【正文】 閘管可控硅整流器，它可以是三相，單相或更多相數(shù)，全波，半波，全控，半控等類型[4]，我們可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)器裝置GT的電壓來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，它即可以改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組拖動(dòng)變流裝置和平滑調(diào)速相比，晶閘管整流裝置不僅僅在可靠性和經(jīng)濟(jì)性上都有了較大的提升，并且在技術(shù)性能上也有了自己較大的優(yōu)越性，晶閘管可控整流器有104以上的功率放大倍數(shù)，而且它的門極電流也可以直接用晶體三極管來開展，不再像當(dāng)初的直流發(fā)電機(jī)，需要使用功率比較大的放大裝置，對(duì)于開展作用的快速性，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管的整流器是毫秒級(jí)，這將會(huì)很大的提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能[5]，直流電動(dòng)機(jī)由于它可以簡便的通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和電樞電壓來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速從而得到了普遍的應(yīng)用，它可以調(diào)節(jié)電樞串聯(lián)電阻從而使電樞上的電壓改變，這就是最典型的直流電機(jī)的調(diào)速方法[6]。于是在20世紀(jì)90年代發(fā)明了以IGBT為典型，具有自關(guān)斷能力的同時(shí)也可以在高速下工作的功率器件作為開關(guān)元件的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)成為了更為高級(jí)的直流電機(jī)調(diào)速方案[9]。工業(yè)控制中也得到了普遍的應(yīng)用[11]。國內(nèi)的組態(tài)軟件有KingView、ameView、MCGSF等[12]。PLC技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)在自動(dòng)化、機(jī)電專業(yè)都是占有重要地位的專業(yè)技術(shù)[13]。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了滿足各種生產(chǎn)中工藝的要求，我們需要使用多種多樣的生產(chǎn)加工機(jī)械，這些生產(chǎn)加工機(jī)械覺大多采用的是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。隨著工業(yè)技術(shù)的不停革新和發(fā)展，各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械可以根據(jù)它的工藝加工特點(diǎn)，對(duì)拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械也同時(shí)不停的提出了各種各樣的要求，有些需要電動(dòng)機(jī)能夠迅速的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；有些則需要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速依照一定的比例協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)；有些需要電動(dòng)機(jī)可以很慢的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)；有些更是需要電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止平穩(wěn)，并且能夠準(zhǔn)確地停止在指定的位置上。從而我們可以發(fā)現(xiàn)各種拖動(dòng)系統(tǒng)都是依靠對(duì)轉(zhuǎn)速的改變來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、停止性能，可以方便的在大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，所以被普遍的使用在快速正方向的電力拖動(dòng)或需要調(diào)速的領(lǐng)域中。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中，微處理器的控制系統(tǒng)普遍采用以或單片機(jī)，由于DSP或單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)會(huì)占用較多的端口資源、而且需要的周邊元器件也比較多，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有比較大的影響。為實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的控制提出了一種新的有效的方法。 直流PWM的選擇PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類，還有一種帶制動(dòng)電流通路的不可逆PWM直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其電流能夠反向。如圖21給出了橋式可逆PWM的變換器電路 MV1V3V2V4VD1VD2VD3VD4U+_圖21橋式可逆PWM的變換器電路從圖21可以看出，電樞電流沿對(duì)角回路流通（比如：VD1VD4），反之依然，在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這便是雙極式的由來。這里，我們可以看出通過調(diào)節(jié)PWM的占空比我們就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速了，具體的硬件設(shè)計(jì)下一節(jié)會(huì)具體講到。測速發(fā)電機(jī)TG測量電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n，速度給定電壓Un*與速度反饋信號(hào)Un同時(shí)附加在速度調(diào)節(jié)器ASR的輸入端，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的速度外環(huán)。