214-1BD23-0XB8。可编程控制有两个脉宽调制功能可用,可根据参数设定的不同产生不同的调制特性。利用其自带PWM功能,不需要增加任何其他组件即可输出脉宽调制信号,对于成本及稳定性将具有比较大的优势。而且其自带PWM脉宽调制具有比较强大的功能。其脉冲周期可由10us到65535ms之间可调,其脉宽时间可由0us到65535ms之间可调,具有非常大的调制范围。其运行时更改脉宽调制的效果时亦提供了两种方式可选,第一种为同步方法:如果不要求改变控制的时间基准,则可以使用同步方法。利用同步方法,信号的控制方式不是在程序中随时改变,提供平滑转换。第二种更新方式称为异步方法。异步更新方式用于需要改变PWM发生器的时间基准。通常来说,对于普通应用来说,不需要改变其时间基准,所以在工业应用用同步更新方式应用更为广泛。而且使用异步方法会引起控制的方式不稳定,引起设备的不稳定。由于这个控制的不稳定性,建议采用第一种方法。选择一个适合于所有周期时间的时间基准。在上述两种方式下,可方便的对脉宽输出进行更改,来获得平滑及稳定的调速性能。CPU224具有集成的脉冲计算功能。每个计数器有用于各种控制参数的专用引脚,引脚参数设置的不同可产生不同的控制效果。在不同的模式下有不同的计数速率。可编程控制器支持六个高速计数器:HSC0到HSC5。计数器能够对脉冲进行高速计算而不影响其他程序的运行。在工业生产中高速计数器都用于接收编码器信号。编码器安装于设备的转动轴上。可编程控制器的计数器支持四种计数器计数方法,这四种计数方法可根据现场的实际工况进行选择,每种工况在理想情况下会有一种模式与其对应。因本次设计中高速计数器功能只用于对速度检测,接收增量式编码器的信号。增量式编码器提供A/B相正交脉冲输出信号。可对转速及转速方向同时进行检测。CPU224系列PLC中可以使用8个PID控制回路,其PID控制子程序可通过指令向导自动生成。在程序中可根据需要对PID的比例、积分、微分等参数进行修改。CPU224选型实物图如下图所示:图3-1 PLC选型实物图3.2 速度检测元件通产机械速度测量方法可分为两大类,第一类被称作为直接测量法法,通过直接观察机械或电机机械运动,测量特定时间段的机械旋转次数,从而计算出机械运动的速度。此种测速方式在高速应用及对很高的要求时不能采用。第二种就是间接测量方式就是将转速转化成一些在工业现场中能比较容易且方便进行测量机计算的一些量值,然后对这些易检测及处理的量至进行处理而简接得出需要量。目前工业应用中通常采用的就是间接测量方法。而且随着测速技术的发展,间接测量方法已经能达到一个非常高的精度。目前在实际工业现场的应用中已经有多种测速方法可选,而且已经普遍应用的几种测度方法都比较成熟。在应用中的精度及稳定性也能满足实际的工业需求。目前,工业生产总应用最广泛的就是光电码盘测速法。是一种使用简便而且安装也较为简便的检测方法。其检测装置安装在转动轴上,随着被检测物体动作。当有光照射在其上时,利用其内部接收元件接收光照。通过内置元件的输出就能间接测量出转动速度,同时就能测量出电机的转动速度。旋转编码器是由上述的检测理论研发出的一种测量装置。旋转编码器一般安装在电机输出轴上,随着电机一起转动。旋转编码器安装简单,可有好多不同的安装方式。通过不同的安装方式可应用于不同的领域。同时编码器接线也较简单。其IP防护等级也能达到高防护等级级别。可应用于恶劣环境中使用。它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。在工业应用中,编码器一般分为可根据其制造工艺及其测量的数值种类而划分。增量型的制作工艺较绝对值式编码器来说相对较简单。