【正文】 貯備，當(dāng)天構(gòu)件安裝就能恢復(fù)生產(chǎn)，無(wú)需長(zhǎng)期停工。從而大大降低了設(shè)備故障的停機(jī)率。第9章 結(jié)論與展望通過(guò)這段時(shí)間論文的寫(xiě)作對(duì)我國(guó)的電動(dòng)挖掘機(jī)的發(fā)展也有了初步了解，分析了電動(dòng)挖掘機(jī)工作的過(guò)程和原理，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的各個(gè)器件進(jìn)行了嚴(yán)格的選型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路，認(rèn)真編譯了PLC程序，最后在實(shí)驗(yàn)室搭建了基于PLC的電動(dòng)挖掘機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。事實(shí)證明電動(dòng)挖掘機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速的控制當(dāng)中比傳統(tǒng)的控制方式更具優(yōu)勢(shì)，這方面的研究前景廣闊。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中我學(xué)到了豐富而有趣的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這些知識(shí)將在我今后的學(xué)習(xí)工作過(guò)程中應(yīng)用廣泛，對(duì)我?guī)椭薮?，而這短短的幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間也會(huì)成為我人生中一段寶貴的記憶。電動(dòng)挖掘機(jī)作為機(jī)電一體化的產(chǎn)品，集合了機(jī)械、電氣、電力電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)；所以從挖掘機(jī)技術(shù)的高低同時(shí)也可以看出我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展情況；而現(xiàn)在我國(guó)電動(dòng)挖掘機(jī)正在迅猛發(fā)展，每年的產(chǎn)量也在大幅增加，同時(shí)技術(shù)水平也在不斷進(jìn)步；但我們也清醒看到在一些關(guān)鍵部件與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，這里面既有屬于機(jī)械加工方面的，也有屬于電子控制方面的。所以我國(guó)電動(dòng)挖掘機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)還有很大的提升空間。由于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的很復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)要考慮到這個(gè)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(gè)控制系統(tǒng)最終才可能有使用價(jià)值，因此需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷的驗(yàn)證和改進(jìn)。在本設(shè)計(jì)中采用了利用可編程控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)核心，充分利用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)原理和檢測(cè)技術(shù)，達(dá)到了對(duì)電動(dòng)機(jī)的可靠控制。通過(guò)合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，提高了電動(dòng)挖掘機(jī)的運(yùn)行可靠性。采用 PLC 設(shè)計(jì)后的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、維修簡(jiǎn)單、故障率低。PLC 與交流變頻調(diào)速(VVVF)控制技術(shù)結(jié)合提升了電動(dòng)挖掘機(jī)的效率，有利于挖掘機(jī)的節(jié)能減排，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，例如:轉(zhuǎn)速傳感器采集的信號(hào)總是會(huì)有些干擾；轉(zhuǎn)速控制實(shí)時(shí)性不太理想；PID參數(shù)不是太準(zhǔn)確。設(shè)計(jì)中肯定還有其它不足和紕漏之處，請(qǐng)各位老師指正。 參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:中國(guó)電力出版社,2008:144～153[2] [M].北京:人民郵電出版社,2010 :1～7[3] [M].北京:人民郵電出版社,:27～34[4] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,:17～18[5] 宋志安,. 北京:國(guó)防科技出版社,2007:38～41[6] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:7083.[7] [M].（第五版）北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999:96～101[8] GX Developer Version 8 使用說(shuō)明.[M] 2007:1～80[9] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:26～28[10] [M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, ：5～6[11] FX2N4AD Special Functionblok User’s .[12] Programming Controller Melsec FX series Programming electric,1994 . 附錄附錄A： 外文資料翻譯。PLC變頻調(diào)速的網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)和通用逆變器、且PLC控制被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。然而,對(duì)多變量、非線性和強(qiáng)耦合的異步電機(jī)的控制性能卻不足,不能很好地滿足客戶的調(diào)速要求。該數(shù)學(xué)模型的變頻調(diào)速系統(tǒng)提出了矢量控制方式,其可逆轉(zhuǎn)性得到證實(shí)。通過(guò)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(gè)線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器。采用PLC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)在實(shí)際系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能得到了很大的提高，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋控制的可行性得到了驗(yàn)證。1. 導(dǎo)論近年來(lái),隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論,逐漸涉及到交流電機(jī)系統(tǒng),這些技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變頻器調(diào)速的交流馬達(dá)。變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)和通用逆變器，用來(lái)代替直流調(diào)速系統(tǒng)。