【文章內(nèi)容簡介】 變?yōu)?0（M1+1）/ZTc，則M法測速分辨率為： （62）圖66 M法測速可見，M法測速的分辨率與實際轉(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勢必使采樣周期變長。（三）M法測速的誤差率在M法測速中，測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速時間采樣脈沖前沿不齊所造成的誤差等等，最多可能產(chǎn)生一個脈沖的誤差。因此，M法測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。 實驗中固定在電動機軸上的磁片數(shù)越多，電動機每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)就越多，轉(zhuǎn)速測量也就越精確，由于實際條件的限制，電機每轉(zhuǎn)一圈輸出200個脈沖，脈沖信號送到PLC的高速計數(shù)器，程序中設(shè)計每隔200 ms執(zhí)行一次高速計數(shù)器指令。程序設(shè)計中具體算法分析如下：根據(jù)式（61），結(jié)合本次實驗設(shè)計，可以得出：Z=3，Tc=50ms25=，即，M1為高速計數(shù)器所計脈沖數(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現(xiàn)。本次設(shè)計中，在主程序首次掃描時，利用“首次掃描”，實現(xiàn)對高速計數(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來實現(xiàn)脈沖數(shù)到轉(zhuǎn)速的計算與轉(zhuǎn)換，最后把轉(zhuǎn)速值放到一個存儲單元VW20中，等待掃描顯示。4 PWM、中斷、高速計數(shù)、PID指令簡介直流電機由于具有速度控制容易，啟、制動性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點而在冶金、機械制造、輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小，但低速時受到磁飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制而且由于勵磁線圈電感較大，動態(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)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。最近幾年來，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展及單片機的廣泛應(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(晶閘管電動機系統(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)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)能力強。（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，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，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。由于有上述優(yōu)點，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了VM系統(tǒng)。 S7200PLC實現(xiàn)直流電動機的PWM調(diào)速 S7200PLC的高速脈沖輸出指令S7200PLC的每個CPU有兩個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)置的特殊存儲器為（SM），然后啟動由特殊存儲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，在該輸出點禁止使用數(shù)字輸出功能，此時輸出波形不受映像寄存器的狀態(tài)、輸出強制或立即輸出指令的影響。不使用PTO/PWM發(fā)生器時。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)計所使用的PLC,CPU型號為224，它有兩個模擬電位器,用特殊存儲器SMB28和SMB29來標(biāo)志，分別對應(yīng)于模擬電位器0和模擬電位器1動觸電的位置（只讀），通過調(diào)節(jié)對應(yīng)的電位器就可以改變PWM波的脈寬。由于本次設(shè)計主要用脈沖寬度調(diào)制器（PWM），所以對于脈寬列（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，占空比為100%，輸出連續(xù)接通；當(dāng)脈沖寬度為0時，占空比為0%，輸出斷開。如果指定的周期小于兩個時間單位，周期被默認(rèn)為兩個時間單位。可以用下述兩種方法改變PWM波形的特性。（1）同步更新 如果不要求改變時間基準(zhǔn)，即可以進(jìn)行同步更新。同步更新時，波形特性的變化在兩個周期的交界處，可以實現(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，因此不要求改變時間基準(zhǔn)。如果需要改變PWM發(fā)生器的時間基準(zhǔn)，則應(yīng)使用異步更新。異步更新瞬時關(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。因襲建議選擇一個適用于所有周期時間的時間基準(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。如果改變了時間基準(zhǔn)，不管PWM更新方式位的狀態(tài)如何，都會產(chǎn)生一個異步更新。下表為與PWM有關(guān)的特殊存儲器。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倍時間基準(zhǔn)）SMW70SMW80PWM脈沖寬度值（2～65535倍時間基準(zhǔn)）有了高速脈沖輸出指令，實現(xiàn)對直流電動機的PWM調(diào)速就非常方便了?？梢酝ㄟ^控制字節(jié)的設(shè)置來改變脈沖寬度和周期，實現(xiàn)控制任務(wù)，在初始化子程序中設(shè)置控制字節(jié)是一個關(guān)鍵程序，若設(shè)置出錯，就會導(dǎo)致脈沖無法輸出。 中斷指令中斷指令使系統(tǒng)暫時中斷正在執(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)先級從高到低中斷可分為通信口中斷、I/O中斷、時基中斷[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 用來建立某個中斷事件和某個中斷程序之間的聯(lián)系，并允許這個中斷事件。中斷分離（DTCH）指令 用來解除某個中斷事件和某個中斷程序之間的聯(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?？捎弥袛喑绦蛉肟邳c處的中斷程序標(biāo)號來識別每個中斷程序。部分中斷事件及其事件號如表52所示。 高速計數(shù)指令普通計數(shù)器要受CPU掃描速度的影響，對高速脈沖信號的計數(shù)會發(fā)生脈沖丟失的現(xiàn)象。高速計數(shù)器脫離主機的掃描周期而獨立計數(shù)，它可對脈寬小于主機掃描周期的高速脈沖準(zhǔn)確計數(shù)。高速計數(shù)器常用于電動機轉(zhuǎn)速檢測的場合，使用時可由編碼器將電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成脈沖信號，再用高速計數(shù)器對轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行計數(shù)。高速計數(shù)器的指令包含定義高速計數(shù)器（HDEF）指令和高速計數(shù)器（HSC）指令（如表53所示），高速計數(shù)器的時鐘輸入速率可達(dá)10～30KHz。定義高速計數(shù)器（HDEF）指令，為指定的高速計數(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數(shù)器（HSCx）和工作模式之間的聯(lián)系。操作數(shù)HSC是高速計數(shù)器編號（0～5），MODE是工作模式（0～11）。在使用高速計數(shù)器之前必須使用HDEF指令來選定一種工作模式。對每一個高速計數(shù)器只能使用一次HDEF指令。高速計數(shù)器（HSC）指令，根據(jù)有關(guān)特殊標(biāo)志位來組態(tài)和控制高速計數(shù)器的工作，操作數(shù)N指定了高速計數(shù)器號（0～5）。高速計數(shù)器裝入預(yù)置值后，當(dāng)前計數(shù)值小于當(dāng)前預(yù)置值時計數(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)位信號有效時，可使計數(shù)器產(chǎn)生中斷；除模式（0～2）外，計數(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，采用中斷的方法在中斷程序中裝入一個新的預(yù)置值，從而使高速計數(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)低于高速計數(shù)器的計數(shù)速率，用高速計數(shù)器可以實現(xiàn)精確的高速控制，而不會延長PLC的掃描周期。高速計數(shù)器指令在使用過程中，利用相關(guān)的特殊存儲器位可對高速計數(shù)器實施狀態(tài)監(jiān)視、組態(tài)動態(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)置值所對應(yīng)的特殊存儲器地址如表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)前值存入特殊存儲器中，然后執(zhí)行HSC指令，才能將新的值傳送給高速計數(shù)器。每個高速計數(shù)器都有一個控制字節(jié)，控制字節(jié)是用來控制計數(shù)器工作的。（HSC0～HSC2）的控制字節(jié)如表42所示。表42 高速計數(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—啟動有效電平控制位：0=啟動高電平有效；1=啟動低電平有效正交計數(shù)器計數(shù)速率選擇：0=4計數(shù)速率；1=1計數(shù)速率計數(shù)方向控制位：0=減計數(shù)；1=增計數(shù)允許更新計數(shù)方向：0=不更新；1=更新計數(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、積分項和微分項的函數(shù):