【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變?yōu)?0（M1+1）/ZTc，則M法測(cè)速分辨率為： （62）圖66 M法測(cè)速可見，M法測(cè)速的分辨率與實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。從式（62）還可看出，要提高分辨率（即減小Q），必須增大Tc或Z。但在實(shí)際應(yīng)用中，兩者都受到限制，增大Z受到編碼器制造工藝的限制，增大Tc勢(shì)必使采樣周期變長。（三）M法測(cè)速的誤差率在M法測(cè)速中，測(cè)速誤差決定于編碼器的制造精度，以及編碼器輸出脈沖前沿和測(cè)速時(shí)間采樣脈沖前沿不齊所造成的誤差等等，最多可能產(chǎn)生一個(gè)脈沖的誤差。因此，M法測(cè)速誤差率的最大值為： （63）由式（63）可知，與M1成反比，即轉(zhuǎn)速越低，M1越小，誤差率越大。 實(shí)驗(yàn)中固定在電動(dòng)機(jī)軸上的磁片數(shù)越多，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)就越多，轉(zhuǎn)速測(cè)量也就越精確，由于實(shí)際條件的限制，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈輸出200個(gè)脈沖，脈沖信號(hào)送到PLC的高速計(jì)數(shù)器，程序中設(shè)計(jì)每隔200 ms執(zhí)行一次高速計(jì)數(shù)器指令。程序設(shè)計(jì)中具體算法分析如下：根據(jù)式（61），結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以得出：Z=3，Tc=50ms25=，即，M1為高速計(jì)數(shù)器所計(jì)脈沖數(shù)，16為脈沖數(shù)到轉(zhuǎn)速值之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，在程序中用乘法指令來實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)中，在主程序首次掃描時(shí)，利用“首次掃描”，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速計(jì)數(shù)器的狀態(tài)字節(jié)、控制字節(jié)、預(yù)置值和當(dāng)前值的設(shè)置，然后在調(diào)用中斷程序0來實(shí)現(xiàn)脈沖數(shù)到轉(zhuǎn)速的計(jì)算與轉(zhuǎn)換，最后把轉(zhuǎn)速值放到一個(gè)存儲(chǔ)單元VW20中，等待掃描顯示。4 PWM、中斷、高速計(jì)數(shù)、PID指令簡(jiǎn)介直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟、制動(dòng)性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在冶金、機(jī)械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)受到磁飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法，調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速目的，但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。其中PWM(脈寬調(diào)制)是常用的一種調(diào)速方法。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。最近幾年來，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，使調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。與VM(晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：（1）電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少。（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。（3）低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。（4）若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)能力強(qiáng)。（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。（6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。由于有上述優(yōu)點(diǎn)，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了VM系統(tǒng)。 S7200PLC實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速 S7200PLC的高速脈沖輸出指令S7200PLC的每個(gè)CPU有兩個(gè)PTO/PWM(脈沖列/脈沖寬度調(diào)制器)發(fā)生器，[3]。脈沖輸出指令（PLS,見圖34）檢查為脈沖輸出（）設(shè)置的特殊存儲(chǔ)器為（SM），然后啟動(dòng)由特殊存儲(chǔ)器位定義的脈沖操作。指令的操作數(shù)Q=0或1。PTO/。，PTO/PWM發(fā)生器控制輸出，在該輸出點(diǎn)禁止使用數(shù)字輸出功能，此時(shí)輸出波形不受映像寄存器的狀態(tài)、輸出強(qiáng)制或立即輸出指令的影響。