由于在工業(yè)領(lǐng)域中的糟糕的環(huán)境和嚴(yán)重的干擾,選擇控制器是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。在文獻(xiàn)中介紹了利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋控制。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)有較高的計(jì)算速度，龐大的記憶能力以及與其他軟件良好的兼容性等。但是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用上也有一些不足，比如運(yùn)行不穩(wěn)定,不可靠及更惡劣的通信能力?？删幊绦蚩刂破?PLC)控制系統(tǒng)是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,它的穩(wěn)定性和可靠性好。PLC控制系統(tǒng),可以很容易地集成到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)并得到高性能的通信結(jié)構(gòu),所以它在近年來(lái)被廣泛地使用,并且深受歡迎。該系統(tǒng)由普通的逆變器和異步電機(jī)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(jìn)一步控制。因此,如何加強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能是非常迫切的事情。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng), 在未來(lái)幾年里將是一種新型的控制方法。其基本的想法是:對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng),原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)是由一個(gè)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引起的,對(duì)象信號(hào)和反饋信號(hào)的組合系統(tǒng)被轉(zhuǎn)化成一種線性關(guān)系的解耦標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。隨后,一個(gè)線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)可以達(dá)到較高的控制性能。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在工程上很容易實(shí)現(xiàn)。在線性化及其解耦控制正常的非線性系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)采用這種方法。把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋結(jié)合到可編程序控制器(PLC)上就可以很容易地彌補(bǔ)不足的問(wèn)題，解決在PLC控制系統(tǒng)上的非線性耦合。這個(gè)組合可以促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋付諸實(shí)踐，來(lái)實(shí)現(xiàn)其全部的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在這篇文章中，首先對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋方法進(jìn)行了介紹,并且描述了采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。然后是對(duì)反饋系統(tǒng)進(jìn)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。最后,該方法在實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證,并將傳統(tǒng)的PI控制和反饋控制進(jìn)行了對(duì)比。2. 神經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)控制方法基本的反饋控制方法就是:對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)、一種由反饋方法建立的完整的反饋系統(tǒng),并結(jié)合反饋系統(tǒng)與原系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了一種解耦的線性關(guān)系,以標(biāo)準(zhǔn)化體系,并命名為偽線性系統(tǒng)。隨后,一個(gè)線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)行并將達(dá)到較高的控制性能。當(dāng)在“幾何領(lǐng)域”討論這些問(wèn)題時(shí)，反饋系統(tǒng)控制方法并不像微分幾何方法，其特點(diǎn)是直接，簡(jiǎn)單，易于理解。主要的問(wèn)題是怎樣在應(yīng)用軟件中獲得反饋模型。由于非線性系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),所以很難要求嚴(yán)格解析反饋信號(hào),這甚至是不可能的。反饋系統(tǒng)控制在工程應(yīng)用中不能達(dá)到期望值。作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性逼近能力,尤其是對(duì)于非線性的復(fù)雜系統(tǒng),它會(huì)是來(lái)解決問(wèn)題的強(qiáng)大工具。反饋系統(tǒng)集成了具有非線性逼近能力的反饋系統(tǒng)，其中具有非線性逼近能力的反饋系統(tǒng)能夠避免使用反饋方法帶來(lái)的麻煩。這樣就可能，運(yùn)用反饋控制方法去控制一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(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(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的反饋模型。原系統(tǒng)的層疊式的反饋系統(tǒng),會(huì)形成一個(gè)偽線性系統(tǒng)。然后,一個(gè)線性閉環(huán)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)器將工作。3. 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和它的反饋性能異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)提供的跟蹤電流正弦脈寬調(diào)制逆變器可以表示為非線性模型在兩相循環(huán)的協(xié)調(diào)。該模型簡(jiǎn)化為一個(gè)三級(jí)非線性模型。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(diǎn)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(shí)間常數(shù)； 表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩。）用矢量模式,得代進(jìn)公式,得 (2)可逆轉(zhuǎn)性分析,得 (3) (4)可供選擇的狀態(tài)變量如下輸入變量由上面的公式得出結(jié)果,得 (5) (6)然后雅可比矩陣 (7) (8)作為所以并且系統(tǒng)是可逆的。相關(guān)的系統(tǒng)是.當(dāng)變頻器運(yùn)行模式的變化,在矢量磁鏈的可以忽略的磁鏈(考慮到是恒定,等于等級(jí))。