【正文】 0UmUt：；轉(zhuǎn)換由函數(shù)發(fā)生器來完成，可以設(shè)計各種電路去分段模擬圖 34 所要求的函數(shù)曲線。轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差額率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 34，該系統(tǒng)為了獲得較好的動態(tài)響應(yīng)，而且便于回饋制動，采用交—直—交電流型變頻器作為主電路該結(jié)構(gòu)圖中，給定值 Um；對應(yīng)轉(zhuǎn)子希望轉(zhuǎn)速，測速反饋給出轉(zhuǎn)子實際速的反饋量 Um，轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器對一各的偏差進行 PI 調(diào)節(jié)運算后，得到系統(tǒng)所需的轉(zhuǎn)差頻率給定值 Um,對逆變側(cè)即下路控制通道，轉(zhuǎn)差頻率給定值 Um 加上實際轉(zhuǎn)子速的反饋量恰好應(yīng)該作為定子旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的給定值 L’；，因此被用來控制變頻器的供電頻率．而對整流側(cè)即上路控制通道，按照恒磁通 對 l 的要求，轉(zhuǎn)差額率結(jié)定值 Um；還必須轉(zhuǎn)換為定子電流給定m?U1m由電機學(xué)可知， 與勵磁電流 I。本節(jié)論述的轉(zhuǎn)差額率控制系統(tǒng)是一種模擬控制拖動轉(zhuǎn)矩，近似保持控制過程中磁通恒定的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變順調(diào)速方案．理論上可以獲得與直流電動機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相似的調(diào)速性能。 32 異步電動機轉(zhuǎn)差頻率摔制變頻調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖第三章 基于數(shù)字式 PI 控制轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)17 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頗調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想 轉(zhuǎn)速開環(huán)、電壓或電流閉環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)共能用于調(diào)速精度不太高的一般平滑調(diào)運場合，要繼續(xù)提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能，就必須進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。k 采1?s樣次數(shù)：對式(5)方程作 z 變換并應(yīng)用線性定理和平移定理得茂名學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計14如果要用利用連續(xù)系統(tǒng)的對數(shù)頻率法來設(shè)計調(diào)節(jié)器參數(shù)，應(yīng)先進行 z 變換第三章 基于數(shù)字式 PI 控制轉(zhuǎn)差頻率控制的交流調(diào)速系統(tǒng)15根據(jù)系統(tǒng)期望虛擬對數(shù)頻率特性的中頻段寬度和相角裕量，可以解出 和 Ko，再進一1?步得出調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) K p 和積分系數(shù) K 1。數(shù)字調(diào)節(jié)器也應(yīng)具備同樣的功能，因此仍選用 PI 字調(diào)節(jié)器。在數(shù)字控制算法中，要對 U 幅，只須在程序內(nèi)設(shè)置限幅值 Um 當(dāng) u(k)＞Um，便以限幅值“m 作為輸出考慮限幅時，位置式和增量式兩種算法完全等同，考慮限幅則兩者略有差異。由式(2)可知，PI 調(diào)節(jié)器的第 k—l 拍輸出為 （10）（3）由（2）－（3）可 得（4）式（4）就是增量式 PI 式調(diào)節(jié)算法可以看出，增量式算法只需要當(dāng)前和上一拍的偏差即茂名學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計12可計算輸出的偏差量。由等號右例可以看出，比例部分只與當(dāng)前的伯差有關(guān)，而積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。PIKpi?PI??按式（1） ，u(t),e(t) 時表達式其中 為比例系數(shù),K1= 為積分系數(shù),將上式離散化成積分方程,其第 kpiP??1拍輸出為: 其中 Tsam 為采樣周期 數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器有位置式和增量式兩種算法。在我國傳統(tǒng)的鋼鐵冶金、交通運輸、機械化工等各產(chǎn)業(yè)中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調(diào)速為主的電氣傳動系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在硬件線路復(fù)雜、可靠性低、能耗大、生產(chǎn)維修量大等許多缺點，因此如何將 PLC 與交流變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，是企業(yè)界正著力解決的問題。茂名學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計10 本章小結(jié)由以上分析和實用得出結(jié)論，模糊 PI 控制器能使系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度和更小的超調(diào)量，具有更強的抗沖擊能力，明顯優(yōu)于 PI 控制。實驗給定電機轉(zhuǎn)速為 150r/min。