主从控制

主从控制（共9篇）

主从控制 篇1

0 引言

近年来,随着能源短缺危机和环境污染的日益严重,微电网作为一种新的供电模式得到了各国政府的重视。在我国,微电网也开始逐渐走到政策前台,国家能源局也计划在“十二五”期间建设30 个新能源微电网示范工程,各级政府已出台了一些支持性政策,尽管总规模不大,但意义深远[1,2,3]。

微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务,离不开完善的稳定与控制系统,尤其是孤岛模式运行时系统的电压及频率不易控制,因此必须选择合理的实时控制方式对微网内的各种分布式电源进行有效的协调控制,来保证系统的稳定运行。孤岛微网采用对等控制策略时,采用传统下垂控制的分布式电源虽然可以实现负荷的功率共享,但对于大幅度、长周期的负荷变化将会导致系统的电压和频率偏移,不能保证系统稳定运行[4,5]。文献[6]指出以单个V/f为主控制单元的主从控制策略中,主控制单元需要很大的冗余容量而且系统对主单元有很强的依赖性。文献[7]提出了一种针对分布式电源的不同类型采用不同控制方式的综合控制策略,对于V/控制单元采用基于下垂特性的多环反馈控制,对于PQ控制单元采用PQ解耦的电流控制,但其前提是V/f控制的发电单元功率变化始终没有超出其最大功率输出允许值。

本文在传统下垂控制和V/f控制的基础上,设计了一种具有混合输出特性的逆变电源控制方法。此外,针对对等控制和基于单个V/f的主从控制的缺陷,在新的逆变电源控制方法的基础上提出了一种微电网的多重主从控制策略,详细阐述了其控制原理,并通过仿真算例对其有效性和可行性进行了验证。

1 微电网孤岛模式下逆变电源的控制方法

目前,在常见的分布式电源(DG)的几种基本控制方法中,可应用于微电网孤岛模式下为系统提供电压及频率支撑的主要有下垂(droop)控制和恒压恒频(V/f)控制方法。

1.1 传统下垂控制方法

微电网连接在大电网的低压侧,而且距离负载很近,属于低压电网,其线路阻抗呈现为阻性,但由于微网中基于逆变器的分布式电源一般需配备L、LC或LCL滤波器,在输出电压很低时还需使用变压器进行升压,滤波器和变压器的使用使逆变器输出端与负荷之间实际的等效线路阻抗呈感性,有X>>R。由逆变电源输出的有功和无功功率传输公式可知,在线路呈感性并且并联电源之间的相位差很小的前提下,输出的无功功率主要与两端的电压降有关,而有功功率主要与相位差有关,根据相位差与频率存在的特定关系,在实际应用中通常用频率来代替相位差,基于以上分析,很多学者提出微电网中的逆变电源可以采用的P-f和Q-V下垂控制方法的控制方程[8,9,10]为

其中:f0和V0分别为逆变电源空载时的输出电压频率和幅值;m和n分别为频率和电压下垂系数;P和Q分别为逆变电源在t时刻输出的有功和无功功率。

由式(1)、式(2)可知,在呈感性的系统中,负荷变动时,逆变电源根据负荷的需求和下垂特性曲线来调整电压幅值及频率并输出相应的功率以满足系统的功率平衡。由此可见,droop控制属于有差调节,随着负荷需求的变化,其输出的电压幅值及频率也会相应地变化,在负荷变动较大时,电压幅值及频率有可能超出规定的允许偏差范围。

1.2 V/f控制方法

V/f控制也是基于电压频率下垂特性的原理进行控制的,与droop控制不同的是,其控制目标是控制逆变电源输出到其所接母线上的电压幅值及频率保持不变。其本质是不管外部电网对V/f电源输出功率的需求怎样变化,只要在其容量范围内,都能控制其输出端的电压幅值及频率一直跟踪参考值不变[11],类似于传统配电网中的平衡节点。由此可见,V/f控制属于无差调节,可运行于微网的孤岛模式下,在系统内的负荷需求变化时调整自身的发电量来保持系统内的功率平衡。但是,当单个的V/f电源作为微网孤岛模式下的主控电源时,对其可调容量有很高的要求,一旦系统内的功率需求超出其可调容量或者该电源故障,就会导致系统不稳定运行甚至整个系统的崩溃。

1.3 V/f-droop控制方法

文献[6]分析了微网并网运行时的频率稳定问题,指出在微网并网运行时,当微网中所有分布式电源均采用P-f和Q-V的下垂控制时,其频率稳定性与大电网的功角稳定性相似,不存在频率不同步问题,也就是说在并网时逆变电源采用下垂控制时系统是可以稳定的。由此可以得出,只要系统内有一个微电源能够维持系统的频率在一段时间内保持不变,那么在此期间,其他的逆变电源采用P-f和Q-V下垂控制时系统是可以保持稳定的。为此,针对上述下垂控制和V/f控制方法的缺陷,在其基础上提出了一种具有混合输出特性的逆变电源控制方法(V/f-droop控制),其有功-频率特性曲线如图1 所示。

