【正文】 并給出了一個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,且其可逆轉(zhuǎn)性得到了檢驗(yàn)。通常用STEP7 ，數(shù)據(jù)采集和控制算法進(jìn)行編程，速度采樣程序和存儲(chǔ)程序被編程為有規(guī)律的中斷程序A，中斷周期為100毫秒。OPC能有效的提供完整的數(shù)據(jù)和通信能力。這個(gè)逆變器的類型是西門子的MMV。運(yùn)行數(shù)據(jù)是這些速度的開環(huán)，閉環(huán)的相對(duì)應(yīng)速度和設(shè)置的參考的速度。參考信號(hào)應(yīng)該包括原始系統(tǒng)所有的工作范圍,并確保近似。該模型簡(jiǎn)化為一個(gè)三級(jí)非線性模型。反饋系統(tǒng)控制在工程應(yīng)用中不能達(dá)到期望值。在這篇文章中，首先對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋方法進(jìn)行了介紹,并且描述了采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。因此,如何加強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能是非常迫切的事情。變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)和通用逆變器，用來代替直流調(diào)速系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:中國(guó)電力出版社,2008:144～153[2] [M].北京:人民郵電出版社,2010 :1～7[3] [M].北京:人民郵電出版社,:27～34[4] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,:17～18[5] 宋志安,. 北京:國(guó)防科技出版社,2007:38～41[6] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:7083.[7] [M].（第五版）北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999:96～101[8] GX Developer Version 8 使用說明.[M] 2007:1～80[9] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:26～28[10] [M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, ：5～6[11] FX2N4AD Special Functionblok User’s .[12] Programming Controller Melsec FX series Programming electric,1994 . 附錄附錄A： 外文資料翻譯。所以我國(guó)電動(dòng)挖掘機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)還有很大的提升空間。 運(yùn)行效率分析柴油機(jī)的維修較為復(fù)雜，且通用件少，費(fèi)用高?，F(xiàn)在以每小時(shí)耗電量80千瓦時(shí)來分析，花費(fèi)61元。本實(shí)驗(yàn)中我想到了將搭載MCGS軟件的PC機(jī)移植到挖掘機(jī)的操作系統(tǒng)當(dāng)中，這就大大提高了控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，如果有需要的話我們可以用功能更加強(qiáng)大的上位機(jī)軟件替換MCGS，同時(shí)也便于操作系統(tǒng)的更新?lián)Q代，要知道觸摸屏的更新?lián)Q代是硬件上的投入，而PC機(jī)是軟件上的更新和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)性比較而言就可想而知了，而且軟件上的更新和維護(hù)可以最大限度地保持硬件系統(tǒng)的完整性和封閉性，長(zhǎng)遠(yuǎn)來說可以延長(zhǎng)挖掘機(jī)的使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用。(4)檢查對(duì)某一寄存器的操作是否超出范圍。當(dāng)?shù)谝淮螁?dòng)設(shè)備工作時(shí)，把PLC中的數(shù)據(jù)讀回來，之后本設(shè)備會(huì)將變化的值往下寫，這種操作的目的是，用戶PLC程序中有些通道的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)第一次啟動(dòng)，或計(jì)算機(jī)中途死機(jī)時(shí)不能復(fù)位。串口父設(shè)備用來設(shè)置通信參數(shù)和通信端口。設(shè)定方法如下。圖611 “看門狗”程序 MCGS程序設(shè)計(jì)將MCGS的變量與PLC中的軟元件一一對(duì)應(yīng)起來，然后再實(shí)現(xiàn)變量與軟元件相互間的讀出和寫入。選擇通道一，開始AD轉(zhuǎn)換，最后將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到D2存儲(chǔ)單元，程序如下。自動(dòng)怠速的思想是：對(duì)油門踏板和操作桿進(jìn)行壓力檢測(cè)，如果都沒有壓力施加并且保持60秒則怠速觸發(fā)，給轉(zhuǎn)速值賦值1200轉(zhuǎn)/分，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入自動(dòng)怠速狀態(tài)。其中手動(dòng)模式對(duì)高速、中速、低速三種速度進(jìn)行了互鎖，保證只有一種命令被執(zhí)行，防止操作和程序出錯(cuò)。還包括為了聯(lián)鎖非聯(lián)鎖等切換處理的有關(guān)信號(hào)。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。數(shù)字量輸入輸出信號(hào)就是開關(guān)量信號(hào)，1或者0。基于電壓或電流的輸入/輸出的選擇通過用戶配線來完成，可選用的模擬值范圍是10V到10V DC(分辨率5mV), 20到20mA(分辨率：20μA)。最大值2047，最小值2048。通過改變電壓的頻率從而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。(2)額定頻率為：50Hz.(3)功率：90kw(4)環(huán)境溫度：不超過40℃，最低環(huán)境空氣溫度為15℃。 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量應(yīng)小于存儲(chǔ)器容量。 