【正文】 持不變；改變電阻只能有級調(diào)速；弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基速以上作小范圍的升速。（3）改變電樞電阻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。（2）改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)速改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速，從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下，電機(jī)以最短的時(shí)間起動(dòng)，即以最大的等加速度起動(dòng)，可把積分環(huán)節(jié)去掉，模塊所留出的2個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅，調(diào)節(jié)電流的輸出限幅，改變電機(jī)的最大起動(dòng)電流，獲得理想的過度過程。根據(jù)用戶實(shí)際需要，可調(diào)起動(dòng)時(shí)間，給用戶預(yù)留了2個(gè)端口，調(diào)節(jié)2個(gè)電位器，可改變積分時(shí)間長短，從而改變電機(jī)起動(dòng)時(shí)間。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用PID算法可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，而且時(shí)間可調(diào)。電流環(huán)校正成典型Ⅰ型。采用雙PI調(diào)節(jié)器，動(dòng)靜態(tài)性能好，抗擾性能佳。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用控制方法介紹雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用矩形逼近離散化方法時(shí)，這種算法分析簡單，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和限幅器的作用是分開的，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有積分飽和作用，c(k)值將會變得很大，轉(zhuǎn)速將會出現(xiàn)較大的超調(diào)量，使速度調(diào)節(jié)時(shí)間變得很長。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。二者之間實(shí)行嵌套連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖21所示。它能充分利用電機(jī)的過載能力，在過渡過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)前述，采用PLC及其外部接口設(shè)備對電機(jī)進(jìn)行檢測和控制。采用了精簡化的編程語言，編程出錯(cuò)率大大降低。之所以選擇用PLC來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制思想，是因?yàn)镻LC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)。在船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)中央冷卻控制系統(tǒng)等重要設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用可編程控制器PLC是通用的自動(dòng)化控制裝置，是船舶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制的核心控制元件。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)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(yùn)算電路等，在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(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(dòng)裝置之一。直流調(diào)速系統(tǒng)是弱電控制與強(qiáng)電控制相結(jié)合的系統(tǒng)。特別是晶閘管與直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、控制性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但因直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合。因而，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)迅速發(fā)展，晶閘管變流技術(shù)也日益成熟，直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。關(guān)鍵詞 可編程控制器；直流電動(dòng)機(jī)；雙閉環(huán)；控制Based on PLC dc motor double closedloop speed regulation system designAbstractAlong with the rapid development of the power electronic technology, puter technology and the automatic control technology, the programmable controller’s (PLC) function more perfect and more extensive application based on PLC control system, gradually bee the mainstream of the industrial control system.In this paper introduces the dc motor based on PLC double closedloop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closedloop speed regulation system position, working principle and the dynamic performance. This system of dc motor double closedloop speed regulation system of the digital transformation, make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. With Siemens S7200 PLC and the CPU222 both extension module to realize dc motor double closed loop speed regulation system. Application of PLC PID mands to realize dc motor speed closedloop control. This system is easy to expand, easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.Keywords PLC；Direct current machine；Double closedloop；Controls73 目 錄第1章 緒論 1 直流電動(dòng)機(jī)簡介 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用 2第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用控制方法介紹 5 控制方法的確定 6 PID控制的結(jié)構(gòu) 7 PID參數(shù)的調(diào)整 9 PID模塊 9 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 11 主電路參數(shù)計(jì)算 11 電流環(huán)節(jié)（ACR）的設(shè)計(jì) 11 轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）的設(shè)計(jì) 13 按轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 14第3章 硬件設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 16 CPU主機(jī)部分 16 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 16 檢測部分 17 電流檢測部分 17 速度檢測部分 18 數(shù)據(jù)采集模塊 19 PLC輸入/輸出端口 20 用于PLC的輸入/輸出模塊 22 采集時(shí)序控制電路 23 正交采用 23 模塊量混合模塊EM235 24 晶閘管—電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì) 24 整流變壓器的設(shè)計(jì) 24 晶閘管的保護(hù) 24 晶體管驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 25 驅(qū)動(dòng)電路原理 25 觸發(fā)電路原理 26 穩(wěn)壓電源 26第4章 軟件設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案 27 主程序設(shè)計(jì) 27 速度初始化子程序 28 轉(zhuǎn)速檢測子程序 30 電流檢測子程序 30 PID控制子程序 31 電流環(huán)及轉(zhuǎn)速換子程序 32結(jié) 論 34致 謝 36參 考 文 獻(xiàn) 37附錄A 譯文 38基于PLC直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 38附錄B 外文原文 52附錄C 程序清單 70第1章 緒論 直流電動(dòng)機(jī)簡介直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。