圖22 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成這個(gè)是最關(guān)鍵的一個(gè)部件，它是把輸入的直流控制的信號(hào)轉(zhuǎn)換成與它成比例的方波電壓額信號(hào)，從而獲得期望的方波輸出電壓。 圖23脈寬調(diào)制器圖23為脈寬調(diào)制器的原理圖，它是一個(gè)電壓脈寬的變換電路，它由電流環(huán)ACR輸出的控制電壓Uc進(jìn)行控制，它輸出的電壓的脈沖寬度與控制電壓Uc成正比。運(yùn)算放大器A3的輸入端有三個(gè)信號(hào)，除了Uc 之外，還有偏移電壓Ub和調(diào)制信號(hào)Ua。在Uc=0時(shí)，電壓比較器的輸出端可以獲得正、負(fù)半周期脈沖寬度相等的調(diào)制輸出電壓Upwm；另一個(gè)輸入信號(hào)端是加一個(gè)負(fù)的偏移電壓Ub，它的值為 (22)當(dāng)Uc0時(shí)，讓其輸入端合成的電壓為正的寬度增大，即鋸齒波過零的時(shí)間提前，經(jīng)過比較器的倒相后，可以在輸出端獲得正半波相比較負(fù)半波窄些的調(diào)制輸出電壓。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖24所示系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大單元。下位機(jī)以西門子S7300系列PLC作為現(xiàn)場控制器，并通過PLCS7300里自帶的PID功能輸出模擬量給脈寬調(diào)制器，在通過IGBT驅(qū)動(dòng)給四個(gè)IGBT管子提供寬度不等的脈沖，最終是實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速控制。本設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過給可編程控制器PLCS7300的模擬量輸入，再通過第一級(jí)的的6個(gè)二極管組成的整流器，常采用不可控整流，把提供的交流電整流成直流電；中間部分加上大電容濾波得到穩(wěn)定的直流電壓，在通過4個(gè)全控器件，采用PWM調(diào)速的方式給直流電機(jī)供電，占空比0~，~1時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。如圖26為直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制模塊的示意圖。圖26 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制的模塊示意圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)備的選型 PLC的選擇從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、地板或機(jī)架，這些模塊也可以依照一定的規(guī)則組合配置。這個(gè)是系統(tǒng)的大腦，對(duì)輸入信號(hào)的不斷采集，執(zhí)行用戶輸入的程序，對(duì)系統(tǒng)的輸出經(jīng)行刷新，包括3個(gè)子部分: (1)微處理器。 (2)存儲(chǔ)器。 (3)電源供應(yīng)。在電源供應(yīng)的過程中，電源提供對(duì)直流電進(jìn)行調(diào)節(jié)和濾波，用來保證計(jì)算機(jī)的正常操作運(yùn)行。監(jiān)視器/編程器是用來和PLC電路進(jìn)行互聯(lián)通信的設(shè)備。（3）I/0模塊。如果用戶有需要，還可以增加能夠?qū)/0模塊進(jìn)行遠(yuǎn)距離互聯(lián)的電子系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，脈寬調(diào)制器SG3525主要是從PLC中接收FB41中的PID運(yùn)算結(jié)果（0~10V）的電壓，經(jīng)過與鋸齒波比較然后輸出寬度不等的脈沖，在通過IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，給硬件圖中的4個(gè)IGBT管子脈沖，來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制的。 IGBT驅(qū)動(dòng)器脈寬調(diào)制器的后面連接一個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器，他的功能就是給四個(gè)IGBT的管子驅(qū)動(dòng)脈沖，提供適當(dāng)?shù)恼驏艍汉头聪驏艍?。如圖31為本次設(shè)計(jì)中選用的美國UC3724驅(qū)動(dòng)器，從驅(qū)動(dòng)電路中我們可以看到7號(hào)腳輸入信號(hào)，4和6號(hào)腳則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如表31所示。從動(dòng)態(tài)角度看，不允許電流有太大超調(diào)，以保證電流不超過最大允許值。采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫成： （41）其中，是電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù) 是電流調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)電流環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為： （42）因?yàn)椋?，可令，以消去較大的滯后時(shí)間常數(shù)。因此 （43）其中， 要求電流超調(diào)量，查表可知， 綜上： 校驗(yàn)： 1） 校驗(yàn)晶閘管整流傳遞函數(shù)的近視條件 2) 校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流影響的條件3） 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 綜上，近似處理的條件均滿足。故這里將轉(zhuǎn)速換校正成典型II型系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為： （44）其中，是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)。校驗(yàn): 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 綜上，所有近似處理的條件均滿足。圖51 程序流程圖 PLC硬件配置 PLC硬件組態(tài)配置 PLC硬件