由图1 可知,在V/f-droop控制中,V/f控制的范围为Pn~Pm,而其输出功率在此范围之外时采用下垂控制,跟随系统的频率输出相应的功率。与V/f方式相比,V/f-droop的特性曲线更接近传统发电机的输出特性,使得主控电源切换运行方式时系统的频率变化比较平缓,减小了系统的频率抖动;与下垂方式相比,V/f-droop方式不同于普通的一次调频,在V/f控制段可以维持系统的频率不变,相当于二次调频,属于无差调节。综上可知V/f-droop方式吸取了V/f方式和droop方式的优点,克服了它们的缺点。

2 微电网的多重主从控制策略

2.1 多重主从控制策略的实现原理

光伏、风力发电等分布式电源的输出具有不可预测性、随机性和间歇性等特点,使得微网孤岛运行时的频率难以控制,而具有稳定输出特性的柴油发电机比蓄电池的响应时间较慢,如何对这些微电源进行有效的协调控制是微网孤岛安全稳定运行的关键。有鉴于此,在V/f-droop控制方法的基础上提出了一种微电网的多重主从控制策略。

输出波动性较大的光伏、风力等微电源在微网并网和孤岛时均采用PQ控制方式跟随参考值输出给定的功率;由于蓄电池具有较快的响应,在微网并网时采用PQ控制响应电网的调度指令,孤岛时切换为V/f控制,在暂态过程中利用其快速响应能力为系统提供快速的有功支撑,以弥补微网系统中电力电子设备较多而惯性较小的问题;其余具有动态功率调节能力的逆变电源在微网的两种模式下均采用V/f-droop控制方法,各V/f-droop电源的频率参考值均不相等且不等于并网时系统的频率。具体实现原理如图2 所示,其中的DG1 采用V/f控制,DG2 采用V/f-droop控制。

在图2 中,DG1、DG2 在V/f控制时的参考频率分别为f1c,f2c。在并网运行时,DG1 采用PQ控制方式运行于AB段内输出恒定的功率P1min,DG2运行于MN段内;当切换为孤岛运行时,DG1 由PQ控制切换为V/f控制为系统提供快速的动态功率支撑,并且维持系统的频率为其参考频率f1c恒定不变,此时DG2 仍运行于MN区间内,跟随系统的频率输出相应的功率。在负荷增加时,具有功率调节能力的主控电源DG1 增加其出力来维持系统内的功率平衡,若负荷需求较小,小于DG1 的功率调节能力时,主控电源DG1 就能够维持系统稳定运行,相当于常见的基于单个V/f电源的主从控制;但负荷需求较大时,超过DG1 的调节能力,则DG1的输出达到其最大值P1max之后就不能继续增加其出力而切换为PQ控制,维持其输出为最大值不变,此后系统频率继续下降,当下降到DG2 的参考频率f2c时,DG2 就会作为新的主控电源提供频率支撑,并且增加其出力以满足负荷需求,当其输出达到V/f控制区段的最大值P2m后又切换为下垂控制,而由下一个具有同样输出特性的逆变电源作为主控电源提供电压频率支撑。

由此可以看出,从整个控制过程来看有多个逆变电源作为主控电源,但在一段时间内只有一个逆变电源作为主控电源运行于V/f控制方式下,为整个系统提供电压频率支撑,本文将上述的控制方式称为多重主从控制。

2.2 微电网系统模型

在DIg SILENT软件中搭建微电网系统模型,如图3所示。

三个逆变电源分别经逆变器及电抗器连接到微网的0.4 k V的PCC母线上,微网经过变压器与10 k V的MV母线相连,本文主要研究逆变电源和微电网的控制策略,为了便于分析,将逆变电源的一次能源侧等效为直流电压源。

针对2.1节提出的多重主从控制策略,在图3中,假定DG1为蓄电池,在并网时采用PQ控制,孤岛时切换为V/f控制为系统提供快速的动态支撑;DG2为其他具有功率调节能力的逆变电源, 采用V/f-droop控制方式;DG3为输出随机性较大的逆变电源,采用PQ控制方式。

DG1 的PMW_VF逆变器的控制模型如图4 所示,该控制器中含有PQ和V/f两种控制器,PQ控制时的参考功率为Pref1、Qref1,V/f控制时外环频率、电压幅值与实际值的偏差经过PI控制后得到的功率参考值为Pref2和Qref2,两种控制方式的功率参考值根据PCC点的状态(PCC_Status)相切换,并网时选择PQ控制器的功率参考值,孤岛时采用V/f控制器的功率参考值,最终输出的功率参考值与实际功率值的偏差经PI控制后得到内环电流的参考值id_ref和iq_ref,DIg SILENT软件中的逆变器自带有内置的电流控制器,因此图4 中控制器输出的电流参考信号直接输入到逆变器进行控制即可。

DG2的PWM_Droop控制器和DG3的PWM_PQ控制器中所用到的下垂控制方法和PQ控制方法均采用文献[12]中给出的典型控制器结构,由于篇幅限制,其仿真模型不再赘述。

