【正文】 模糊 PID 控制 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 經(jīng)過(guò)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)最后選用參數(shù) Ke=， Kc=， Ku= 作為模糊部分的參數(shù)，在給定值為 1000r/min,其實(shí)時(shí)控制曲線(xiàn)如圖 所示。而后系統(tǒng)調(diào) 節(jié)了 1s 便進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，所以得到調(diào)節(jié)時(shí)間為 8s。說(shuō)明系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，反應(yīng)慢，精度高。如圖 。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)如圖 所示。 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì) OPC 服務(wù)器的建立 打開(kāi) “RSlinx Classic Gateway”， 再 點(diǎn)擊菜單欄 “DDE/OPC”，在下拉菜單中點(diǎn)擊“Topic Configuration”，在通信驅(qū)動(dòng)中選擇正確的通信路徑，如圖 所示，左側(cè)點(diǎn)擊 “New”，新建 OPC 服務(wù)器的名字 “bianpinkongzhi”，點(diǎn)擊下側(cè) “Apply”點(diǎn)擊確定。 ? 組合輸入信號(hào)的“總和值”，表示了各類(lèi)輸入的作用總效果，相當(dāng)于生物神經(jīng)元的膜電位； f 是神經(jīng)元的激活函數(shù)，表示輸入和輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般都是非線(xiàn)性的。得到模糊控制表，將它定義成一個(gè)二維數(shù)組，用查表的方法得到 U。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 模糊 PID 程序設(shè)計(jì) 模糊 PID 流程圖 將模糊控制與 PID 控制簡(jiǎn)單的并聯(lián)，中間選用一個(gè)軟開(kāi)關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)偏差大時(shí)，則采用模糊控制，使系統(tǒng)快速反應(yīng)；即當(dāng)系統(tǒng)偏差小時(shí)，采用 PID 控制，消除穩(wěn)態(tài)誤差。 在 Configuration 中回路更新時(shí)間選擇 。 這時(shí)編程軟件會(huì)顯示 I/O OK 如 圖 所示 。 圖 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃未完成時(shí)的 I/O 狀態(tài) 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 打開(kāi) RSNetworx For ControlNet，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃。 圖 程序標(biāo)簽的添加 打開(kāi)“ MainProgram”文件夾下“ MainRoutine”，如圖 所示，即可打開(kāi)梯形圖程序編寫(xiě)界面。主要功能控制變頻器 的啟停和反轉(zhuǎn)。正確填寫(xiě)控制網(wǎng)通信模 塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)(01)和槽號(hào) (02)，如圖 所示，“ ElectronicKeying”選擇“ DisableKeying”，點(diǎn)擊 OK。 圖 通信驅(qū)動(dòng)選型示意圖 點(diǎn)擊“ RSWho”，如圖 所示，可見(jiàn)整個(gè)局域網(wǎng)上所有的連接單元的設(shè)備信息。 控制方案的仿真 比較 不同控制算法仿真比較如表 。選取 K使過(guò)程超調(diào)不太大，若此時(shí)過(guò)程從超調(diào)趨向平穩(wěn)的時(shí)間太長(zhǎng)，可增加 p? 、 d? ；若超調(diào)迅速下降而低于給定值，此后又緩慢上升到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間太長(zhǎng)，則可減少 p? ，增強(qiáng)積分項(xiàng)的作用。 當(dāng) Flag=0 時(shí)， sys 各變量值代表意義如下： sys[1]是連續(xù)狀態(tài)變量個(gè)數(shù)， sys[2]表示離散變量的個(gè)數(shù)， sys[3]輸出變量個(gè)數(shù)， sys[4]輸入變量個(gè)數(shù)， sys[6]是前向通道的個(gè)數(shù)，默認(rèn)為 1， sys[7]表示采樣時(shí)間，默認(rèn)為 1。 單神經(jīng)元自適應(yīng) PID 參數(shù)的作用 神經(jīng)元權(quán)值的更新規(guī)則采用 有監(jiān)督的 Hebb 學(xué)習(xí)規(guī)則 ： )()()()1()()()()()1()()()()()1()(333222111kxkukekwkwkxkukekwkwkxkukekwkwdip???????????? 其中 dip ??? , 分別表示比例、積分、微分的學(xué)習(xí)速率。我們不能在實(shí)際過(guò)程中應(yīng)用這組參數(shù)，必須進(jìn)行再調(diào)試。 模糊仿真 建立在規(guī)范論域 [6 6]上 E,EC,U 的隸屬函數(shù) 如圖 。 Kc 越大，對(duì)系統(tǒng)偏差變化控制作用增強(qiáng)。 模糊邏輯推理 :根據(jù)事先己制定好的一組模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成模糊控制規(guī)則 。參數(shù)選擇 Kp= Ki=2 Kd=0 的仿真曲線(xiàn)如圖 所示 圖 ==2 時(shí)仿真曲線(xiàn) （ 3）比例積分微分控制 消除了靜差，超調(diào)過(guò)大，可加入微分環(huán)節(jié)，能使超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短。 (3)微分作用 Kd 微分作用是按偏差變化速度來(lái)的，因而對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有明顯的作用。