應(yīng)用PLC的PID功能指令來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的閉環(huán)控制。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字化的改造，使電流環(huán)和速度環(huán)控制器都由PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器（PLC）的功能更加完善，應(yīng)用更為廣泛，基于PLC的控制系統(tǒng)漸漸成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。本文介紹了基于PLC的直流電機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)直流調(diào)速理論及自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論，介紹了PLC控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理和動(dòng)態(tài)性能。重點(diǎn)討論了用西門子S7200系列PLC中的CPU222及其兩個(gè)擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)易于擴(kuò)展，便于擴(kuò)展各種I/O模塊和功能模塊。比如軋鋼分廠的可逆軋鋼機(jī)、機(jī)修分廠的龍門創(chuàng)床那樣需要經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡可能地縮短直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的一個(gè)重要因素。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。50年代末出現(xiàn)的晶閘管，它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相比，其制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、維修困難，需備有直流電源才能使用。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用，高精度金屬切削機(jī)床，大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)弱電部分檢測系統(tǒng)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、電機(jī)溫度、晶閘管溫度等信號，根據(jù)檢測到的信號發(fā)出控制信號。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速,，故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號的過渡過程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，采用模塊式組合設(shè)計(jì)，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高、使用靈活方便，易于擴(kuò)展而且PLC系統(tǒng)開發(fā)簡單、編程容易、抗干擾能力強(qiáng)、適合在工業(yè)環(huán)境下工作，故而只要合理設(shè)計(jì)，降低成本，它將會受到現(xiàn)場技術(shù)人員的歡迎。在本課題所進(jìn)行的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用PLC作為系統(tǒng)的主控器件。除上述優(yōu)點(diǎn)外，PLC具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性和長時(shí)間連續(xù)工作的能力，因而，PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制化專業(yè)設(shè)計(jì)的控制裝置，具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。本文首先詳細(xì)的介紹了大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，分析了調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及基本調(diào)速方法；然后系統(tǒng)地論述了現(xiàn)代PLC控制技術(shù)，介紹了PLC控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法；接著本文以經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高的大功率晶閘管為調(diào)速系統(tǒng)可控整流電源，根據(jù)現(xiàn)代控制理論，采用轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)調(diào)速方法對大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、轉(zhuǎn)速控制電路以及信號檢測電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)代PLC控制技術(shù)對調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，利用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有十分明顯的優(yōu)勢。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。PLCA/D電流反饋電動(dòng)機(jī)數(shù)字觸發(fā)器數(shù)字PI數(shù)字PI＋D/AU1Un*U1*－Uk*數(shù)字給定＋－Un數(shù)字I電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)速度反饋圖21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。PLC要從外部輸入電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋信號，輸出觸發(fā)脈沖信號，其余工作均在PLC內(nèi)部完成，數(shù)字給定也是用軟件方法在PLC內(nèi)部設(shè)定。在此，限幅器并沒有限制c(k)的值，而只是限制了u(k)的值。速度調(diào)節(jié)及抗負(fù)載和電網(wǎng)擾動(dòng)，可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。為使系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)時(shí)無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)。模塊內(nèi)有積分環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)軟起動(dòng)。積分環(huán)節(jié)適用于起動(dòng)過渡過程平穩(wěn)的場合。調(diào)速方式的選擇直流電動(dòng)機(jī)電樞回路的電壓平衡方程為 () 電樞反電勢為 ()由此得到轉(zhuǎn)速特性方程如下 ()由轉(zhuǎn)速特征方程可以看出，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有如下3種：（1）調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速