【正文】 結(jié)果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的跟蹤性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)PI控制。在WinCC與PLC之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不是很大,所以選擇MPI協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完美組合將能構(gòu)建一個反饋系統(tǒng)。反饋系統(tǒng)的控制方法只需要較少的系統(tǒng)信息，比如與系統(tǒng)相關(guān)的命令，并且容易獲得運行網(wǎng)絡(luò)的反饋模型。該方法的優(yōu)點是在工程上很容易實現(xiàn)。通過構(gòu)建一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆系統(tǒng),并結(jié)合變頻調(diào)速系統(tǒng),系統(tǒng)被完成了,并且為了得到性能優(yōu)良的系統(tǒng)采用了一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器。第9章 結(jié)論與展望通過這段時間論文的寫作對我國的電動挖掘機的發(fā)展也有了初步了解，分析了電動挖掘機工作的過程和原理，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對實驗中用到的各個器件進行了嚴格的選型，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路，認真編譯了PLC程序，最后在實驗室搭建了基于PLC的電動挖掘機變頻調(diào)速系統(tǒng)。電動液壓挖掘機，采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，讓運行成本降的更低，帶來超值的效益。(5)設(shè)置一次連續(xù)增加多少個PLC通道。SC09 編程電纜為 RS232 接口（俗稱 COM 口）到 RS422 接口的轉(zhuǎn)換電纜，通用于三菱 A 系列和 FX 系列PLC ，支持所有通信協(xié)議，用于電腦與 PLC 的編程通信和各種上位機監(jiān)控軟件，該電纜的 RS422 端口和 RS232 端口均內(nèi)置保護電路，可帶電任意帶電插拔?！翱撮T狗”程序為PLC內(nèi)部的一個定時器，默認定時為500 ms，在程序開始運行時清零。圖63 轉(zhuǎn)速自動控制程序觸發(fā)MMM5分別對應(yīng)著給PID參數(shù)賦不同的值，以便根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速的大小關(guān)系對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。用戶編程界面左右兩端為母線，在母線中間編寫PLC程序，事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果在右面，為了便于檢查和日后的修改，可以對程序添加注釋以便日后的更改和調(diào)試。實物圖如下：圖511 JX71C磁電式轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)指標：(1)輸出電壓： 在齒輪模數(shù)齒數(shù)60、材料為G間隙為1mm時 轉(zhuǎn)速為 1000轉(zhuǎn)/分 輸出有效值大于5V 轉(zhuǎn)速為 2000轉(zhuǎn)/分 輸出有效值大于10V 轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/分 輸出有效值大于15V(2)直流電阻：低阻200～250Ω；高阻500～600Ω(3)絕緣阻抗：在500V直流時大于50MΩ(4)工作溫度：20℃～120℃(5)重量：約100g（不包括尾部引出線）JX71C磁電式轉(zhuǎn)速傳感器以磁電感應(yīng)為基本原理來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的。(7)外接電源為24V，,電流為55mA。本課題中我們采用電機實際功率確定法，首先測定電機的實際功率,以此來選用變頻器的容量。選擇CPU首先要考慮所需的存儲器容量，必須確保CPU存儲器容量大于所需。下圖為交流電源抗干擾的綜合方案。 變量泵轉(zhuǎn)速檢測電路變量泵的轉(zhuǎn)速檢測是否精準決定著PLC給變頻器的輸出值是否妥當(dāng)，所以對于信號的采集和處理要認真對待。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。本系統(tǒng)中我們采用三菱FX2N系列的PLC，和三菱FRA740變頻器，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用三菱FX 2N4AD，數(shù)模轉(zhuǎn)換用三菱FX 2N4DA，電動機選用Y315L18 90KW三相異步電動機。 預(yù)期達到的成果及其形式(1)基于Protel的電路設(shè)計圖。轉(zhuǎn)速控制是本設(shè)計的核心部分，通過硬件和軟件的結(jié)合設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)可以大大提高挖掘機的工作效率。誤差取決于對時間的積分，隨著時間的增加誤差會增大。 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(1)MCGS對PLC的通信和控制。近年來國內(nèi)一批工程機械零部件企業(yè)正在快速成長，部分企業(yè)已經(jīng)研究出具有高精尖技術(shù)的變速器、驅(qū)動橋及液壓閥等產(chǎn)品，并且一部分國內(nèi)工程機械主機生產(chǎn)商開始投資建立自己的配套件工廠，依靠自身雄厚實力共同推進配套件行業(yè)的發(fā)展。尤其是在科學(xué)技術(shù)突飛猛進的今天，人們對挖掘機的要求越來越高，不僅對其動力系統(tǒng)的要求在提高，在操作的舒適度、能耗和尾氣排放上都比原來要求更高了。 