【正文】 數(shù)負(fù)載很輕的機械，例如精密磨床，也可以用實際負(fù)載的轉(zhuǎn)速。以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定地運行，不因各種可能的外來干擾（如負(fù)載變化、電網(wǎng)電壓波動等）而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻Rad時，會使機械特性變軟，導(dǎo)致電機帶負(fù)載能力減弱。對直流電機調(diào)速系統(tǒng)進行了研究和設(shè)計，具體做了以下的工作：1. 對雙閉環(huán)控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)進行了理論研究。多數(shù)生產(chǎn)機械的任務(wù)是將電能轉(zhuǎn)換為機械能，以機械運動的形式來完成各種工藝要求。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 PLC的特點1. 編程方法簡單易學(xué) 梯形圖是使用最多的PLC編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象可觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序[6][17]。 可編程控制器PLC 可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十實際七十至八十年代一直簡稱為PC。早期的電機控制只是利用電器來控制電動機的啟動、制動、正反轉(zhuǎn)和分級調(diào)速。但由于繼電器，集成運算放大器，電氣元件的老化易出故障而損壞，而且結(jié)線復(fù)雜，使其工作可靠性較差。對調(diào)速性能要求再高時，則引入電機型放大器、磁放大器、電子放大器等放大裝置進行反饋控制。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能?？梢姼鞣N拖動系統(tǒng)都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速的特點，故被廣泛的應(yīng)用在需要調(diào)速或快速正方向的電力拖動領(lǐng)域中[1]。4. 對調(diào)速系統(tǒng)的PLC控制部分進行設(shè)計。 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 一臺需要轉(zhuǎn)速控制的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對控制性能都有一定的要求，例如本文設(shè)計的調(diào)試系統(tǒng)要求穩(wěn)態(tài)無靜差，動態(tài)過渡過程時間ts≤,電流超調(diào)量%≤5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%≤10%。 以上三個方面有時都須具備，有時只要求其中一項或兩項，其中有些方面之間可能還是相互矛盾的。由此可見，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標(biāo)并不是孤立的，必須同時提高才有意義。原則上它應(yīng)該是系統(tǒng)從給定信號階躍變化起，到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時間，對于線性控制系統(tǒng)，理論上要到才真正穩(wěn)定。2%）范圍之內(nèi)所需的時間，定義為恢復(fù)時間tv，其中Cb稱為抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值。電動機的電樞電流Ia 由電流傳感器TA檢測，其輸出電壓Ui 與速度調(diào)節(jié)器輸出電壓Ui*同時加到電流調(diào)節(jié)器ACR 的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)?？刂齐妷篣c的極性與幅值隨時可變，與Uo2相減，從而在運算放大器A3的輸出端得到周期不變、脈沖寬度可變的調(diào)制輸出電壓Upwm。其端子排列與原理圖如圖28所示。它經(jīng)一電容CT接地。H型變頻器在控制方式上分雙極式、單極式和受限單級式三種。電樞電流id沿回路4(經(jīng)VD4和VD1)流通，電動機兩端電壓UAB = +US。 雙極式可逆PWM變換器的優(yōu)點是:電流一定連續(xù)，可以使電動機實現(xiàn)四象限動行。如圖212所示。（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪個物理量基本保持不變，就應(yīng)該引入哪個物理量的負(fù)反饋。1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓Ui*(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。本實例中取2，則 最佳開關(guān)頻率為開關(guān)頻率選為，此開關(guān)頻率已能滿足電流連續(xù)的要求。（2）取轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。由于在起動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、Ⅱ、Ⅲ三個階段。直到Id≈Idm，Ui≈Uim*，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長，標(biāo)志著這一階段結(jié)束。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值n*=n0時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電動機仍在加速，是轉(zhuǎn)速超調(diào)。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、地板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。在這個過程中，電源供應(yīng)對直流電進行濾波和調(diào)節(jié)，以確保計算機正常運行。如果需要，可以增加能將I/0模塊進行遠(yuǎn)距離連接的電子系統(tǒng)。（1）讀輸入 :在件個掃描周期開始，CPU會讀取數(shù)字量輸入，并將這些值寫入過程映像輸入寄存器。對于RTD, TC和ASI主站模塊，不能使用模擬量濾波。 PLC電機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟PLC電機控制系統(tǒng)設(shè)計的一般流程如圖31所示。對于輸入模塊主要考慮兩點，一是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇工作電壓；二是高密度的輸入模塊，能允許同時接通的點數(shù)，一般不得超過總輸入點數(shù)的60%.輸出模塊有繼電器、晶體管和晶閘管三種工作方式，其中繼電器輸出模塊最便宜，在輸出變化不快、開關(guān)要求不頻繁的場合，應(yīng)優(yōu)先選用。流程圖是編程的主要依據(jù)，要盡可能詳細(xì)。 FX2N4AD占用FX2N擴展總線的8個點， 耗電為5V，30mA。