模糊矢量控制的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

3.2 變頻器裝置

西門子6SE70系列變頻器是一種電壓型矢量變頻器。它能利用處理器完成復(fù)雜運(yùn)算、開環(huán)和閉環(huán)的控制、通訊等任務(wù)，保證生產(chǎn)過程控制精度和靜態(tài)、動態(tài)的控制最優(yōu)化。其動態(tài)響應(yīng)不低于0.25%，靜態(tài)精度不低于0.01%，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)是要對交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能的速度控制，以實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)同步速度的跟隨，西門子6SE70矢量控制的標(biāo)準(zhǔn)軟件包含兩種基本的控制型式：頻率控制適用于簡單應(yīng)用場合和成組傳動高水平同步運(yùn)轉(zhuǎn)。磁場定向閉環(huán)控制(矢量控制)用于動態(tài)性能要求較高的傳動系統(tǒng)。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，我們選擇閉環(huán)速度控制，這樣能在較低轉(zhuǎn)速時有較高的動態(tài)特性和高轉(zhuǎn)速精度。其原理圖如圖2所示：

圖2 帶速度檢測的閉環(huán)速度控制原理圖

在6SE70變頻器中，速度調(diào)節(jié)器為一個傳統(tǒng)的比例積分(PI)調(diào)節(jié)器，無自適應(yīng)能力。主要表現(xiàn)在兩方面：

(1) PI控制器參數(shù)整定必須相對于某一系統(tǒng)參數(shù)己知的系統(tǒng)。

(2) PI控制器參數(shù)一旦整定完畢，便只能適用于已知的系統(tǒng)。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，主從電機(jī)為兩臺不同交流異步機(jī)，分別由兩臺變頻調(diào)速控制器供電。主軸變頻器控制信號由工控機(jī)按實(shí)驗(yàn)要求與合成誤差控制器的疊加給定;從軸變頻器控制信號是由工控機(jī)經(jīng)協(xié)調(diào)控制策略，跟蹤偏差實(shí)時計算后提供的;發(fā)電機(jī)分別與從電動機(jī)同軸相連的發(fā)電機(jī)作為雙軸的可調(diào)負(fù)載，兩個增量編碼器分別與主、從軸發(fā)電機(jī)同軸相連，由此可獲得速度、角位移信號及速度反饋信號。

全數(shù)字化矢量控制變頻傳動是指以矢量控制(VC)技術(shù)為主構(gòu)成控制回路，以交流變頻為主回路換能方式，控制交流電機(jī)運(yùn)行。由于VC技術(shù)的采用，交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型與直流電機(jī)有了某種程度的一致。原來高品質(zhì)直流傳動中使用的成熟的控制手段和控制理論得以借鑒。全數(shù)字化的應(yīng)用還解決了模擬系統(tǒng)中電子器件參數(shù)受環(huán)境因素影響的問題，特別是溫度漂移問題。從而對系統(tǒng)精度的不可控影響因素得以消除，控制精度僅受微機(jī)字長、檢測元件精度影響，可以利用現(xiàn)有技術(shù)達(dá)到較高的傳動性能指標(biāo)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1速度閉環(huán)和矢最控制的實(shí)現(xiàn)

針對同步方案的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和矢量控制的特點(diǎn)，如果能用一個模糊控制器取代變頻器的速度PI調(diào)節(jié)器，能有效的提高整個系統(tǒng)的控制性能。而6SE70變頻器是一個工業(yè)產(chǎn)品，可通過參數(shù)設(shè)置，將速度PI調(diào)節(jié)器的積分部分關(guān)閉，將比例環(huán)節(jié)增益設(shè)置為1，同時將模糊控制器的輸出作為變頻器電流調(diào)節(jié)器的輸入，這樣就實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)速度控制環(huán)的模糊控制。其相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：

(1) 設(shè)置P315=1。P315為Pl調(diào)節(jié)器增益的功能參數(shù);

(2) 設(shè)置P240為23001。P240為速度調(diào)節(jié)器積分時間功能參數(shù)，此設(shè)置封鎖積分作用;

(3) 設(shè)置P220=0。讀入速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速實(shí)際值;

(4) 將參數(shù)自調(diào)整模糊控制器的輸出寫入P438。

其中第1步、第2步的設(shè)置關(guān)閉了變頻器的速度調(diào)節(jié)器，第3步設(shè)置關(guān)閉了速度反饋環(huán)節(jié)，第4步設(shè)置則用參數(shù)自調(diào)整模糊控制器取代了原有的速度調(diào)節(jié)器，完成了速度的閉環(huán)控制。

為了實(shí)現(xiàn)變頻器的矢量控制，就必須對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，選擇相應(yīng)的控制方式。設(shè)置步驟如下：

(1) 選擇功能參數(shù)菜單。P060有8個參數(shù)值，分別對應(yīng)8種不同的功能菜單，我們選擇P060=5進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)置菜單;

(2) 選擇開環(huán)/閉環(huán)控制方式。P100有5個參數(shù)值，分別對應(yīng)著V/F控制、V/F控制(紡織工業(yè)用)、V/F控制+速度控制、無測速機(jī)的速度控制、有測速機(jī)的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，其中后3個屬于矢量控制。根據(jù)系統(tǒng)的要求我們選擇了有測速機(jī)的速度控制，即選擇Pl00=4;

(3) 輸入交流電機(jī)參數(shù)。在P101、P102、P107和P108，分別輸入交流電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定頻率和額定轉(zhuǎn)速。而P103的電機(jī)勵磁電流和P109電機(jī)極對數(shù)會由系統(tǒng)自動計算;

(4) 選擇工藝條件。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們選擇Pll4=0，即選擇快速加速系統(tǒng);

(5) 電機(jī)編碼器的選擇。選擇P130=11，即選擇脈沖編碼器;

(6) 返回到參數(shù)菜單。選擇P060=1，即退出了系統(tǒng)設(shè)置回到參數(shù)菜單，此時輸入的參數(shù)值將被檢驗(yàn)是否合理。