國外發(fā)展及現(xiàn)狀1833～1836年，美國人奧蒂斯設(shè)計和制造了第一臺蒸汽機驅(qū)動、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機，生產(chǎn)率為35 m3/h，但由于經(jīng)濟性差沒有應(yīng)用。最后用SC09 編程電纜連接PLC和電腦。原因是可能存在過大的慣性環(huán)節(jié)或者滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。挖掘機工作的時候，常常需要短暫停機，處于待命狀態(tài)，例如等待自卸卡車或需進行某種準備工作等。(4)MCGS文件。節(jié)能，當(dāng)頻率超過需求時降低頻率，電機用不完的能量就節(jié)省下來了；無極調(diào)速，電機都有一個固定的轉(zhuǎn)速，沒有其他調(diào)速裝置，這個轉(zhuǎn)速固定不變，而有的工況需要電機改變速度，沒有三菱變頻器，只能通過滑差電機或齒輪變速來實現(xiàn)，很復(fù)雜，很笨重，有了三菱變頻器，就使一切變速的需要變的輕而易舉，隨心所欲；啟動平穩(wěn)，速度平穩(wěn)上升，停止平穩(wěn)，速度平滑下降，沒有沖擊；具備多種信號輸入輸出端口，接收和輸出模擬信號，電流、電壓信號，與工控機、編程器配合，就能形成自動化控制系統(tǒng)。(2)整定積分環(huán)節(jié)先將步驟(1)中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。在信號放大部分，選取R0和R1的阻值分別為10 K、 K。C到60176。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。FX2N4AD和FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N4AD共有32個緩沖存儲器(每個16位)。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號強，測量范圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，及表面有縫隙的轉(zhuǎn)動體都可測量。內(nèi)存單元地址的分配：內(nèi)存單元通常用于中間運算結(jié)果的存儲，包括計時器、計數(shù)器、高速計時器、可逆計數(shù)器、需要掉電保持的繼電器和專用繼電器、內(nèi)部繼電器等。如果有壓力則不進行任何操作。本設(shè)備構(gòu)件提供了2個特定的設(shè)備命令，用于讀寫PLC中指定的繼電器區(qū)或寄存器區(qū)中的任何一個通道。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。第7章 實驗與結(jié)果分析 實驗系統(tǒng)搭建在機械樓對基于PLC電動挖掘機的變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了搭建，對部分硬軟件進行了調(diào)試，對各項功能進行了實驗操作。由此可見挖掘機以電力為動力會比傳統(tǒng)柴油動力節(jié)省2/3的投入，經(jīng)濟效益非?？捎^。由于控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個漫長的很復(fù)雜的過程，同時要考慮到這個系統(tǒng)所涉及的各種影響因素，只有把它們之間的關(guān)系協(xié)調(diào)好了這個控制系統(tǒng)最終才可能有使用價值，因此需要在實際應(yīng)用中不斷的驗證和改進。由于在工業(yè)領(lǐng)域中的糟糕的環(huán)境和嚴重的干擾,選擇控制器是一個十分重要的問題。然后是對反饋系統(tǒng)進行分析的的介紹,并給出了關(guān)于PLC控制系統(tǒng)中構(gòu)造反饋系統(tǒng)的方法和步驟。如果忽略逆變器的延遲,該模型表述如下: (1)（表示同步角頻率；表示轉(zhuǎn)速； 表示定子的電流； 表示轉(zhuǎn)子在軸線上的不穩(wěn)定部分； 表示點的數(shù)量；表示互感系數(shù)；表示慣性轉(zhuǎn)矩；表示轉(zhuǎn)子的時間常數(shù)； 表示負載轉(zhuǎn)矩。50次運行之后。不同類型的服務(wù)器和客戶機可以存取彼此的數(shù)據(jù)來源。反饋系統(tǒng)和原系統(tǒng)被組合并構(gòu)建成偽線性系統(tǒng)，并設(shè)計了線性控制的方法進行控制。系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)被WinCC讀取并寫到Excel上,然后Excel上的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到矩陣實驗室為在離線運行時獲得原系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)。WinCC用MPI協(xié)議被CP5611貫穿到S7300。它不僅需要獲得原系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù),還需要獲得了靜態(tài)的數(shù)據(jù)。由于非線性系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),所以很難要求嚴格解析反饋信號,這甚至是不可能的。該系統(tǒng)由普通的逆變器和異步電機組成，是一種復(fù)雜的非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)的PID控制策略,并不能滿足要求和進一步控制。設(shè)計中肯定還有其它不足和紕漏之處，請各位老師指正?？梢姴裼桶l(fā)動機的維護費用比電動機多出十多倍。傳統(tǒng)挖掘機電控系統(tǒng)的人機交互界面一般都會用觸摸屏，觸摸屏當(dāng)然有觸摸屏的好處，操作簡單，對環(huán)境要求低，低功耗，編程簡單等等，也正因為如此觸摸屏的擴展性就大大受到了限制，界面雖然簡潔但是難以美化，一些復(fù)雜的功能難以實現(xiàn)。三菱FX232 PLC設(shè)備構(gòu)件把PLC的通道分為只讀，只寫，讀寫三種情況，只讀用于把PLC中的數(shù)據(jù)讀入到MCGS的實時數(shù)據(jù)庫中，只寫通道用于把MCGS實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入到PLC中，讀寫則可以從PLC中讀數(shù)據(jù)，也可以往PLC中寫數(shù)據(jù)。