它有2個模擬量輸出通道，3種量程：DC 0~10V、0~5V和4~20mA,D/A轉(zhuǎn)換時間為4ms/通道。這里選用一個電壓脈寬變換電路。采用單相交流220V供電，變壓器二次電壓為67V，橋式整流二極管最大反向電壓大于電源幅值的2倍，最大整流電流按2倍額定電流考慮選25JPF40電力二極管。2．電流檢測單元本系統(tǒng)要求電流檢測不但要反映電樞電流的大小而且還要反映電流極性，所以選用霍爾電流傳感器。直流測速發(fā)電機將調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電壓值，經(jīng)過模擬量輸入單元送給PLC。梯形圖和繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，所以本設(shè)計的軟件設(shè)計編程就用梯形圖。 5 致謝 我要衷心感謝我的父母，感謝他們二十多年來對我的關(guān)心、教育和理解。感謝電氣工程及其自動化的所有的老師和同學(xué)們，是你們和我一起度過了4年難忘的學(xué)習(xí)生活。再次表示衷心的感謝，老師們的教導(dǎo)，我將終生難忘。 直流電機調(diào)速發(fā)展趨勢主要集中在控制理論的不斷完善和控制元件水平的不斷提高兩方面。PLC輸出的模擬信號，送給脈沖調(diào)制器，對電力晶體管進行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。PLC基本單元與FX2N4AD和FX2N2DA之間的數(shù)據(jù)通訊是由FROM(FNC78)/TO(FNC79)指令執(zhí)行的。同時具有實現(xiàn)主電路與控制電路相隔離，故障后自動保護及延時等功能。其中，電源電壓選用不可控電力二極管整流提供，采用大電容C濾波。系統(tǒng)參數(shù)：直流電動機Ra=， =，=48V， =200 r/min，電樞回路總電阻R=8Ω，電樞回路電磁時間常數(shù)Tl=5ms,機電時間常數(shù)Tm=200ms,電源電壓Us=60V,給定值和ASR,ACR的輸出限幅值均為10V，電流反饋系數(shù)β=，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=例如BFM0=H3310則說明CH1設(shè)定輸入范圍為10V~+10V，CH2設(shè)定輸入范圍為4~20mA，CHCH4兩通道關(guān)閉。在編寫過程中，可以借鑒現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)程序，但必須弄懂這些程序段，否則將會給后續(xù)工作帶來困難和損失。在這些專用場合，輸入和輸出容量己經(jīng)不是關(guān)鍵參數(shù)，更重要的是考慮它們的控制功能。采用晶閘管整流裝置對直流電機供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，可編程的輸入除了考慮主令控制信號外，還需要考慮合閘信號、傳動裝置綜合故障信號、抱閘信號、風(fēng)機故障信號等。（3）處理通訊請求 在掃描周期的處理階段，CPU處理從通訊端口或者智能I/O模塊接收到的任何信息。 如果沒有使能模擬量輸入濾波，則當(dāng)程序訪問模擬量輸入時，PLC都會直接從擴展模塊讀取模擬值。當(dāng)PLC處于停LL模式時，CPU不執(zhí)行程序。在手持終端，通過小鍵盤來進行輸入，顯示設(shè)備通常是液晶顯示器(LCD)。 (2)存儲器。此后，電動機開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在t3～t4時間內(nèi)，IdIdl，直到穩(wěn)定。與此同時，電動機的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量。第I階段（0～t1）是電流上升階段。 可見均能滿足要求。2．選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求，%≤5%，而且，因此可按典1型系統(tǒng)設(shè)計。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱作外環(huán)[1]。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上負(fù)載電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零。（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。雙極式可逆PWM變換器存在如下缺點:在工作過程中，四個電力電子器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且容易發(fā)生上、下兩只電力電子器件直通的事故，為了防止直通，在上下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。當(dāng)a=1/2時，Ud = 0，電動機不動。工作狀態(tài)與波形如下： (a) 正向運行，如圖210所示 第1階段，當(dāng)電機工作在輕載情況下，在0≤tton期間，ubl ，ub4為正，VT1和VT4導(dǎo)通；ub2 、 ub3為負(fù)，VT2和VT3截止。電流信號輸入為負(fù)，絕對值0. 2V時，過流保護動作。s間調(diào)節(jié)。 圖 27 鋸齒波脈寬調(diào)制波形圖 （二）基極驅(qū)動電路[4][2][11]脈寬調(diào)制器輸出的脈沖信號經(jīng)過信號分配和邏輯延時后，送給基極驅(qū)動電路作功率放大，以驅(qū)動主電路的電力晶體管，每個晶體管應(yīng)有獨立的基極驅(qū)動電路。實現(xiàn)上述電壓—脈寬變換功能的環(huán)節(jié)稱為脈沖寬度調(diào)制器，簡稱脈寬調(diào)制器。開關(guān)VT表示脈寬調(diào)制器，調(diào)速系統(tǒng)的外加電源Us，為固定的直流電壓，當(dāng)開關(guān)VT閉合時，直流電流經(jīng)過VT給電動機M供電；開關(guān)VT斷開時，直流電源供給M的電流被切斷，M的儲能經(jīng)二極管VD續(xù)流，電樞兩端電壓接近為零。（2） 抗擾性能指標(biāo) 圖 22 突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)1．動態(tài)降落△Cmax%系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，突加一個約定的標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)擾動量，在過渡過程中所引起的輸出量最大降落值△Cmax叫做動態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值C∞1的百分?jǐn)?shù)來表示。通常，跟隨性能指標(biāo)是在初始條件為零的情況下，以系統(tǒng)對單位階躍輸入信號的輸出響應(yīng)（稱為單位階躍響應(yīng)）為依據(jù)提出的，如圖21所示。下面我們具體分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)[1][3][5]。 （2）穩(wěn)速。但由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的