微機(jī)聯(lián)控在多電機(jī)隨動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

4．2 PID控制算法的特點(diǎn)
圖8 PID階躍響應(yīng)曲線
PID是經(jīng)典的工業(yè)過程控制算法，通常應(yīng)用于工作速度不很高的控制過程中。根據(jù)不同的控制對象和控制要求，可分別采用比例控制P，比例一積分控制PI，比例一微分控制PD和比例-積分-微分控制。其中比例控制P的主要作用是對偏差的放大量，以提高控制靈敏度，但輸出量是以偏差的存在為依存基礎(chǔ)的，通常輸出存在靜差；積分控制I的主要作用就是消除靜差，但會使響應(yīng)速度減?。晃⒎挚刂苿t可提高響應(yīng)速度，也存在靜差。有階躍響應(yīng)曲線圖8可以看出，采用PID調(diào)節(jié)是響應(yīng)速度最快的無靜差控制。
各控制品質(zhì)用單位階躍響應(yīng)曲線表示如圖8所示。

5 電機(jī)變頻驅(qū)動控制電路
5．1 變頻器多檔轉(zhuǎn)速控制電路的特點(diǎn)
幾乎所有的變頻器都設(shè)置有多當(dāng)轉(zhuǎn)速的功能，格擋轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換是由外接開關(guān)的通斷組合來實(shí)現(xiàn)的。3個輸入端子可切換8檔轉(zhuǎn)速(包括0速)。對三菱FR-A540系列變頻器來說，3個輸入端子分別用RL、RM、RH表示；對森蘭SB60變頻器來說，需用編程的方法將Xl、X2、X3定義為多檔頻率端子。
單片機(jī)隨動控制器根據(jù)給定值(主動方發(fā)送的)、檢測值(本機(jī)自整角機(jī)檢測的)求出偏差，進(jìn)行PID或最少拍算法編程計(jì)算輸出量，輸出量用二進(jìn)制數(shù)表示，用3個輸出端子經(jīng)接口電路(電平轉(zhuǎn)換)連接變頻器的3個多檔速端子；另有變頻器的正轉(zhuǎn)控制端子STR、反轉(zhuǎn)控制端子STF、急停控制端子STOP、復(fù)位端子RES和電平參考端子SD，使用接口的8個端子與變頻器控制端連接；接口電路中還有一個交流接觸器，用來控制給變頻器通斷交流電源；以及故障報警鈴和報警信號燈。
5．2 變頻器功能預(yù)置
變頻器多檔速驅(qū)動控制需預(yù)置各檔轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率，此處從略。

6 雙電機(jī)隨動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
6．1 單片機(jī)對轉(zhuǎn)子位置采樣的實(shí)驗(yàn)分析
如前所述，對電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置采樣是通過對自整角機(jī)定子三相繞組感生電壓的有效值大小來分辨的。有效值變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)表明：
(1)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時，自整角機(jī)定子感生電壓有效值大小按正弦量全波整流后的規(guī)律變化，頻率與轉(zhuǎn)速對應(yīng)固定不變。
(2)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快時，自整角機(jī)定子感生電壓有效值大小變化的周期短，頻率高；反之，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低時，自整角機(jī)定子感生電壓有效值大小變化的周期長，頻率低。
(3)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子作變速轉(zhuǎn)動時，自整角機(jī)定子感生電壓有效值大小變化的規(guī)律是非正弦的；頻率變化隨加速升高，隨減速降低。
(4)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時，自整角機(jī)定子感生電壓有效值大小固定不變，各相定子電壓不等；當(dāng)某相為最大值時，另兩相值較小且相等。
(5)設(shè)電機(jī)ABC相序?yàn)轫槙r針，且設(shè)自整角機(jī)轉(zhuǎn)子交變磁極軸線正對B相時，則B相電壓有效值最大，AC兩相有效值相等；此時若順時針轉(zhuǎn)動，則A相有效值減小、而C相有效值增大；反之，則A相增大、C相減小。
(6)對主動電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測的精度，取決于對自整角機(jī)定子感生電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換時數(shù)字量的位數(shù)；且轉(zhuǎn)角與有效值的對應(yīng)關(guān)系是非線性的正弦關(guān)系。當(dāng)自整角機(jī)轉(zhuǎn)子交變磁極軸線倒相時，存在”相位模糊”現(xiàn)象。
綜上所述，應(yīng)用自整角機(jī)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測時，其用作轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向檢測較為方便準(zhǔn)確；用作轉(zhuǎn)角檢測時，需解決好相位模糊現(xiàn)象并做好非線性處理。在雙電機(jī)隨動實(shí)驗(yàn)中，我們采用了轉(zhuǎn)軸光電脈沖輔助檢測的方法，很好地解決了相位模糊問題。轉(zhuǎn)角與有效值的非線性關(guān)系，在單片機(jī)中采用了查表法解決，顯然，若要求精度越高，則所需存儲空間越大。
6．2 隨動電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)分析
轉(zhuǎn)速控制精度取決于變頻器的多檔速控制位數(shù)，三位控制端具有0～7八檔速控制，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速具有慣性，采用PID控制算法的實(shí)驗(yàn)表明：若主動電機(jī)的變速平緩，則隨動電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨作用十分明顯；若主動電機(jī)的變速劇烈，則隨動電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨稍顯滯后，并在給定值左右小幅短時擺動。采用最少拍控制算法，則隨動電機(jī)的響應(yīng)較快，轉(zhuǎn)速跟隨的實(shí)時性好，主從電機(jī)轉(zhuǎn)速差異采用行程累積偏差表示，兩種控制算法在雙輪雙軌行程檢測中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PID控制平均誤差為：4mm／10m；最少拍控制平均誤差為：1mm／10m。
有關(guān)雙電機(jī)轉(zhuǎn)速隨動控制器的電原理圖、PCB板設(shè)計(jì)圖；雙電機(jī)隨動控制程序；轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向檢測程序；單片機(jī)控制器通信程序都將另著文論述。