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有靜差的場(chǎng)合。 圖 電機(jī)仿真曲線(xiàn) 建立好電機(jī)模型以后 用 create subsystem 將電機(jī)封裝 起來(lái) ，用于控制算法的仿真 。213 UpR ???????， B=pJ 時(shí)，將電機(jī)的參數(shù)帶入右有負(fù)載的電機(jī)變頻調(diào)速數(shù)學(xué)模型，參數(shù)有： 1U 為 220V， 1f 電機(jī)額定頻率為 50Hz,極對(duì)數(shù)為 2， J 的估計(jì)值為 ,當(dāng)取 A= 和 B=100 時(shí)，前面圖所示的電機(jī)變頻調(diào)速模型構(gòu)造的 simulink 仿真模型圖 如圖 所示。 帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為 el JdTT p dt?? ? ? 其中 lT 為負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩； J 為機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 2 2 39。 1U 、 1? —— 電動(dòng)機(jī)定子相電壓和供電角頻率 ； s —— 轉(zhuǎn)差率； 電磁功率為 mP ； P 為電機(jī)極對(duì)數(shù)； 同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速 1p???。 21 1 2 1 1 2( 3 )[ ( / ) ( ) ]meRpUPsT R R s L L????? ? ? ? （ 31） 其中 1R 、 39。 表 轉(zhuǎn)速與反饋電壓關(guān)系 轉(zhuǎn)速 1443 1137 反饋電壓 比值 轉(zhuǎn)速 449 244 反饋電壓 比值 207 由表 可得轉(zhuǎn)速和反饋電壓比值關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)取系數(shù) c=203. 直流 測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓（ 0~10V）接到控制器的模擬量輸入端，即高電勢(shì)接a15:2:，低電勢(shì)接 a15:2:（ RET）。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 變頻器與數(shù)字 I/O 連接 圖 變頻器與模擬 I/O 連接 變頻器 PowerFlex40 參數(shù)設(shè)置如表 所示。本實(shí)驗(yàn)采用的變頻器PowerFlex40。 模擬輸入與輸出分別選擇 input CH0 和 output CH0，量程選擇 1010V 二進(jìn)制補(bǔ)碼百分比。控制框圖如圖 ，反饋和給定轉(zhuǎn)速通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過(guò)后經(jīng)由函數(shù) f 計(jì)算得到輸出偏差量。本系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)單的模糊與 PID 的復(fù)合并聯(lián)方式，即當(dāng)系統(tǒng)偏差較小時(shí)，采用傳統(tǒng)的PID 控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大的偏差時(shí)，則切換采用模糊控制。 圖 控制系統(tǒng)框圖 方案二：模糊和 PID 并聯(lián)控制 PID 控制能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差 ， 但系統(tǒng)的快速性和 抗干擾能力都不理想 。 基于 PLC 控制的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 7 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 控制方案設(shè)計(jì) 方案一： PID 控制 PID 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于整定，應(yīng)用面廣等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的控制對(duì)象可以有精確模型，也可以是灰箱或黑箱系統(tǒng)，總體而言，它主要有如下優(yōu)點(diǎn) : （ 1） 原理簡(jiǎn)單 ，應(yīng)用方便，參數(shù)整定靈活 。因而變頻調(diào)速的性能非常好，具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn) 。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速原理 異步電動(dòng)機(jī)通入對(duì)稱(chēng)的三相交流電，此時(shí)電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 0n ， 稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速，它與輸入頻率 f 及電機(jī)的極對(duì)數(shù) p 的關(guān)系如下 : 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 pfn 600 ? （ 21） 這個(gè)旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流與氣隙磁場(chǎng)作用下，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力，電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，會(huì)使轉(zhuǎn)子以小于 0n 的轉(zhuǎn)速 n 同向異步旋轉(zhuǎn)。 實(shí)驗(yàn)室采用的是三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī) DJ17，額定功率 120W，額定電壓 220V(Y),額定電流 ，額定轉(zhuǎn)速 1380r/min。 基于 PLC 控制的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 5 2 基于羅克韋爾系統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 研究對(duì)象說(shuō)明 在油田注水增壓系統(tǒng)中，選用的注水泵幾乎都是大功率型號(hào)的，比如 3DWH200型號(hào)。