【正文】 采樣16路信號。采集電路提供了一個(gè)采集狀態(tài)口，工作程序可讀取狀態(tài)口了解采集過程的當(dāng)前狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)采集方式設(shè)置產(chǎn)生SHC2。定時(shí)器時(shí)鐘使用控制時(shí)鐘CLK，頻率為5MHz；G門控制信號用于控制采集過程的開始和結(jié)束。程 序輸 入 設(shè) 備計(jì)算機(jī)數(shù)字控制設(shè)備輸 出 設(shè) 備可編程控制器主軸控制單元主軸電機(jī)機(jī) 床進(jìn)給電機(jī)位 置檢測器主軸控制單元圖33 系統(tǒng)輸入輸出框圖 采集時(shí)序控制電路在每個(gè)獨(dú)立采集模板的采集電路中，包含一個(gè)AD684和AD7821，可以同時(shí)采集4路信號。PLC輸出模塊用來送出可編程控制器運(yùn)算后得到的信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。CPU響應(yīng)這個(gè)中斷請求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鲋袛噙M(jìn)行處理。（2）數(shù)據(jù)傳輸通道處理機(jī)執(zhí)行CPU為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。廣義指令由一條訪管指令和若干個(gè)參數(shù)組成，訪管指令的地址碼部分實(shí)際上是這條訪管指令要調(diào)用的管理程序入口地址。接口部件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，不同的輸入輸出方式，不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，都影響接口部件的組成。在CPU中，數(shù)據(jù)的傳送速度是納秒級的，而外圍設(shè)備的速度則是毫秒級的，最快是微秒級的，兩者相差懸殊。（1）I/O系統(tǒng)的基本功能① 為信息的傳輸操作選擇設(shè)備；② 在選定的輸入輸出設(shè)備和計(jì)算機(jī)主機(jī)（CPU或內(nèi)存）之間交換信息。采集數(shù)據(jù)存儲器位于各采集模板上。需要8片A/D才能實(shí)現(xiàn)對32路信號進(jìn)行同時(shí)采集，可以將32路信號分為8組，每組4路信號并分配一個(gè)獨(dú)立的模板， 32路信號需要8個(gè)采集模板。調(diào)用函數(shù)子模塊中的創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建通道、時(shí)鐘控制、讀取數(shù)據(jù)及終止任務(wù)等函數(shù)。因此，在該系統(tǒng)中選擇用光電編碼器來測量。它具有體積小、使用方便、測量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。光柵傳感器將角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖，由計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖的個(gè)數(shù)，每轉(zhuǎn)能檢測到的脈沖的多少將直接影響角位移的分辨精度。主回路為三相全控橋，電流反饋信號整流也為三相橋式電路，因此電流反饋信號波形與主回路波形具有相同的重復(fù)頻率，無須很大的濾波環(huán)節(jié)來濾平反饋信號。價(jià)格50100元。測量精度一般為177。）該瞬時(shí)電壓與初級繞組瞬時(shí)電流是線性關(guān)系。%，%，相位差15分。電流信號一般采用電流互感器或霍爾傳感器來測量。利用電流互感器從三相電源引出電流，將大電流轉(zhuǎn)換為小電流。三相全控橋式整流電路由三對串聯(lián)的晶閘管組成，將三相交流電變換成直流電，供給直流電動機(jī)。晶閘管觸發(fā)板選擇SXZL型三相整流觸發(fā)板，其采用高性能移相觸發(fā)電路TC787，是集同步信號檢測及脈沖變壓器輸出單元于一體，具有恒壓或恒流輸出功能的三相整流系統(tǒng)的觸發(fā)控制單元。D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為12位，是完全可以滿足輸出控制要求的。通過擴(kuò)展口用扁平數(shù)據(jù)線將CPU222與模擬量擴(kuò)展塊EM235連接，實(shí)現(xiàn)模擬量的輸入和輸出。　　　　　　　　　　　　 按轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)退飽和重新計(jì)算超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，；而，因此，能滿足設(shè)計(jì)要求。（2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件。計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù) 按所用運(yùn)算放大器，取，各電阻和電容值計(jì)算如下： ，取； ()，取； ()，取。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。（3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件。 () 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：（1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。 設(shè)計(jì)要求：（1）靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；（2）動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；（3）空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。為了達(dá)到無擾動切換，在轉(zhuǎn)變到自動控制前，必須用手動方式把當(dāng)前輸出值填入回路表中。在這種意義上說，PID運(yùn)算存在一種“自動”運(yùn)行方式。以下是離散算法： ()，代換之后變?yōu)椋? ()PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)直接影響到系統(tǒng)的性能。當(dāng)控制過程中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會計(jì)算出正確的輸出，并把變量保持在設(shè)定值上。在此過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。增大積分時(shí)間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使克服誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量嚴(yán)重地沖過頭。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量，圖23中給出了一個(gè)PID控制的結(jié)構(gòu)圖：Kds＋給定量（輸入）被控制量Ki/s誤差＋被控對象＋＋－Kp傳感器反饋信號圖23 PID控制的結(jié)構(gòu)圖控制器輸出和控制器輸入（誤差）之間的關(guān)系在時(shí)域中可用公式()表示如下： ()公式中，e(t)表示誤差，也是控制器的輸入，u(t)是控制器的輸出， Kp、Tp與Ti分別為比例系數(shù)、 積分時(shí)間常數(shù)及微分時(shí)間常數(shù)。PID控制器問世至今已有近60年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。算法設(shè)計(jì)技術(shù)有很多，例如：貪心法、分之策略、動態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流、近似算法、隨機(jī)算法等。 nT123 圖22 直流電動機(jī)機(jī)械特性對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，其機(jī)械特性如圖22所示改變電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速n隨電樞電壓的降低而降低，但機(jī)械特性的斜率保持不變；改變電阻只能有級調(diào)速；弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基速以上作小范圍的升速。