闭环变频调速控制系统实训.docx
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闭环变频调速控制系统实训
苏州市职业大学
实习(实训)报告
名称运动控制系统实训
闭环变频调速控制系统
2013年6月17日至2013年6月21日共1周
学院(部)电子信息工程
班级
姓名
学院(部)负责人
系主任
指导教师
目录
第1章绪论2
第2章实训主要仪器的介绍3
2.1MM420变频器介绍3
2.2测速显示反馈装置4
2.2.1直流数字电压表4
2.2.2直流数字电流表5
2.2.3转速表5
第3章电路原理和调试过程6
3.1电机调速系统的组成6
3.2变频调速的工作原理6
3.2.1PID控制原理简单说明6
3.2.2MM420变频器PID控制原理图7
3.2.3单闭环直流调速系统电路原理7
3.3变频器参数的设置8
3.3.1快速调试8
3.3.2模拟输入的设置9
3.3.3PID参数的设置10
3.4.连接与调试步骤11
3.4.1系统的连接11
3.4.2基于要求的调试12
第4章实训总结13
4.1测试条件和结果13
4.2理论分析13
4.3心得体会14
参考文献:
16
第1章绪论
随着调速系统的不断发展和应用,传统的采用PI调节器的单闭环调速系统既能实现转速的无静差调节,又能较快的动态响应只能满足一般生产机械的调速要求。
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备,所以需要根据工艺要求调节其转速,而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。
目前调速系统分为交流调速和直流调速系统,由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能,因此在相当长的时间内,高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统,但近年来,随着电子工业与技术的发展,高性能的交流调速系统也日趋广泛。
单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛,其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。
单闭环直流电机调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、电动机-发动机、闭环控制系统等组成,我们可以通过改变晶闸管的控制角来调节转速。
通过PID调节器的参数进行单闭环直流调速的系统的稳定性和快速性进行设置,可以满足现实生活中对电机的一些特殊要求,例如转速的稳定等
第2章实训主要仪器的介绍
2THZDH-2C变频调速实训考核装置
THZDH-2C变频调速实训考核装置包括西门子MM420变频器、电源电压表、电源电流表、操作按钮、告警,复位、漏电断路器和直流开关电源、负载电阻、仪表(直流数字电压表、直流数字电压电流、转矩表、转速表、交流数字电压表、交流数字电流表)、触摸屏等。
2.1MM420变频器介绍
西门子MM420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。
该系列有多种型号,从单相电源电压,额定功率120W到三相电源电压,额定功率11KW可供用户选用。
MM420变频器电路方框图如图2-1所示。
进行主电路接线时,变频器模块面板上的L1、L2插孔接单相电源,接地插孔接保护地线;三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机(千万不能接错电源,否则会损坏变频器)。
MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点:
DIN1(端子⑤);DIN2(端子⑥);DIN3(端子⑦);内部电源+24V(端子⑧);内部电源0V(端子⑨)。
数字输入量端子可连接到PLC的输出点(端子⑧接一个输出公共端,例如2L)。
当变频器命令参数P0700=2(外部端子控制)时,可由PLC控制变频器的启动/停止以及变速运行等。
图21MM420变频器方框图
2.2测速显示反馈装置
2.2.1直流数字电压表
直流数字电压表0-1000V,将待测的直流流电压用导线接入
2.2.2直流数字电流表
直流数字电流表0-2000mA,将待测的直流流电流用导线接入
2.2.3转速表
测量电动机的转速,通过计算转速,输出对应的电压(1500转对应5V),用于做闭环实验.将编码器的4根线(发电机和电动机实验台上已经注明线的定义,不要接错)接入转速信号处,电压输出用于做反馈实验。
第3章电路原理和调试过程
3.闭环变频调速控制系统组成和工作原理
3.1电机调速系统的组成
如图3-1所示:
图31MM420组成闭环变频调速控制系统测试原理图
3.2变频调速的工作原理
3.2.1PID控制原理简单说明
MM4变频器的闭环控制,是应用PID控制,使控制系统的被控量迅速而准确地接近目标值的一种控制手段。
时时地将传感器反馈回来的信号与被控量的目标信号相比较,如果有偏差,则通过PID的控制作用,使偏差为0,适用于压力控制,温度控制,流量控制等。
3.2.2MM420变频器PID控制原理图
