【正文】 快速性與精度。在一定的轉(zhuǎn)速下要增大檢測脈沖數(shù) M1以減小誤差，可以增大檢測時間 Tc單考慮到實際的應(yīng)用檢測時間很短，例如伺服系統(tǒng)中的測量速度用于反饋控制，一般應(yīng)在 秒 以下。利用增量式光電編碼器可以檢測電機(jī)的位置和速度。如果編碼盤有 4個碼道， 每個 碼道 可以 表示 二進(jìn)制的 0或 1， 4位二進(jìn)制可形成 16個二進(jìn)制數(shù)，因此就將圓盤劃分 16 個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)一個 4位二進(jìn)制數(shù)，如 0000、 000 ? 、1111。 此外，不是任何情況下變頻器都節(jié)電，如果電機(jī)負(fù)載變化不大，或深井泵配有水塔，節(jié)電、節(jié)水效果都不大，就不宜使用變頻調(diào)速。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗，比較簡便的方法有三種： (1)電機(jī)實際功率確定發(fā)首先測定電機(jī)的實際功率，以此來選用變頻器的容量。而逆變后的電壓頻率，則可以在上述導(dǎo)通規(guī)律不變的前提下，通過改變控制信號的變化周期來進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如：鍋爐上水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)實行了變頻調(diào)速控制，不僅省去了伺服放大器、電動操作器、電動執(zhí)行器和給水閥門（或擋風(fēng)板），而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統(tǒng)得到了快速的動態(tài)響應(yīng)、高的控制精 度和穩(wěn)定性。 (2)電機(jī)總是保持在低轉(zhuǎn)差率運(yùn)行狀態(tài)，減小轉(zhuǎn)子損耗。一方面，交流拖動的負(fù)荷在總用電量中占一半或一半以上的比重 ，這類負(fù)荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益。 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，由于直流電動機(jī)具有電刷和整流子，因而必須對其進(jìn)行檢查，電機(jī)安裝環(huán)境受到限制。 (3)起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。當(dāng)電樞隨拖動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運(yùn)動，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速 N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速的特點： a調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制； b調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。其特點： a效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗； b應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)； c調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢修困難。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào) 速有能無換向電動機(jī)調(diào)速等。調(diào)節(jié)裝置用于按照一定規(guī)律控制變流裝置能量 的流動，通過硬件或軟件產(chǎn)生滿足控制要求的算法或校正量，以提高或校正系統(tǒng)的靜態(tài)性能。 三相異步電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 5 異步電動機(jī)調(diào)速 調(diào)速原理 調(diào)速即速度調(diào)節(jié)或速度控制，是通過改變電動機(jī)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)或外加電氣量（如供電電壓、電流的大小或頻率）來改變電動機(jī)的速度，以滿足工作機(jī)械的要求。其中鼠籠式異步電動機(jī)又包括單鼠籠異步電動機(jī)、雙鼠籠異步電動機(jī)及深槽式異步電動機(jī)。 三相異步電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 4 2 電動機(jī)的調(diào)速原理 及方法 異進(jìn)電 動機(jī)的 簡介 與分類 異步電機(jī)運(yùn)行時，定子繞組接到交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組自身短路，由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)自繞組中產(chǎn)生電動勢、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以，異步電機(jī)又叫感應(yīng)電機(jī)。 很多國內(nèi)生產(chǎn)制造的產(chǎn)品（如家電）還是與國外的產(chǎn)品有著一定的差距，究其原因還是我們國內(nèi)的變頻核心技術(shù)有待提高，不管是從節(jié)約能源的角度出發(fā)還是從使中國國內(nèi)產(chǎn)業(yè)超越國外產(chǎn)品出發(fā) ，研究變頻調(diào)速這一課題已刻不容緩。我國各類在用電機(jī) 中， 80%以上為 以下的中小型異步電動機(jī)。直流電機(jī)由于其轉(zhuǎn)矩便于控制，因此它作為調(diào)速電動機(jī)的代表在 20 世紀(jì)的大部分年代廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。 