故其价格也相对低廉。此种检测装置每转过一个角度会发出一个脉冲信号,通常为A、B及Z相。通过AB相的检测可对其速度进行计算,还能对转轴的转动方向进行判断。绝对值型编码器每个位置都有其一个固定的计算值。可通过其输出判断其绝对位置值。此种检测装置一般应用于高精度数控机床等应用中。在断电后无需回零操作即可判断机械设备所在的准确位置。本次设计中因只是对转速进行测量,无需功能更高级的绝对值式编码器,工业中通用的增量式编码器就能满足系统设计要求。本次设计中采用欧姆龙E6B2-CWZ5B型编码器。供电电压为5V或者24VDC。输出A/B两相脉冲信号。选型实物图如下图所示:图3-2 编码器选型实物图3.3 驱动电路及电机调速电路设计在PWM脉宽经PLC输出后,还需直流电机驱动电路对直流电机进行驱动,电机才能旋转。驱动电路是将电压施加到由电子器件组成的驱动电路上,其组成驱动电路提供晶体管导通需要的驱动信号,从而使四个晶体管交替导通,提供的电压转换成所需的电压作用到直流电机上,为使电机按预设的转速值能进行转动。3-3 驱动电路设计图3-4电机调速电路 第四章 系统软件部分 第四章 系统软件部分4.1 西门子编程软件介绍STEP 7-Micro/WIN是西门子公司设计的在Windows环境下使用的PLC编程软件,它能够完成S7-200系列PLC梯形图、指令表等的编辑。该软件简单易学,具有强大的工具箱和良好的视窗窗口。编程时,既可用键盘操作,也可用鼠标操作。操作时可联机编程,也可脱机离线编程。该软件可进行梯形图编程、STL编程。此外,该软件还可对以太网、PPI网等通讯选项设定,并具有完善的诊断功能,能方便地实现网络测试,程序上传、下载。4.2 PLC程序设计和流程图在对方案确定及程序设计准备工作完成后,即可进行可编程控制器程序部分的设计。在PLC程序设计部分主要完成电机速度检测部分程序及脉宽调制程序的设计。下图是本程序的基本流程图。4.2.1 电机速度检测程序 在电机速度检测程序部分,采用欧姆龙E6B2-CWZ5B型增量型编码器,输出A/B两相脉冲。CPU224具有集成的计数功能,且其丢脉冲及计算失误的情况比较少,可靠性较高。每个计数器有用于时钟、方向控制、复位和启动的专用输入,根据输入参数设置的不同会产生不同的控制效果。能够多外部脉冲进行高速的计算而不影响别的程序的计算,在不同的模式下有不同的计数速率。该系列PLC支持六个高速计数器。在工业生产中高速计数器都用于接收编码器信号。检测元件安装于设备的转动轴上。本次设计中将检测元件安装于转动轴上,其检测元件输出接到I0.0及I0.1高速输入端。可编程控制器有多种工作模式可以进行选择,在应用中每种工作模式都有其应用的实际工况。在一些复杂应用中可能还需对工作模式进行进一步的处理才能满足实际的需要。在应用时还需根据具体实际情况对计数器类型进行及计数模式进行选择。CPU224高速计数器模式及相应输入点如下图所示:图4-6 高速计数器模式本次设计中因只是速度检测未涉及到位移检测等,故选用模式9可满足设计需要。占用I0.0及I0.1两个输入点。选用高速计数器HSC0.程序部分如下图所示:图4-7高速计数器初始化此部分为HSC0初始化程序,具体含义解释如下:1.在CPU上电时调用执行初始化操作的程序。由于采用了这样的程序调用,在后续程序计算中不再对该程序进行调用,减少了程序执行时间。2. 初始化子程序中,需要对SMB47存储器进行初始化。初始化完成后会启动计数器并将各参数值写入计算程序中。3. 在计数器输入设为0,计数器输入设为下列其中一个数值时,执行下一个指令。 4. 向特殊寄存器中(双字)设置初始值。5. 向特殊寄存器中写入程序的预置值。