不使用PTO/PWM發(fā)生器時(shí)。脈沖寬度與脈沖周期之比成為占空比，脈沖列（PTO）功能提供周期與脈沖數(shù)目可以由用戶控制的占空比為50%的方波輸出。脈沖寬度調(diào)制（PWM,簡(jiǎn)稱為脈寬調(diào)制）功能提供連續(xù)的，周期與脈寬可以由用戶控制的輸出。本次設(shè)計(jì)所使用的PLC,CPU型號(hào)為224，它有兩個(gè)模擬電位器,用特殊存儲(chǔ)器SMB28和SMB29來標(biāo)志，分別對(duì)應(yīng)于模擬電位器0和模擬電位器1動(dòng)觸電的位置（只讀），通過調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的電位器就可以改變PWM波的脈寬。由于本次設(shè)計(jì)主要用脈沖寬度調(diào)制器（PWM），所以對(duì)于脈寬列（PTO）就不再作詳細(xì)介紹。所有控制字節(jié)、周期、脈沖寬度和脈沖數(shù)的默認(rèn)值均為0。通過修改SM區(qū)（包括控制字節(jié)），然后再執(zhí)行PLS指令，可以改變PWM輸出波形的特性。將控制字節(jié)的PWM允許位（）置為0，然后執(zhí)行PLS指令，在任意時(shí)刻均可以禁止PWM波形輸出。PWM功能提供可變占空比的脈沖輸出，時(shí)間基準(zhǔn)為us或ms，周期的變化范圍為10～65535us或2～65535ms，脈沖寬度的變化范圍為0～65535us或0～65535ms。當(dāng)指定脈沖寬度大于周期值時(shí)，占空比為100%，輸出連續(xù)接通；當(dāng)脈沖寬度為0時(shí)，占空比為0%，輸出斷開。如果指定的周期小于兩個(gè)時(shí)間單位，周期被默認(rèn)為兩個(gè)時(shí)間單位?？梢杂孟率鰞煞N方法改變PWM波形的特性。（1）同步更新 如果不要求改變時(shí)間基準(zhǔn)，即可以進(jìn)行同步更新。同步更新時(shí)，波形特性的變化在兩個(gè)周期的交界處，可以實(shí)現(xiàn)平滑過度。（2）異步更新 PWM的典型操作是脈沖寬度變化但周期保持不變，因此不要求改變時(shí)間基準(zhǔn)。如果需要改變PWM發(fā)生器的時(shí)間基準(zhǔn)，則應(yīng)使用異步更新。異步更新瞬時(shí)關(guān)閉PWM發(fā)生器，與PWM的輸出波形不同步，可能引起被控設(shè)備的抖動(dòng)。因襲建議選擇一個(gè)適用于所有周期時(shí)間的時(shí)間基準(zhǔn)，使用同步PWM更新?？刂谱止?jié)中的“PWM更新方式位”（）用來指定更新類型，執(zhí)行PLS指令使改變生效。如果改變了時(shí)間基準(zhǔn)，不管PWM更新方式位的狀態(tài)如何，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異步更新。下表為與PWM有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器。如果要裝入新的脈沖數(shù)、脈沖寬度或周期，應(yīng)在執(zhí)行PLS指令前將它們裝入相應(yīng)的控制寄存器。表31 PWM控制寄存器與有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器控制字節(jié)描述PWM更新周期值：1=寫新的周期值PWM更新脈沖寬度：1=寫新的脈沖寬度未用PWM基準(zhǔn)時(shí)間單位：0=1us，1=1msPWM更新方式：0=異步更新，1=同步更新未用PWM模式選擇：0=PTO，1=PWMPWM有效位：0=無效，1=允許其他寄存器SMW68SMW78PWM周期值（2～65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）SMW70SMW80PWM脈沖寬度值（2～65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）有了高速脈沖輸出指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速就非常方便了。可以通過控制字節(jié)的設(shè)置來改變脈沖寬度和周期，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，在初始化子程序中設(shè)置控制字節(jié)是一個(gè)關(guān)鍵程序，若設(shè)置出錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致脈沖無法輸出。 中斷指令中斷指令使系統(tǒng)暫時(shí)中斷正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序去處理那些急需處理的事件，處理后返回原程序執(zhí)行。包括中斷允許（ENI）指令、全局中斷禁止（DISI）指令、中斷連接（ATCH）指令、中斷分離（DTCH）指令、中斷返回（CRETI）指令。按優(yōu)先級(jí)從高到低中斷可分為通信口中斷、I/O中斷、時(shí)基中斷[1]。中斷允許（ENI）指令 全局地允許所有被連接的中斷事件。全局中斷禁止（DISI）指令 全局地禁止處理所有中斷事件。中斷連接（ATCH）指令 用來建立某個(gè)中斷事件和某個(gè)中斷程序之間的聯(lián)系，并允許這個(gè)中斷事件。中斷分離（DTCH）指令 用來解除某個(gè)中斷事件和某個(gè)中斷程序之間的聯(lián)系，并禁止該中斷事件。表52部分中斷事件及其事件號(hào)中斷返回（CRETI）指令 根據(jù)控制的條件從中斷程序中返回到主程序。可用中斷程序入口點(diǎn)處的中斷程序標(biāo)號(hào)來識(shí)別每個(gè)中斷程序。部分中斷事件及其事件號(hào)如表52所示。 高速計(jì)數(shù)指令普通計(jì)數(shù)器要受CPU掃描速度的影響，對(duì)高速脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生脈沖丟失的現(xiàn)象。