Profibus 作為一種通用的現(xiàn)場總線，已經(jīng)得到很廣泛的應(yīng)用，很多廠商 的工控器、 plc、變頻器、智能 I/O 與 A/D 模塊具備 profibus通訊接口。 關(guān)鍵詞 ： 三相異步電機(jī) ，編碼器，西門子變頻器， S7300 三相異步電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 II Abstract Motor is widely used in industrial control each domain, therefore how more economy effectively control motor for industrial automation development particularly important, dc motor speed the characteristics of simple but manufacturing is expensive and noise, and ac motor although overcame dc motor of the abovementioned drawback but speed is very difficult, but with ac frequency conversion technology development, through the inverter to change the frequency of the alternating current, which changes ac motor speed control, this topic is mainly controlled by PLC inverter to the realization of the motor speed control, encoder, . signal feedback closedloop control to achieve such realtime feedback motor for the current speed PLC for puting, which makes the motor speed control is more accurate, reaction, through the system more realtime configuration simulation we can clearly see the superiority of the control system. Keywords: threephase asynchronous motor, encoders, Siemens S7300 transducer. 三相異步電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 課題研究的意義 在電力系統(tǒng)中，以電動機(jī)為主電力傳動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防軍事以及日常生活中，其中很多場合有調(diào)速要求，如車輛、天梯、空調(diào)、機(jī)床及造紙機(jī)械等，而風(fēng)機(jī)、水泵等位了節(jié)約電能同樣也需要調(diào)速。 第二周至第五周： 掌握 變頻調(diào)速原理，設(shè)計控制系統(tǒng) 。由電動機(jī)、控制裝置就構(gòu)成了電力傳動自動控制系統(tǒng)。 熟練掌握組態(tài)王 軟件。 會使用組態(tài)王 軟件畫組態(tài)界面。 2． 本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題、解決的思路及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 三相異步電動機(jī)工作原理如下分析：當(dāng)向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速 n1 沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。 第六周至第七周： 熟悉 S7300 軟件和組態(tài)王軟件。電力傳動系統(tǒng)的控制性能和節(jié)能水平 越來越被人們重視， 變頻調(diào)速技術(shù) 恰好 能夠使電力系統(tǒng)的控制性能和節(jié)能水平有較大的幅度的提高，這一點已經(jīng)被大家所公認(rèn)。用 Profibus 總線控制電動機(jī)的調(diào)速，能更加精確的調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而提高電動機(jī)的效率。雖然直流調(diào)速系統(tǒng)的理論和實踐應(yīng)用比較成熟，但由于電動機(jī)的單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn) 速及負(fù)載能力等主要技術(shù)指標(biāo)受機(jī) 械轉(zhuǎn)向制約，限制了直流調(diào)速的發(fā)三相異步電機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計 2 展。我國在用 電機(jī) 拖動系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā) 達(dá)國家 50 年代水平。 國外現(xiàn)狀 （ 1）市場有大量需求隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、造紙、食品等各個行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能場合，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 異步電動機(jī) 的優(yōu)點是 結(jié)構(gòu)簡單、 容易制造、 運(yùn)行可靠、價格低、 堅固耐用、運(yùn)行效率較高且適用性強(qiáng) ， 缺點是功率因數(shù)較差。 （ 3） 按有無換向器分，有無換向器異步電動機(jī)和換向器異步電動機(jī)。調(diào)速要靠改變電動 機(jī)的特性曲線來改變。反饋裝置用以檢驗和變換反饋信號。 