（2）改變電動機(jī)勵(lì)磁調(diào)速改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速，從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速方法。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下，電機(jī)以最短的時(shí)間起動，即以最大的等加速度起動，可把積分環(huán)節(jié)去掉，模塊所留出的2個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅，調(diào)節(jié)電流的輸出限幅，改變電機(jī)的最大起動電流，獲得理想的過度過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用PID算法可實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)軟起動，而且時(shí)間可調(diào)。采用雙PI調(diào)節(jié)器，動靜態(tài)性能好，抗擾性能佳。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖21所示。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)前述，采用PLC及其外部接口設(shè)備對電機(jī)進(jìn)行檢測和控制。之所以選擇用PLC來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制思想，是因?yàn)镻LC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)。 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用可編程控制器PLC是通用的自動化控制裝置，是船舶實(shí)現(xiàn)自動化、智能化控制的核心控制元件。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等，在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。直流調(diào)速系統(tǒng)是弱電控制與強(qiáng)電控制相結(jié)合的系統(tǒng)。但因直流電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速。關(guān)鍵詞 可編程控制器；直流電動機(jī)；雙閉環(huán)；控制Based on PLC dc motor double closedloop speed regulation system designAbstractAlong with the rapid development of the power electronic technology, puter technology and the automatic control technology, the programmable controller’s (PLC) function more perfect and more extensive application based on PLC control system, gradually bee the mainstream of the industrial control system.In this paper introduces the dc motor based on PLC double closedloop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closedloop speed regulation system position, working principle and the dynamic performance. This system of dc motor double closedloop speed regulation system of the digital transformation, make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. With Siemens S7200 PLC and the CPU222 both extension module to realize dc motor double closed loop speed regulation system. Application of PLC PID mands to realize dc motor speed closedloop control. This system is easy to expand, easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.Keywords PLC；Direct current machine；Double closedloop；Controls目 錄第1章 緒論 1 直流電動機(jī)簡介 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用 2第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用控制方法介紹 5 控制方法的確定 6 PID控制的結(jié)構(gòu) 7 PID參數(shù)的調(diào)整 9 PID模塊 9 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 11 主電路參數(shù)計(jì)算 11 電流環(huán)節(jié)（ACR）的設(shè)計(jì) 11 轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）的設(shè)計(jì) 13 按轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 14第3章 硬件設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 16 CPU主機(jī)部分 16 電機(jī)驅(qū)動部分 16 檢測部分 17 電流檢測部分 17 速度檢測部分 18 數(shù)據(jù)采集模塊 19 PLC輸入/輸出端口 20 用于PLC的輸入/輸出模塊 22 采集時(shí)序控制電路 23 正交采用 23 模塊量混合模塊EM235 24 晶閘管—電動機(jī)電路設(shè)計(jì) 24 整流變壓器的設(shè)計(jì) 24 晶閘管的保護(hù) 24 晶體管驅(qū)動、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 25 驅(qū)動電路原理 25 觸發(fā)電路原理 26 穩(wěn)壓電源 26第4章 軟件設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案 27 主程序設(shè)計(jì) 27 速度初始化子程序 28 轉(zhuǎn)速檢測子程序 30 電流檢測子程序 30 PID控制子程序 31 電流環(huán)及轉(zhuǎn)速換子程序 32結(jié) 論 34致 謝 36參 考 文 獻(xiàn) 37附錄A 譯文 38基于PLC直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 38附錄B 外文原文 52附錄C 程序清單 70第1章 緒論 直流電動機(jī)簡介直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字化的改造，使電流環(huán)和速度環(huán)控制器都由PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。本文介紹了基于PLC的直流電機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)直流調(diào)速理論及自動控制系統(tǒng)的理論，介紹了PLC控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理和動態(tài)性能。系統(tǒng)易于擴(kuò)展，便于擴(kuò)展各種I/O模塊和功能模塊。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。直流電動機(jī)和交流電動機(jī)相比，其制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、維修困難，需備有直流電源才能使用。直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)中。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號的過渡過程