高速計(jì)數(shù)器脫離主機(jī)的掃描周期而獨(dú)立計(jì)數(shù)，它可對(duì)脈寬小于主機(jī)掃描周期的高速脈沖準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。高速計(jì)數(shù)器常用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的場(chǎng)合，使用時(shí)可由編碼器將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)，再用高速計(jì)數(shù)器對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。高速計(jì)數(shù)器的指令包含定義高速計(jì)數(shù)器（HDEF）指令和高速計(jì)數(shù)器（HSC）指令（如表53所示），高速計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入速率可達(dá)10～30KHz。定義高速計(jì)數(shù)器（HDEF）指令，為指定的高速計(jì)數(shù)器（HSCx）選定一種工作模式（有12種不同的工作模式）。使用HDEF指令可建立起高速計(jì)數(shù)器（HSCx）和工作模式之間的聯(lián)系。操作數(shù)HSC是高速計(jì)數(shù)器編號(hào)（0～5），MODE是工作模式（0～11）。在使用高速計(jì)數(shù)器之前必須使用HDEF指令來選定一種工作模式。對(duì)每一個(gè)高速計(jì)數(shù)器只能使用一次HDEF指令。高速計(jì)數(shù)器（HSC）指令，根據(jù)有關(guān)特殊標(biāo)志位來組態(tài)和控制高速計(jì)數(shù)器的工作，操作數(shù)N指定了高速計(jì)數(shù)器號(hào)（0～5）。高速計(jì)數(shù)器裝入預(yù)置值后，當(dāng)前計(jì)數(shù)值小于當(dāng)前預(yù)置值時(shí)計(jì)數(shù)器處于工作狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)前值等于預(yù)置值或外部復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，可使計(jì)數(shù)器產(chǎn)生中斷；除模式（0～2）外，計(jì)數(shù)器方向的改變也可產(chǎn)生中斷?？衫眠@些中斷事件完成預(yù)定的操作。每當(dāng)中斷事件出現(xiàn)時(shí)，采用中斷的方法在中斷程序中裝入一個(gè)新的預(yù)置值，從而使高速計(jì)數(shù)器進(jìn)入新一輪的工作。由于中斷事件產(chǎn)生的速率遠(yuǎn)低于高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率，用高速計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)精確的高速控制，而不會(huì)延長PLC的掃描周期。高速計(jì)數(shù)器指令在使用過程中，利用相關(guān)的特殊存儲(chǔ)器位可對(duì)高速計(jì)數(shù)器實(shí)施狀態(tài)監(jiān)視、組態(tài)動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)置預(yù)置值和當(dāng)前值等操作。HSC0～HSC2的當(dāng)前值和預(yù)置值所對(duì)應(yīng)的特殊存儲(chǔ)器地址如表43所示。表43 HSC的當(dāng)前值和預(yù)置值要裝入的值HSC0HSC1HSC2新當(dāng)前值SMD38SMD48SMD58新預(yù)置值SMD42SMD52SMD62為了向高速計(jì)數(shù)器裝入新的當(dāng)前值和預(yù)置值，必須先設(shè)置控制字節(jié)，并把預(yù)置值和當(dāng)前值存入特殊存儲(chǔ)器中，然后執(zhí)行HSC指令，才能將新的值傳送給高速計(jì)數(shù)器。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)控制字節(jié)，控制字節(jié)是用來控制計(jì)數(shù)器工作的。（HSC0～HSC2）的控制字節(jié)如表42所示。表42 高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)HSC0HSC1HSC2描述復(fù)位有效電平控制位：0=復(fù)位高電平有效；1=復(fù)位低電平有效—啟動(dòng)有效電平控制位：0=啟動(dòng)高電平有效；1=啟動(dòng)低電平有效正交計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)速率選擇：0=4計(jì)數(shù)速率；1=1計(jì)數(shù)速率計(jì)數(shù)方向控制位：0=減計(jì)數(shù)；1=增計(jì)數(shù)允許更新計(jì)數(shù)方向：0=不更新；1=更新計(jì)數(shù)方向向HSC中寫入預(yù)置值：0=不更新；1=更新預(yù)置值向HSC中寫入新的當(dāng)前值：0=不更新；1=更新當(dāng)前值HSC允許：0=禁止 HSC 1=允許 HSC PID指令 PID 算法PID 控制器管理輸出數(shù)值,以便使偏差（e）為零,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值SP 和過程變量PV 的差. PID 控制原則以下列公式為基礎(chǔ),其中將輸出u(t)表示成比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù):