模糊矢量控制的多電機同步控制系統的設計方案

3.2 變頻器裝置

西門(mén)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雜運算、開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的控制、通訊等任務(wù)，保證生產(chǎn)過(guò)程控制精度和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的控制最優(yōu)化。其動(dòng)態(tài)響應不低于0.25%，靜態(tài)精度不低于0.01%，能夠滿(mǎn)足控制系統的要求。本系統是要對交流電機實(shí)現高性能的速度控制，以實(shí)現交流電機同步速度的跟隨，西門(mén)子6SE70矢量控制的標準軟件包含兩種基本的控制型式：頻率控制適用于簡(jiǎn)單應用場(chǎng)合和成組傳動(dòng)高水平同步運轉。磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制(矢量控制)用于動(dòng)態(tài)性能要求較高的傳動(dòng)系統。根據本系統的要求，我們選擇閉環(huán)速度控制，這樣能在較低轉速時(shí)有較高的動(dòng)態(tài)特性和高轉速精度。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，速度調節器為一個(gè)傳統的比例積分(PI)調節器，無(wú)自適應能力。主要表現在兩方面：

(1) PI控制器參數整定必須相對于某一系統參數己知的系統。

(2) PI控制器參數一旦整定完畢，便只能適用于已知的系統。

該實(shí)驗系統中，主從電機為兩臺不同交流異步機，分別由兩臺變頻調速控制器供電。主軸變頻器控制信號由工控機按實(shí)驗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經(jīng)協(xié)調控制策略，跟蹤偏差實(shí)時(shí)計算后提供的;發(fā)電機分別與從電動(dòng)機同軸相連的發(fā)電機作為雙軸的可調負載，兩個(gè)增量編碼器分別與主、從軸發(fā)電機同軸相連，由此可獲得速度、角位移信號及速度反饋信號。

全數字化矢量控制變頻傳動(dòng)是指以矢量控制(VC)技術(shù)為主構成控制回路，以交流變頻為主回路換能方式，控制交流電機運行。由于VC技術(shù)的采用，交流電機數學(xué)模型與直流電機有了某種程度的一致。原來(lái)高品質(zhì)直流傳動(dòng)中使用的成熟的控制手段和控制理論得以借鑒。全數字化的應用還解決了模擬系統中電子器件參數受環(huán)境因素影響的問(wèn)題，特別是溫度漂移問(wèn)題。從而對系統精度的不可控影響因素得以消除，控制精度僅受微機字長(cháng)、檢測元件精度影響，可以利用現有技術(shù)達到較高的傳動(dòng)性能指標。

4 系統軟件設計

4.1速度閉環(huán)和矢最控制的實(shí)現

針對同步方案的結構特點(diǎn)和矢量控制的特點(diǎn)，如果能用一個(gè)模糊控制器取代變頻器的速度PI調節器，能有效的提高整個(gè)系統的控制性能。而6SE70變頻器是一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，可通過(guò)參數設置，將速度PI調節器的積分部分關(guān)閉，將比例環(huán)節增益設置為1，同時(shí)將模糊控制器的輸出作為變頻器電流調節器的輸入，這樣就實(shí)現了交流電機速度控制環(huán)的模糊控制。其相關(guān)參數設置如下：

(1) 設置P315=1。P315為Pl調節器增益的功能參數;

(2) 設置P240為23001。P240為速度調節器積分時(shí)間功能參數，此設置封鎖積分作用;

(3) 設置P220=0。讀入速度調節器轉速實(shí)際值;

(4) 將參數自調整模糊控制器的輸出寫(xiě)入P438。

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

為了實(shí)現變頻器的矢量控制，就必須對變頻器的參數進(jìn)行設置，選擇相應的控制方式。設置步驟如下：

(1) 選擇功能參數菜單。P060有8個(gè)參數值，分別對應8種不同的功能菜單，我們選擇P060=5進(jìn)入系統設置菜單;

(2) 選擇開(kāi)環(huán)/閉環(huán)控制方式。P100有5個(gè)參數值，分別對應著(zhù)V/F控制、V/F控制(紡織工業(yè)用)、V/F控制+速度控制、無(wú)測速機的速度控制、有測速機的速度控制和轉矩控制，其中后3個(gè)屬于矢量控制。根據系統的要求我們選擇了有測速機的速度控制，即選擇Pl00=4;

(3) 輸入交流電機參數。在P101、P102、P107和P108，分別輸入交流電機的額定電壓、額定電流、額定頻率和額定轉速。而P103的電機勵磁電流和P109電機極對數會(huì )由系統自動(dòng)計算;

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

(5) 電機編碼器的選擇。選擇P130=11，即選擇脈沖編碼器;

(6) 返回到參數菜單。選擇P060=1，即退出了系統設置回到參數菜單，此時(shí)輸入的參數值將被檢驗是否合理。