6. 然后设置一个中断事件,在有些使用场合,需要对高速计数进行中断时需要用到,因为在主程序中执行速度没脉冲计算快。7.对中断程序执行后,还需要在程序中对中断程序进行复位。其复位程序及复位模式也不是在主程序中进行的,还是在高速计算程序中进行的。8. 在程序中允许对高速计数器执行中断,但该作用在本次设计中为使用。9. 执行高速计数器指令,程序开始对高速计数器执行扫描。执行完上述初始化程序后,还需对速度值进行处理,程序如下:图4-8速度值处理该段程序含义为:将高速计数器计算出速度值存入VD0中。并将速度值转换成0-100间数值存入VW28中,为后续PID程序中提供检测值。4.2.2 脉宽调制程序CPU224有两个脉宽调制发生器,这两个脉宽调制发生器可用于不同的脉宽调制功能。利用其自带PWM功能,不需要增加任何其他组件即可输出脉宽调制信号,对于成本及稳定性将具有比较大的优势。而且其自带PWM脉宽调制具有比较强大的功能。其脉冲周期可由10us到65535ms之间可调,其脉宽时间可由0us到65535ms之间可调,具有非常大的调制范围。其运行时更改PWM信号波形时亦提供了两种方式可选,第一种为同步更新:如果时间周期是确定的,则可以使用这种更新方式。利用该种更新方式,脉宽调制输出比较平稳不会出现大的波动。第二种更新方式称为异步更新。异步更新方式用于需要改变PWM发生器的时间基准。通常来说,对于普通应用来说,不需要改变其时间基准,所以在工业应用用同步更新方式应用更为广泛。而且使用异步更新会引起脉宽调制波形的不同步,引起设备的不稳定所以通常来说会选择同步方式。选择一个适合于所有周期时间的时间基准。在上述两种方式下,可方便的对脉宽输出进行更改,来获得平滑及稳定的调速性能。脉宽调制产生产生一个可根据需要变化的占空比。可在程序中对其占空比进行连续技稳定的调节。其脉宽调制控制周期可在程序中进行设定。脉宽时间可在程序中进行方便的设定及修改。在程序中可通过对相应特殊寄存器参数的更改方便的对脉宽周期及脉宽进行设定,以达到平滑调速的目的。当计算的脉冲达到满周期设置值时,输出为常1接通,即电机以额定转速旋转。当程序将脉宽计算为一个小于或者等于零值时(使占空比为0%),输出将停止,即电机停止转动。在CPU224中进行PWM程序编程时是使用SM特殊存储器来配置和控制PWM操作的。特殊寄存器是CPU224中不同于M及V存储器的一种系统特殊存储器。PWM指令系统中需要一个字节存储器,存储PWM指令的设定方式。一个周期周期存储器及一个脉宽存储器。周期存储器中存储程序设定的脉宽调制的计算的脉冲计算值,这个脉冲计算值在初始化时给定。当然在异步模式下,也可在程序中对脉冲周期进行更改。本次设计中使用同步更新方式,所以在初始化完成后将不会对脉冲周期再进行更改。脉冲宽度存储器中设置需要的脉冲宽度,该脉冲宽度为程序计算所得,该脉冲宽度是控制电机转速的关键值,需根据电机速度设定指令随时进行更改脉宽。调制功能功能在输出端进行激活,脉宽调制生成器控制输出,正常使用输出点禁止。脉宽调制指令会从存储器中调用其设定值,使程序按照其存储值控制脉宽调制发生器。一个寄存器控制脉宽1,一个寄存器控制脉宽调制2。表4-1和表4-2对用于控制脉宽调制操作的寄存器进行了汇总。用其中的数值作为脉宽调制控制寄存器的值来进行程序的设计及计算。在进行PWM程序设计时,首先需对PWM设置进行初始化,初始化是完成对脉宽调制器的选择、即是在哪个输出端进行输出。完成对脉宽调制程序中周期更新方式的选择,即将脉宽调制更新方式选择为同步或者是异步方法。在初始化还需设置脉宽调制时间是否可以在程序中进行更改,在一般使用中,该项功能都应该是使能的。