MM440变频器PID控制原理图如图3-2所示:
图32MM440变频器PID控制原理图
3.2.3单闭环直流调速系统电路原理
图3-3为转速单闭环直流调速系统的原理图。
闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压,而开环系统不能自动调节。
以负载增大为例,闭环调速系统的自动调节过程如下:
总结:
具有比例调节器的单闭环调速系统的基本性质,强调指出:
有静差系统的概念。
这种系统是以存在偏差为前提的,反馈环节只是检测偏差,减小偏差,而不能消除偏差,因此它是有静差调速系统。
全面地看,反馈控制系统一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用;另一方面,则紧紧地跟随这给定作用,对给定信号的任何变化都是惟命是从的。
而系统精度依赖于给定和反馈精度。
图33单闭环直流调速系统原理图
图34单闭环直流调速系统动态结构图
3.3变频器参数的设置
3.3.1快速调试
快速调试如图3-5所示:
图35快速调试过程
3.3.2模拟输入的设置
模拟输入的设置如图3-6所示:
图36模拟输入的设置
3.3.3PID参数的设置
典型的PID算法包括3项,比例项、积分项和微分项。
即:
输出=比例项+积分项+微分项。
比例项:
能及时地产生与偏差成正比的调节作用,比例系数Kc越大,比例调节作用越强,系统的静态稳定精度越高,但Kc过大会使系统的输出量振荡加剧,稳定性降低。
积分项:
与偏差有关,只要偏差不为0,PID控制的输出就会因积分作用而不断变化,直到偏差消失,系统处于稳定状态,所以积分的作用是消除稳态误差,提高控制精度,但积分的动作较慢,给系统的动态稳定带来不良影响,很少单独使用。
积分时间常数Ti增大,积分作用越强,消除稳态误差的速度减慢。
微分项K:
根据误差变化的速度(即误差的微分)进行调节,具有超前和预测的特点。
微分时间常数Td增大时,超调量减少,动态性能得到改善,但Td过大,系统输出量在接近稳态时可能上升缓慢。
许多控制系统内,可能只需要P、I、D中的一种或两种控制类型。
如可能只要求比例控制或比例与积分控制,通过设置参数可对回路进行控制类型进行选择。
根据图3-2,PID参数设置的结构图可设定PID参数如下:
P0700=1P0761=0死区
P0756=0P0757=0最低V
P1000=1P0758=0%最低f
P2200=1(使能PID、即闭环)P0759=10最大U
P2253=2250(PID目标给定源是面板)P0760=100%最高f
P2264=755.0(PID的反馈源于模拟通道1)
P2265=5(PID的反馈时间)
P2280=0.5(比例增益设置)
P2285=15(积分增益设置)
3.4.连接与调试步骤
3.4.1系统的连接
按图3-7所示连接电机,接线等设备。
图37闭环变频调速控制系统
图38转速表的连接
图39光电编码器的连接
3.4.2基于要求的调试
按图连接好电动机等设备,设置模拟输入,设置PID参数,设置P2200=1闭环控制,未加负载和加负载做一次,观察并记录数据;设置P2200=0开环控制,未加负载和加负载做一次,观察并记录数据。
改变P和I的值,观察数据的变化。
第4章实训总结
4.1测试条件和结果
P=0.5,I=15时,闭环空载和负载电机的转速(n=500)
图表41闭环空载
曲线图
图表42闭环加载
曲线图
通过改变P,I的大小可以调节变频调速系统的稳定性和快速性。
4.2理论分析
根据测试结果反馈的数据观察到,电机负载空载的速度基本差不多,满足P=1闭环控制系统的要求,验证了实验是闭环控制系统调速。
4.3心得体会
由于前段时间做过闭环变频调速的实验,当做此次MM420组成闭环变频调速时上手快,看到其他组的很快做好了,但是由于我们组的不知道什么原因老是得不出理想的结果。
后来就有点纠结,耐不住了,于是找同学帮忙,还是没有找出问题的答案,再后来找老师,经过很长时间才检查出是调节器出现了故障,经检测调节器不能够正常将转速信号转化为电压信号,比例放大器不能够起到放大作用,电压检测为9.9V,理想放大后电压为4V多,这样放大器的故障导致了后面做闭环调节时积分环节不能够正常积分,从而导致频率一直上升到达最大值后不能够在一定数值内波动,即与理想结果有矛盾,不能够实现闭环变频调速的实训。
也通过查找资料再次了解了2倍放大器在闭环变频调速系统中的作用:
①隔离电压和转速信号;②放大电压信号(由于输出阻抗小,输入阻抗大,负载太小)。
周一其他组的基本上已经完成实训内容,而我们组还没用完成,就有点着急了,周三又去了次试验室进行调试。
经过上次查找到的原因,换了一个调节器,然后进行一些参数设置,最后才得到理想的实训结果。
通过这次实训,明白了做实验遇到问题确实是好事,能够培养耐心和毅力。
通过这次实训也深刻理解了闭环变频调速的工作原理和优势,比如速度能够准确稳定,变频器与触摸屏通过通信接口连接,省略了PLC。
总之实训收获很多。
图412倍放大器
参考文献:
micromaster440简明调试指南
MICROMASTER440使用大全
MICROMASTER420使用大全
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- 关 键 词:
- 闭环 变频 调速 控制系统