在使用前首先要安裝編程電纜的驅(qū)動程序，在安裝驅(qū)動結(jié)束后，要進行簡單的設(shè)定。詳細程序如下所示：圖68 行進控制程序 AD轉(zhuǎn)換AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換程序主要應(yīng)用了TO和FROM語句，意思分別是從PLC讀出和讀入到PLC，然后通過對K17行的16位二進制數(shù)據(jù)賦值來實現(xiàn)通道選擇和啟動AD轉(zhuǎn)換或者DA轉(zhuǎn)換的功能。PLC根據(jù)不同輸入繼電器的觸發(fā)觸發(fā)不同的輸出繼電器，輸出繼電器與變頻器的高速、中速、低速的接口直接相連，從而直接改變了變頻器的輸出頻率，進而改變了電動機的轉(zhuǎn)速。第6章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計語言和準備工作 對于PLC的程序編寫，我們采用日本三菱公司提供的GX Developer Version8編程軟件[8]，用戶可以利用它編輯、調(diào)試PLC程序，也可以啟動監(jiān)控功能在線監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況，同時安裝與其配套的PLC仿真軟件后，可以不需要硬件設(shè)備開發(fā)控制系統(tǒng)。所以，我們要用一個數(shù)字來表示它的大小，然后告訴PLC，PLC才能知道輸入的電壓、電流信號具體有多大。(3)12位轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進制補碼形式存放。技術(shù)指標：(1)額定電壓：380V。將USB公頭插入到電腦的USB接口，即可實現(xiàn)用觸摸屏控制電腦。LM331 可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～40V 之間，輸出可高達 40V，而且可以防止 Vcc 短路。再生制動是電動機進行制動時把一部分動能通過電機轉(zhuǎn)換為電能儲存起來，回收利用。挖掘機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖如下圖所示：58 圖31挖掘機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)總體控制方案如下圖所示：圖32系統(tǒng)總體控制框圖第4章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立和PID參數(shù)整定 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)以控制電動機轉(zhuǎn)速恒定為目標，電動機轉(zhuǎn)速由PLC輸出轉(zhuǎn)速來決定，而PLC的輸出要根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋進一步進行調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)的控制框圖下圖所示[5]。(3)根據(jù)實際需要對實驗中用到的幾大部件進行嚴格選型。轉(zhuǎn)速顯示是駕駛員對挖掘機的工作狀態(tài)進行判斷的重要參考，所以設(shè)計中如何更加快速準確地顯示出挖掘機的轉(zhuǎn)速十分重要。(4)抗干擾設(shè)計在工業(yè)現(xiàn)場，在距離較遠的電氣設(shè)備、儀表、PLC控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)之間進行信號傳輸時，往往存在干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。比例控制是一種簡單的控制方式。例如，德國阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機裝有新型的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國林肯貝爾特公司C系列LS5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費；還安裝了CAPS(計算機輔助功率系統(tǒng))，提高挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱(Oamp。作為工程機械行業(yè)里的“明珠”，挖掘機的發(fā)明和發(fā)展對節(jié)省人力提高工作效率發(fā)揮了巨大作用。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀挖掘機從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)走過178年的歷史，期間經(jīng)歷過從人力到蒸汽再到液壓驅(qū)動。國外挖掘機生產(chǎn)廠商重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。將誤差的比例(P)，積分(I)，微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進行控制，故稱PID控制器。電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出量是正弦波，輸出量一般不會十分完美，所以在輸入PLC的AD模塊之前還要經(jīng)過二極管進行整流，然后經(jīng)過比例放大器進行放大，才能輸入到三菱FX2N4AD模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。(3)轉(zhuǎn)速的實時顯示。(2)對基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)總體方案進行設(shè)計。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用三菱FX 2N4AD，數(shù)模轉(zhuǎn)換用三菱FX 2N4DA，是三菱PLC的特殊功能模塊， PLC、變頻器均采用三菱品牌，所以這個系統(tǒng)就有了完美的兼容性，在設(shè)計過程中可以少走很多彎路。圖51 PLC和變頻器相關(guān)接口連接電路在變頻器的缺省設(shè)置基礎(chǔ)上，做如下修改：(1)Pr30=1 表示再生功能制動選擇。LM33