上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)采用力控組建監(jiān)控畫(huà)面，完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制。包括了交流電機(jī)模型的建立， PID 控制系統(tǒng)仿真，模糊控制系統(tǒng)仿真，單神經(jīng)元自適應(yīng) PID 系統(tǒng)的仿真。簡(jiǎn)單介紹了 應(yīng)用背景， 課題研究的目的及意義，電機(jī)控制發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)以及羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)?？梢允褂脝为?dú)的通訊接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)背板與 EtherNet/IP、 ControlNet、 DeviceNet和普通的 RemoteI/O 鏈路之間的接口。所需要的數(shù)基于 PLC 控制的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 3 據(jù)通過(guò)人機(jī)接口顯示，包括趨勢(shì)分析、配方管理、系統(tǒng)維護(hù)和故障診斷等。通 過(guò)總線(xiàn)既可實(shí)現(xiàn)對(duì)同層網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)，也可實(shí)現(xiàn)上層網(wǎng)絡(luò)對(duì)下層網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)。在此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)輸出，完成精確而又復(fù)雜的控制。 （ 3）智能化。特別是隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)具有了優(yōu)異的調(diào)速性能，交流調(diào)速取代直流調(diào)速己成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。其 中 交流電機(jī) 采用 PLC 變頻調(diào)速技術(shù)，使交流電機(jī)具有了與直流調(diào)速相當(dāng)?shù)恼{(diào)速性能。從而達(dá)到高效節(jié)能的注水作業(yè)。從前面技術(shù)來(lái)看，要穩(wěn)定注水水泵的流量、壓力等運(yùn)行參數(shù) ，而且使注水泵保持在高效區(qū)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，單靠管網(wǎng)的優(yōu)化和控制閥門(mén)的節(jié)流、打回流和停泵等方法是不適用的。 Single neuron adaptive PID； Rockwell work 目錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 應(yīng)用背景 ......................................................................................................... 1 研究目的和意義 ............................................................................................. 2 電機(jī)控制的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................... 2 羅克韋爾系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ......................................................................................... 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ......................................................................................................... 3 2 基于羅克韋爾系統(tǒng)的交流調(diào) 速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................ 5 研究對(duì)象說(shuō)明 ................................................................................................. 5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................................................................. 5 變頻調(diào)速原理 ...................................................................................... 5 總體設(shè)計(jì) .............................................................................................. 6 控制方案設(shè)計(jì) ...................................................................................... 7 硬件描述 ......................................................................................................... 9 控制器及 I/O 模塊 ............................................................................... 9 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制對(duì)象 ........................................................................