從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。 本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。 調(diào)壓調(diào)速一般適用于 100KW 以下的生產(chǎn)機(jī)械。電磁調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速特點： a裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運(yùn)行可靠、維修方便； b調(diào)速平滑、無級調(diào)速； c對電網(wǎng)無諧影響； d速度失大、效率低。 (4)變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。例如：不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用。另一方面，交流拖動本身存在可以挖掘的節(jié)電潛力。 (3)可實現(xiàn)軟啟、制動功能，減小啟動電流沖擊。 器 變頻器的功用 及原理 將頻率固定（通常為工頻 50Hz）的交流電（三相的或單相的）變換成頻率連續(xù)可調(diào)（多數(shù)為 0～ 400Hz）的三相交流電源。通過這種辦法，亦即實現(xiàn)了對的改變。 (2)公式法設(shè)安全系數(shù)取 ，則變頻器的容量 Pb 為 Pb= cosy(kW) 式中， Pm 為電機(jī)負(fù)載； hm 為電機(jī)功率。 編碼器 光電編碼器的介紹 及分類 光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來表示與光電編碼器相連的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的。 按照碼盤上形成的碼道配置相應(yīng)的光電傳感器，包括光源、透鏡、碼盤、光敏二極管和驅(qū)動電子線路。 光電編碼器的測量方法 光電編碼器在電機(jī)控制中可以用來測量電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場位置和機(jī)械位置以及轉(zhuǎn)子的磁場和機(jī)械位置的變化速度與變化方向。由此可見，減小測量誤差的方法是采用高線數(shù)的光電編碼器。 M/T 法測速是將 M 法和 T法兩種方法結(jié)合在一起使用，在一定的時間范圍內(nèi)，同時對光電編碼器輸出的脈沖個數(shù) M1 和 M2進(jìn)行計數(shù)，則電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為 實際工作時，在固定的 Tc 時間內(nèi)對光電編碼器的脈沖計數(shù)，在第一個光電編碼器上升沿定時器開始定時，同時開始記錄光電編碼器和時鐘脈沖數(shù)，定時器定時 Tc 時間到，對光電編碼器的脈沖停止計數(shù)，而在下一個光電編碼 器的上升沿到來時刻，時鐘脈沖才停止記錄。 在科學(xué)技術(shù)尤其是計算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，雖然涌現(xiàn)出了許多新的控制方法，但 PID仍因其自身的優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用， PID 控制規(guī)律仍然是最普遍的控制規(guī)律。 積分（ I）控制 具有積分控制規(guī)律的控制稱為積分控制，即 I 控制， I 控制的傳遞函數(shù)為： （ 33） 其中 iK 稱為積分系數(shù) 對 一個自動控制系統(tǒng)，如果進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “積分項”，積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大 使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此對有較大慣性或滯后的被控對象，比例微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)性。 通過 編碼器測速原理將電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速采集送回給 PLC， PLC 將該反饋值與預(yù)設(shè)的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，輸出控制變頻器的大小，從而 改變異步電動機(jī)定子 的 頻率，從而改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速， 該 調(diào)速 系統(tǒng) 基本上保持了異步電動機(jī)固有的機(jī)械特性硬度高、轉(zhuǎn)差率小的特點，同時具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、調(diào)速平滑等優(yōu)點。又由異步電動機(jī)的電勢公式可知外加電壓近似與頻率和磁通的乘積成正比，即 ?11 fcEU ?? （ 36） 式中， c1為常數(shù)。一般電機(jī)在設(shè)計中為了充分利用鐵心材料都把磁通Ф的數(shù)值選在接近磁飽和的數(shù)值上，因此，如果頻率從額定值（通常為 50 周 /秒）往下降低，磁通會增加，將造成磁路過飽和，勵磁電流增加，鐵心過熱，這是不允許的。 圖 36閉環(huán) 變頻 調(diào)速 工作原理圖 從原則上講，改變極對數(shù) P，改變轉(zhuǎn)差率 s，改變頻率 f 都可以實現(xiàn)調(diào)速。 在實際應(yīng)用中，當(dāng)設(shè)定值有突變時，為了防止由于微分控制的突跳，常將微分控制環(huán)節(jié)設(shè)置在反饋回路中，這 種做法稱為微分先行，即微分運(yùn)算只對測量信號進(jìn)行，而不對設(shè)定信號進(jìn)行。 在微分控制中，控制器的輸入與輸出誤差信號的的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 在過程控制中， PID 控制也是應(yīng)用最廣泛的，一個大型 現(xiàn)代化控制系統(tǒng)的控制回路可能達(dá)