在对这些位变量进行初始化完成后,即可对调制周期及调制脉宽进行初始化工作。调制周期及调制脉宽需要对现场的实际应用状况进行评估计算后得出。一般脉宽调制周期在初始时可以设置的相对大一些。图4-9PWM程序初始化此处初始化将PWM设置为启用PWM计算,设置其更新方法为同步更新,将PWM周期设置为1S,脉宽宽度初始为0.在Q0.1上进行输出。在设计中转速给定值通过调速电位器进行转速设定,使转速可连续平滑可调。电位器输入为模拟量,需在程序中进行模拟量数据处理,将模拟量输入转化为数字量给定。设计中将电位器信号接入AIW0中。图4-10 电位器速度给定处理程序在该段程序中将AIW0转换成0-100之间给定值提供给PID处理程序的给定上。在程序中将速度调节设计为闭环控制,以达到转速值得精确控制。将电机测速反馈值作为PID处理程序的反馈,将外部速度给定值作为闭环程序的给定。闭环程序的输出值送到外部处理程序的脉宽输出控制电机的转速达到设定值。CPU224系列PLC中可以使用8个闭环控制回路,其闭环控制子程序可通过指令向导自动生成。在程序中可根据需要对闭环控制的比例、积分、微分等参数进行修改。STEP 7-Micro/WIN提供了闭环控制程序生成的向导功能,根据向导,对不同参数进行简单设置即可完成该功能的调用。在命令菜单中选择闭环控制的指令,然后在指令向导窗口中选择闭环控制指令。闭环控制器调节输出,以达到其设定值与反馈值间计算的误差为0,使系统达到控制精确的目的。计算误差是外部给定值和实际测量值的差。其PID简化算式为:OUT = Kp * en + KI * en + MX + KD * (en-en - 1)。其中:计算处置值 是在采样时间n时,回路输出的计算值,Kp是PID参数中比例部分参数,可在程序中进行更改。误差是当前计算周期n的回路误差值,在程序计算中还需对误差的上一个周期值进行记忆,并在微分部分进行使用,积分项的系数是控制系统的积分系数,微分项部分的系数是 该闭环控制的微分系数。在S7-200 PLC内部PID回路处理程序中主要是对比例项、积分项、微分项进行的处理。以下对其原理分别进行介绍。1) PID方程的比例项比例项OUTp是闭环计算中比例计算部分的输出。其中Kp决定了比例项在闭环计算中的输出大小,即决定了PID输出中对偏差值的灵敏度。偏差是闭环程序给定与测量值之间的差。控制器中对比例部分的计算如下:OUTp = Kp * (SPn - PVn)OUTp是在采样时间n时闭环控制计算的比例输出项值Kp 是PID控制回路的比例系数SPn 是在采样时间n时闭环控制的设定值PVn 是在采样时间n时闭环控制的反馈值2)PID方程的积分项积分项值OUTi与偏差和成正比。此系列控制器计算积分项的算式是:OUTi = TS / TI * (SPn - PVn) + MXOUTi 是在采样时间n时的回路输出积分项的数值TS 是PID控制回路采样时间TI 是PID控制回路的积分周期SPn 是在采样时间n时PID回路的设定值PVn 是在采样时间n时PID回路的反馈值MX 是在采样时刻上一个计算周期时的积分项的数值,积分和是所有积分项前值之和。其中采样时间闭环回路计算时闭环回路的计算周期值。而积分时间是闭环回路中影响积分强弱的参数。积分时间越大则积分越弱,积分时间越小,则闭环回路中积分部分作用越强。3)PID方程的微分项微分项值OUTd与偏差的变化成正比。此系列处理器使用下面公式进行微分计算:OUTd = TD / TS * (PVn - 1 - PVn)OUTd 是在采样时间n时回路输出微分项的数值TS 是PID回路采样时间TD 是闭环回路的微分周期,TD决定了微分项在闭环回路中的作用强弱。