茂名學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計8第二章 模糊－PI 控制原理9 軟件算法實現(xiàn)圖 22 示出調(diào)速系統(tǒng)算法流程圖。同時為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，對積分加以控制，取 ki=0。原則為：① 較小，EECE接近設(shè)定值，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增加 ， 的值。它們的論域為：{5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5 。 和 的大小意味著對 E 和 EC 的不同加權(quán)程度，而在調(diào)整系統(tǒng)特性時， 和 又相互制約，因此可得到帶有調(diào)整因子 的?控制規(guī)則，通過改變 的大小，改變對 E 和 EC 的不同加權(quán)程度，獲得不同的控制作?用。第二章 模糊－PI 控制原理7圖 21 模糊PI 控制原理圖 模糊控制方法（1）模糊控制器選用二維模糊控制器的輸入為速度誤差 e 及其誤差變化率 e，?輸出為定子電流 ，量化因子分別為 和 ，比例因子為 。但是模糊控制的穩(wěn)態(tài)性能比較差[1]，因此將模糊控制和 PI 控制相結(jié)合，采用模糊 PI 控制對交流調(diào)速系統(tǒng)進行控制。PI 控制本質(zhì)是一種線性控制,若被控對象具有非線性、大時滯、時變、強耦合等特性，會使線性參數(shù)的 PI 控制無法保持設(shè)計時的性能指標，魯棒性往往無法令人滿意。 調(diào)節(jié)器的參數(shù)校正原則：在控制的起始階段取較小的 PI 調(diào)節(jié)器校正參數(shù)；當(dāng)模糊控制達到基本穩(wěn)定時，根據(jù)系統(tǒng)誤差逐漸增大 PI 調(diào)節(jié)器的校正參數(shù)，以獲得平穩(wěn)的上升并消除誤差；當(dāng)整個系統(tǒng)已基本穩(wěn)定時，則根據(jù)系統(tǒng)要求和誤差適當(dāng)減小 PI 調(diào)節(jié)器的校正參數(shù)。模糊控制器和 PI 調(diào)節(jié)器根據(jù)校正的參數(shù)對過程對象進行控制，參數(shù)整定環(huán)節(jié)根據(jù)系統(tǒng)誤差的動態(tài)變化對 PI 調(diào)節(jié)器進行參數(shù)校正。最后，將模糊輸出結(jié)果清晰化，并采用 PWM 方式實現(xiàn)輸出控制，在周期一定的條件下茂名學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文：數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計6調(diào)節(jié)占空比，而占空比的實時值由模糊控制規(guī)則自動調(diào)節(jié)。第三步是把輸入變量的實時值和已定義的隸屬函數(shù)進行比較組合，求出相應(yīng)的模糊輸入量。 首先，把速度偏差及偏差變化率的實際范圍作為輸入論域，輸出控制量的允許變化范圍作為輸出論域，而在論域中的元素隸屬于某個語言變量值的隸屬度用隸屬函數(shù)表示，論域兩端的隸屬函數(shù)取半三角形的形狀，其余則取三角形的形狀。 模糊控制原理及其應(yīng)用 該模糊控制輸入信號為速度偏差 e 和速度偏差變化率△e ，輸出信號為控制信號。但是參數(shù)固定的 PI 控制又一定程度上給系統(tǒng)帶來了動態(tài)與穩(wěn)態(tài)之間的矛盾，模糊控制的優(yōu)勢沒有得到完全體現(xiàn)。而比例積分控制(PI)能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差，將模糊控制技術(shù)和傳統(tǒng)的 PI 控制相結(jié)合，能夠有效地解決模糊控制存在穩(wěn)態(tài)誤差的缺陷。 因而與傳統(tǒng)的控制方案相比，模糊控制具有較強的魯棒性。而模糊控制將專家的知識及現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為控制策略，使模型難以確定的復(fù)雜系統(tǒng)得以有效的控制。實用表明，系統(tǒng)的各項參數(shù)指標均優(yōu)于傳統(tǒng) PI 控制。針對該問題，將模糊 PI 控制引入到交交變頻同步電機調(diào)速系統(tǒng)中，以模糊PI 控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 PI 控制器。 本章小結(jié)本章主要介紹數(shù)字式 PI 控制的轉(zhuǎn)差型交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計, 背景及研究目標, 課題的實際意義, 此次課題設(shè)計一個交流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。學(xué)習(xí)交流調(diào)速理論和技術(shù)，不僅限于掌握這一學(xué)利的具體知識，更重要的是．在知識的繼承和創(chuàng)新方而可以獲得許多合益的啟示，它的發(fā)展歷程就是一份培養(yǎng)創(chuàng)造性思維方法的鮮活教材。同時，觀測器理論、Kalman 濾波、自適應(yīng)控制及其它相關(guān)的魯棒控制乃至智能控制——如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等在交流調(diào)速中的應(yīng)用研究方興未艾。 然而，和一切事物都是在不斷否定自己的過程中逐步得到完善一樣，交流調(diào)速技術(shù)在經(jīng)歷了一次由傳統(tǒng)到現(xiàn)代的質(zhì)的飛躍之后，又開始了新的量變過程。正是由于上述調(diào)速理論、微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)三方面成就的匯合，使交流電動機的矢量變換控制技術(shù)迅速風(fēng)靡全球，僅二十余年的時間即已完全達到了成熟的實用化階段，形成了系列化產(chǎn)品，并正在逐漸取代現(xiàn)有的直流調(diào)速系統(tǒng)。20 世紀 60 年代中期，通訊技術(shù)中廣泛應(yīng)用的調(diào)制技術(shù)被移植到運動控制系統(tǒng)中，形成／脈沖寬度調(diào)制(PWM)變頻的設(shè)想。