硬件選型 PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC設(shè)計(jì)選型。觸摸屏、控制板、USB線之間的連接圖如下：圖56觸摸屏的相關(guān)電路設(shè)計(jì)下面是LTN141AT08觸摸屏的相關(guān)參數(shù)：(1)操作電壓：10V(2)操作溫度：10176。 供電電路設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力電源為交流380V，而PLC所需要的電源為直流24V，搭載MCGS的PC機(jī)所需電源為220V，為了節(jié)約空間和能源我們將從380V交流電源著手，變換成各部件所需的電源。因?yàn)镕X 2N4AD接受的是電壓值，所以我們必須將頻率值轉(zhuǎn)化為電壓值，很幸運(yùn)我們?cè)谑忻嫔险业搅薒M331芯片，此芯片可以將頻率值轉(zhuǎn)化為電壓值，并且頻率值和電壓值承線性關(guān)系，剛好滿足我們實(shí)驗(yàn)中的需要。再生制動(dòng)一般是和傳統(tǒng)液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)配合提供制動(dòng)力的，再生制動(dòng)力是為了回收能量，再生制動(dòng)力越大，回收的能量越多，具體再生制動(dòng)力大小是受速度、電池容量、電機(jī)等因素約束的。 (1)整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。圖41系統(tǒng)控制方案 輸出電壓與轉(zhuǎn)速差的轉(zhuǎn)換模型輸出電壓與轉(zhuǎn)速差一般承線性關(guān)系，設(shè)為K1 （41） 變頻器模型建立在工程實(shí)踐中，可以針對(duì)具體情況，將變頻器的傳遞函數(shù)設(shè)定為一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)或一個(gè)比例環(huán)節(jié)，本文將其處理為慣性環(huán)節(jié)，則控制電壓和輸出電壓,之間的傳遞函數(shù)為：取Ts= , (42) 電動(dòng)機(jī)模型建立電機(jī)中電流和電壓間的傳遞函數(shù)：TL和TC均為小時(shí)間常數(shù)。三菱變頻器[4]有幾大特點(diǎn)。(4)用Protel軟件進(jìn)行各部分電路圖的設(shè)計(jì)。(3)總體方案設(shè)計(jì)圖。通過轉(zhuǎn)速傳感器來測(cè)量電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，然后經(jīng)過相關(guān)芯片將傳感器采集的頻率值轉(zhuǎn)換成電壓值，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入到PLC中進(jìn)行處理和運(yùn)算，并且顯示在人機(jī)交互界面上。(2)怠速功能。變頻器輸入的動(dòng)力電源為三相交流380V電源，而PLC的供電電源為直流24V，兩者之間差距巨大，電動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)很容易被動(dòng)力電源所影響。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能出現(xiàn)震蕩甚至失穩(wěn)。其輸入和輸出誤差信號(hào)成比例關(guān)系。MCGS 的這種結(jié)構(gòu)形式使其成為一個(gè)與設(shè)備無關(guān)的系統(tǒng)，對(duì)于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬性，系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作，而不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動(dòng)。K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的909090909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作。國(guó)內(nèi)電動(dòng)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商通過不懈努力，正在一步步掌握電動(dòng)挖掘機(jī)的核心科技。 國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展起步較晚。 40附錄B： PLC程序 54附錄C： 電氣原理圖 57石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 課題來源以及重要意義挖掘機(jī)作為施工機(jī)械中的中流砥柱多年來為施工單位所依賴，挖掘機(jī)馬力強(qiáng)勁，功能多樣，有著較強(qiáng)的不可替代性。 自從PLC誕生以來，人們對(duì)電氣系統(tǒng)的控制就更加方便和安全了，本設(shè)計(jì)在PLC控制的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用先進(jìn)的PID控制技術(shù)，不但成功解決了對(duì)挖掘機(jī)整體的控制問題，而且效果超越了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。在2009年初國(guó)務(wù)院審核通過的裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃中，首次對(duì)工程機(jī)械用配套零部件提出了發(fā)展規(guī)劃要求和政策支持，部分國(guó)外液壓件企業(yè)紛紛在中國(guó)合資建廠，這也給國(guó)內(nèi)配套件企業(yè)拉近與行業(yè)先進(jìn)水平的距離提供了良好的平臺(tái)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量為50150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量為l32 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)；BE公司生產(chǎn)的斗容量為168. 2 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量為l07 m3的挖掘機(jī)等。MCGS設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得 MCGS 能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。必須對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，才能使控制效果達(dá)到最優(yōu)。