微分时间越大,则微分作用越强,微分时间越小,则微分作用在P闭环回路中的作用越弱。在工业生产实际使用时,通常初始调试时微分项作用都设置较小。SPn 是在采样时间回路的设定值。 SPn-1 是在采样时间n-1时回路的设定值。PVn 是在采样时间n时回路的反馈值PVn-1 是在采样时间n-1时回路的返回值在程序中PID程序的子程序及在主程序中调用分别如下图所示:图4-11 PID处理程序在主程序调用中,PID处理中VW28为速度检测处理值,VD12为速度给定处理值。同时该PID还具有手自动切换功能。在手动方式中将VD30值直接输出到V1W32PID输出中。PID输出值VW32是一个百分值(0-100),还需将其转换为0-1000间数值作为PWM处理程序的脉冲宽度设定值。如下图所示:图4-12 PID输出值处理在上图转换完成后,即可进行PWM处理程序的调用,在PWM处理中,将VW32送至PWM程序的脉冲宽度上。如下图所示:在以上程序中将VW32送至SMW70中,使PWM输出随PID计算值而变化,从而达到了闭环PID速度调节功能。输出脉宽可在0-1000间连续可调,也保证了电机速度的连续及稳定性。 第五章 结论 第五章 结论本论介绍了电机的转速检测及脉宽调速器设计的一个比较合理的设计思路,在本次设计中完成了电机测速方案,PWM调制方案及速度闭环PID控制方案的确定,及PLC硬件选型、编码器硬件选型、驱动电路图设计、及PLC程序编程等工作。在这次设计中通过使用编码器进行测速的方法,对编码器的选型及使用有了很深的体会。在对PWM调制方案设计中,对PWM控制方式的原理、使用都有了比较深的理解。在综合速度检测及PWM调制的PID设计中,对PID控制的发展原理、PID控制原理、PID的实际工程应用也都有了很深的理解。充分领会了现代化控制在生产生活中的使用方式及自控控制技术的优越性。通过这次设计,加强了我的创新意识、合作精神,也使我能够将理论知识更好的运用到实践当中去,能够在实践中发现问题、解决问题。综上所诉,本次设计是一整套完整的过程控制系统,通过前期大量准备工作和软件部分的设计,达到了所要求的目的。 参考文献 参考文献参考文献:1 周渊深、姜建国.PLC在双闭环调速系统中的应用J.连云港化工高等专科学校学报,1999,12(4):810.2 许晓峰电机及拖动北京:高等教育出版社,2004 3 常慧玲.传感器与自动检测M.北京:电子工业出版社,20103 电力电子学电力电子变换和控制技术M.高等教育出版社,2002.4 高美霞,黄小芹.直流PWM调速系统研究.包头钢铁学院学报,2000年19卷4期,起止页码:336-338. 5 陈伯时,电力拖动自动控制系统M,机械工业出版社,2004:233262.6 李宜达编著,控制系统设计与仿真M,北京:清华大学出版社,2004:1102007 訾贵昌.PLC在直流电动机双闭环调速系统中的应用J.辽宁工程技术大学学报,2004,23(6):796798.8 薛迎成.PLC与触摸屏控制技术(第二版)M.北京:中国电力出版社,2014.9 熊琦,周少华.电气控制与PLC原理及应用M.北京:中国电力出版社,2008.10 一种智能混合液体生成系统P.康群,2016.11 罗飞.电力拖动与运动控制系统M.北京:化学工业出版社,2007.12 Ren Sheng-le. 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电机的转速检测及脉宽调速器设计,电机,机电,转速,检测,调速器,设计
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