以晶體閘流管為開關(guān)元件的交－直－交六拍式變頻器雖對傳統(tǒng)交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展起過重大的促進作用，但其自身的缺陷卻直接限制了交流調(diào)速系統(tǒng)兩項最重要的性能指標一一調(diào)速范圍和對外部控制信號的響應(yīng)速度的提高?，F(xiàn)代控制理論在調(diào)速技術(shù)中的成功應(yīng)用，加深了人們時于矢星變換控制技術(shù)的理解．并相繼從數(shù)學(xué)模型解耦和線性化的角度提出了更加完善的控制算法 同時期微電子技術(shù)的成就，使這些復(fù)雜算法的實時實現(xiàn)成為可能，為系統(tǒng)的全數(shù)字化和控制性能的提高提供了有力的支持。因此，在不斷完善傳統(tǒng)交流調(diào)速技術(shù)的同時，科技先行者們已開始了，最先的重要的進展當(dāng)推 R．Park,的工作，1921 年 Park 率先采用參考系變換的方法，將同步電動機定于側(cè)的變量和參數(shù)變換至固定在轉(zhuǎn)于上的參考系中，消除了同步電動機數(shù)學(xué)模型中的時變電感、并給出了 實現(xiàn)這一變換的公式．即著名的 Park 方程，Park 的工作開創(chuàng)丁參考系理論之先河，在這一思路的啟示下?相繼出現(xiàn)了多種形式的變換方法，并逐步形成了一套完整的參考系理論。因交流電動機是一個帶鐵心的多繞組電磁鍋臺系統(tǒng)，且定、轉(zhuǎn)子間存在著相對運動，使其數(shù)學(xué)模型同時具有時變參數(shù)、多變量耦合和非線性的特征。鑒于交流電動機的優(yōu)點及其在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中第一章 緒論3的重要作用，為了構(gòu)成性能等同于甚至優(yōu)于直流調(diào)速系統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)．科技工作者進行了不懈的努力，終于在 20 世紀 70 年代取得了突破性進展，從而開創(chuàng)了現(xiàn)代交流調(diào)速的新時期。 數(shù)字化是調(diào)速系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)，特別是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的普及與發(fā)展，就更加確定了數(shù)字控制的主導(dǎo)地位，因此研究該課題具有實際意義。 數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)與模擬調(diào)速系統(tǒng)相對比,技術(shù)性能有如下優(yōu)點: (1) 靜態(tài)精度高且能長期保持； (2) 動態(tài)性能好, 借助于豐富的軟件,易于實現(xiàn)各類自適應(yīng)和復(fù)合控制； (3) 調(diào)速范圍寬； (4) 電壓波動小； (5) 參數(shù)實現(xiàn)軟件化,無漂移影響； (6) 所用元件數(shù)量少,不易失效； (7) 設(shè)定值量化程度高,且狀態(tài)重復(fù)率好； (8) 放大器和級間耦合噪聲很小,電磁干擾?。? (9) 調(diào)試即投產(chǎn)靈活方便,易于設(shè)計和修改設(shè)計； (10) 標準及通用化程度高,除主 CPU 模塊外, 僅數(shù)種附加模塊； 可實現(xiàn),包括工藝參數(shù)在內(nèi)的多元閉環(huán)控制； (11) 適用范圍廣 ,可實現(xiàn)各類變速控制及易于實現(xiàn)與單片機或 PLC 系統(tǒng)通信。國外一些電氣公司都有成系列的與模擬調(diào)整系統(tǒng)相對應(yīng)的全數(shù)字交、交流調(diào)速裝置產(chǎn)品可供選用,新開發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)幾乎全是數(shù)字式的。 在數(shù)字化系統(tǒng)中,除具有常規(guī)的調(diào)速功能外,還具有故障報警,診斷及顯示等功能, 同時,數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強的通信能力,通過選配適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌谀０?,可方便地實現(xiàn)主站(如上一級PLC 或計算機系統(tǒng)) 和從站(單機交,直流傳動控制裝置 )間的數(shù)字通信,組成分級多機的自動化系統(tǒng)。 課題的實際意義隨著微電子技術(shù),微處理機以及計算機軟件的發(fā)展,使調(diào)速控制的各種功能幾乎均可通過微處理機,借助軟件來實現(xiàn)。 此次課題設(shè)計一個直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運算電路等，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使系統(tǒng)的運行特性也隨之變化，故系統(tǒng)的運行可靠性及準確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。 背景及研究目標交流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。智能控制是一種新型的控制方法，具有較強的自適應(yīng)能力 [2]。仿真與實驗結(jié)果表明：在相同的負載轉(zhuǎn)矩擾動下，智能 PI 控制系統(tǒng)的動態(tài)速降和恢復(fù)時間均小于積分分離的 PI 控制系統(tǒng)。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用,現(xiàn)在提出一種智能 PI 控制器，并用作交流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。從機械特性上看,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性 ,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。仿真與實驗結(jié)果表明：在相同的負載轉(zhuǎn)矩擾動下， PI 控制系統(tǒng)的動態(tài)速降和恢復(fù)時間均小于積分分離的 PI 控制系統(tǒng)。 設(shè)計書要求：