原系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)輸入和輸出系統(tǒng)訂立的(2)。根據(jù)隱函數(shù)定理，公式(3)的反饋系統(tǒng)可以表達(dá)為: (9)當(dāng)反饋系統(tǒng)連續(xù)連接到原系統(tǒng)時(shí)，偽線性復(fù)合系統(tǒng)形成類(lèi)型。4. 網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)步驟 輸入與輸出的運(yùn)行樣本的采集采樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的建立是極其重要的。它不僅需要獲得原系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),還需要獲得了靜態(tài)的數(shù)據(jù)。參考信號(hào)應(yīng)該包括原始系統(tǒng)所有的工作范圍,并確保近似。信號(hào)的欲處理的第一階段是從每0HZ到50HZ中得到10HZ，并得到開(kāi)環(huán)響應(yīng)。第二階段是混亂信號(hào)的輸入，當(dāng)每10秒鐘出現(xiàn)預(yù)處理信號(hào)時(shí)，隨機(jī)信號(hào)輸入,并得到閉環(huán)響應(yīng)?；谶@些輸入,將得到1600組得到運(yùn)行樣本。 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完美組合將能構(gòu)建一個(gè)反饋系統(tǒng)。靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由2個(gè)輸入層的神經(jīng)元，3個(gè)輸出層的神經(jīng)元和12個(gè)隱蔽層的神經(jīng)元組成。隱藏神經(jīng)元的激勵(lì)函數(shù)是單調(diào)平滑雙曲正切函數(shù)。輸出層是由線性臨界激勵(lì)函數(shù)的神經(jīng)元組成。運(yùn)行數(shù)據(jù)是這些速度的開(kāi)環(huán)，閉環(huán)的相對(duì)應(yīng)速度和設(shè)置的參考的速度。50次運(yùn)行之后。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷和臨界值被保存下來(lái)。并得到原系統(tǒng)的反饋模型。5. 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果 系統(tǒng)硬件硬件系統(tǒng)包括上層監(jiān)督計(jì)算機(jī)安裝，,西門(mén)子S7300PLC，變頻器，異步電動(dòng)機(jī)和光電編碼器。選擇S73152DP PLC控制器,它有一個(gè)PROFIBUSDP接口和一個(gè)MPI接口。高速采集模塊是FM3501。WinCC用MPI協(xié)議被CP5611貫穿到S7300。這個(gè)逆變器的類(lèi)型是西門(mén)子的MMV。西門(mén)子的PLC能兼容美國(guó)的協(xié)議。在這個(gè)系統(tǒng)上ACB15模塊被增加在逆變器上。 軟件編程 通信介紹MPI(多點(diǎn)接口)是一種簡(jiǎn)單、便宜的通訊策略，運(yùn)用在運(yùn)行慢，非大型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。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。MMV變頻器作為從動(dòng)裝置連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),并安裝到CB15 PROFIBUS模塊上。PPO1或PPO3的數(shù)據(jù)類(lèi)型可供選擇。它允許控制信號(hào)直接發(fā)送到變頻地址, SFC14/15的系統(tǒng)功能模塊。OPC能有效的提供完整的數(shù)據(jù)和通信能力。不同類(lèi)型的服務(wù)器和客戶機(jī)可以存取彼此的數(shù)據(jù)來(lái)源。比較傳統(tǒng)的軟件模式和硬件發(fā)展,設(shè)備生產(chǎn)商只需要培養(yǎng)一個(gè)操作員。這樣可以縮短開(kāi)發(fā)周期,節(jié)省人力資源,并簡(jiǎn)化了整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。矩陣實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要系統(tǒng)各種各樣數(shù)據(jù)的時(shí)候，這些數(shù)據(jù)不能從PLC或WinCC直接讀取。所以O(shè)PC技術(shù)可以用來(lái)獲得在WinCC和Excel之中所需的數(shù)據(jù)。設(shè)置WinCC作為OPC DA的服務(wù)器,一個(gè)OPC客戶將被很好的建立關(guān)于VBA。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被WinCC讀取并寫(xiě)到Excel上,然后Excel上的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到矩陣實(shí)驗(yàn)室為在離線運(yùn)行時(shí)獲得原系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)。通常用STEP7 ，數(shù)據(jù)采集和控制算法進(jìn)行編程，速度采樣程序和存儲(chǔ)程序被編程為有規(guī)律的中斷程序A，中斷周期為100毫秒。為了阻止程序A運(yùn)行時(shí)間超過(guò)100毫秒，減小程序的運(yùn)行周期和系統(tǒng)錯(cuò)誤，控制步驟和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法被編程為主程序B。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)運(yùn)行采樣來(lái)說(shuō)是必要的以便加快信號(hào)收集速度，在最終運(yùn)行之前輸入和輸出信號(hào)乘以一個(gè)放大系數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)速度參照是100秒每周期的方波信號(hào)時(shí),逆變器運(yùn)行的是矢量模式。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。當(dāng)速度參照保持恒定時(shí),經(jīng)過(guò)80秒時(shí)間，負(fù)荷降低到?jīng)]有負(fù)荷,經(jīng)過(guò)120秒時(shí)間,負(fù)荷增加到滿負(fù)荷，所以在傳統(tǒng)控制下的速度響應(yīng)曲線和網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)曲線如下圖所示。很明顯,在穩(wěn)定性能上，網(wǎng)絡(luò)反饋控制的負(fù)載擾動(dòng)優(yōu)于傳統(tǒng)的PI控制的負(fù)載擾動(dòng)。（PI控制下的速度響應(yīng)） （網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)）6. 結(jié)論為了改善PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)被使用。并給出了一個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,且其可逆轉(zhuǎn)性得到了檢驗(yàn)。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(jì)了線性控制的方法進(jìn)行控制。通過(guò)實(shí)驗(yàn),PLC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中具有有效性和可行性的到了驗(yàn)證。附錄B： PLC程序‘附錄C： 電氣原理圖