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。實(shí)驗(yàn)中要求測(cè)量實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速并且輸入到PLC進(jìn)行處理，但是這一過程并不簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速控制分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)中要求怠速控制在1200轉(zhuǎn)/分，這樣節(jié)省了能源又保養(yǎng)了機(jī)器。包括：變量泵轉(zhuǎn)速電路設(shè)計(jì)、供電電路設(shè)計(jì)、抗干擾設(shè)計(jì)、PLC和變頻器的相關(guān)接口電路、觸摸屏電路設(shè)計(jì)。 技術(shù)路線(1)通過去圖書館查閱關(guān)于電動(dòng)挖掘機(jī)的相關(guān)資料，上網(wǎng)收集國(guó)內(nèi)外電動(dòng)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)速控制的最新資訊，對(duì)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)挖掘機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以明確哪些技術(shù)已經(jīng)成熟哪些方面還有比較大的進(jìn)步空間。相對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，用PLC實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制更有優(yōu)越性：價(jià)格更低、速度更快、體積更小、操作更方便。用戶只需要通過簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。實(shí)驗(yàn)采用三菱FX 2N48MT的PLC，以及三菱FRA740的變頻器，相關(guān)電路連接如下圖所示。傳感器接口電路下圖所示。LM331 的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB； 線性度好, 最大非線性失真小于 % ，；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位； 外接電路簡(jiǎn)單,只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。圖55交流電源的抗干擾設(shè)計(jì)目前國(guó)外已成功研制了專門抑制噪聲的隔離變壓器，這是一種繞組和變壓器整體都有隔離層的多層隔離變壓器。校準(zhǔn)的作用是使觸摸屏的有效區(qū)正確對(duì)應(yīng)顯示設(shè)備所顯示圖像的區(qū)域，也就是定出觸摸屏的有效邊界，所以這種校準(zhǔn)叫邊到邊校準(zhǔn)。其次，對(duì)于一些大型設(shè)備，在軟件的設(shè)計(jì)上需要CPU有足夠的運(yùn)算速度和處理能力，比如做防搖系統(tǒng)，這時(shí)需要考慮采用雙CPU冗余系統(tǒng)。FX2N48MT技術(shù)指標(biāo)：(1)輸入電壓：DC24V（10%范圍內(nèi)）(2)輸入電流：DC24V,7mA(3)響應(yīng)時(shí)間：10ms(4)輸入信號(hào)形式：無電壓觸點(diǎn)，或NPN集電極開路輸出晶體管(5)輸入電路絕緣：光耦合絕緣實(shí)物圖如下：圖57 三菱FX2N48MT PLC 電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)實(shí)際需要，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該在90KW上下，所以我們選擇了Y315L18 90KW三相異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中選用的電動(dòng)機(jī)功率為90KW，,所以我們最終選擇了三菱FR—A740變頻器。圖510三菱FX2N4DA和三菱FX2N4AD性能指標(biāo)：(1)4個(gè)輸入點(diǎn)可同時(shí)使用。FX2N4AD模擬特殊模塊有四個(gè)輸入通道。模擬量模塊是將壓力、液位、溫度等信號(hào)轉(zhuǎn)化為 15V，420mA（也有別的信號(hào)的，如010V，05V等）然后交給PLC進(jìn)行處理的。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器由鐵芯、磁鋼、感應(yīng)線圈等部件組成的，測(cè)量對(duì)象轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器的線圈會(huì)產(chǎn)生磁力線，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切割磁力線，磁路由于磁阻變化，在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。輸出特性由磁電式傳感器工作原理可知，其產(chǎn)生的交流電壓信號(hào)的頻率與齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)成正比。(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。手動(dòng)調(diào)節(jié)是三菱變頻器一項(xiàng)很實(shí)用的功能。以下是詳細(xì)程序：圖64 PID參數(shù)賦值程序用PLC內(nèi)置的PID功能進(jìn)行運(yùn)算。MCGS軟件中的“前進(jìn)”和“后退”分別對(duì)應(yīng)寫入X000和X001軟元件，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退功能。如果在程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤或者運(yùn)行時(shí)間超過500 ms，PLC停止工作。同時(shí)具有轉(zhuǎn)速報(bào)警數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速歷史數(shù)據(jù)的記錄功能，可以為故障檢測(cè)和監(jiān)測(cè)提供較為全面合理的數(shù)據(jù)。 SC09 編程電纜主要技術(shù)參數(shù)： (1)RS422端口和RS232端口均具有保護(hù)電路，可帶電任意插拔(2)波特率：0～230kbps(3)電纜長(zhǎng)度：3米，全屏蔽，帶接地線(4)帶有通信指示燈，通信時(shí)LED閃爍 (5)