3 仿真算例

为验证本文所提控制策略的正确性和有效性,针对图3 所示的微电网系统模型,各逆变电源的参数如表1 所示。

表1 中Pimin、Qimin表示的是DGi可调容量的最小有功、无功,Si N为DGi的视在功率,fic为其V/f区段的参考频率,P2n、Q2n表示的是DG2 在其V/f控制区段的最小有功、无功,m、n为其下垂系数。

变压器为10 k V/0.4 k V,额定容量为6 MVA。逆变器出口均串联有电抗器以滤除高次谐波同时使得等效线路呈感性,Load1 为(0.8+j0.2)MVA,Load2为(0.5+j0.5)MVA,Load3 为(0.5+j0.4)MVA。

假定初始运行时微电网并网运行,在5 s时断开与大电网的连接进入孤岛运行模式,在13 s时Load1 增加120%,20 s时Load3 再增加100%,仿真结果如图5 所示。

由图5(a)、图5(b)可以看出,在0~20 s之间无论微网是并网运行还是孤岛运行,系统的电压幅值均为基准值1(标幺值),频率均为50 Hz,只是在模式切换或负荷增加时稍有波动,稳定时系统的电压及频率均恒定不变,说明切换为孤岛后,DG1 采用V/f控制方式能够给系统提供电压及频率支撑。

由图5(c)可以看出,5 s切换为孤岛后,逆变器PWM_VF输出的功率减小,说明并网时微网向大电网输送电能,13 s增加负荷后只有DG1的输出增加,这两点均说明孤岛时系统内的瞬时负荷需求均由主控电源来满足;由于系统的电压及频率均不变,则采用V/f-droop控制方式的逆变器PWM_Droop的输出恒定不变;DG3 的输出不变,很好地说明了采用PQ控制的逆变电源的输出能够跟踪参考值不变。

20 s时Load3 再增加100%后,由图5(c)可以看出,DG1 的输出达到(1.732+j1.0)MVA并且恒定不变,说明达到其最大功率输出,不能提供额外的电能;同时DG2 的输出增加到(0.6+j0.21)MVA,弥补负荷的功率缺额,使系统达到功率平衡,说明DG2 已切换为主控电源;相应的图5(b)中系统的频率下降到49.8 Hz,为DG2 在V/f控制区段的参考频率,也说明此时的主控电源已变为DG2,并且维持系统的电压及频率稳定在新的恒定值,在系统允许的运行范围内。

由以上的仿真结果可以看出,在微电网由并网模式切换为孤岛时,蓄电池DG1 能够为系统提供快速的动态支撑,保证系统电压频率稳定;当负荷需求超出蓄电池的调节能力范围时, 将由采用V/f-droop控制的DG2 作为新的主控电源为系统提供电压及频率支撑,验证了本文所提多重主从控制策略的正确性和有效性。该算例中只含有三个DG,在含有多DG的微电网系统中,当负荷继续变化超过DG2 的可调容量限制时,将会有同样采用V/f-droop控制的其他逆变电源来满足负荷需求,当系统内所有的微电源均不能平衡负荷时,就需要切除一部分的非重要负荷,反之,当负荷很小微电源出力较大时,就需要采取部分风电“弃风”和光伏“弃光”的措施以达到系统的功率平衡。

4 结论

本文首先结合V/f控制和下垂控制的优点提出了一种具有混合输出特性的逆变电源的控制方法,在此基础上提出了微电网的多重主从控制策略。详细阐述了其实现原理,然后基于DIg SILENT仿真平台,对微电网系统模型及控制器模型进行了详细的介绍,最后通过仿真算例,验证了多重主从控制策略能够保证微网在并网和孤岛两种模式下均能稳定运行。为了简化分析,本文没有考虑逆变电源一次能源侧的实际模型,由直流电压源来等效,也没考虑蓄电池的充放电过程,仍需进一步的研究。

摘要：针对下垂控制在负荷需求变化时其电压及频率偏移额定值较大的缺陷,提出了一种具有混合输出特性的逆变电源控制方法。该控制方法结合了现有下垂控制和V/f控制两者的特点,较好地克服了各自的缺点。基于该逆变电源控制方法提出了一种新的多重主从控制策略,该控制策略不需要通信,可自行按照预设的裕度相互配合运行,克服了对等控制及基于单个V/f的主从控制策略的不足。利用DIgSILENT软件搭建了微电网的仿真模型并对其进行了验证,结果证明了所提出的逆变电源控制方法和多重主从控制策略的正确性和可行性。

关键词：微电网,逆变电源,多重主从控制,下垂控制,V/f控制

主从控制 篇2

造成学生学习“被动”的原因很多，比如自信心不足、学习兴趣较低、学习习惯不良、学习态度不端正、缺乏恒心和毅力、身体的疾病、外界的干扰等等。

陶行知先生曾经这样说过：教学，就是教学生如何学。所以教师在学生从“被动” 到 “主动”这个过程中有着举足轻重的作用，教师是学生的决策者、指挥者、解释者和监督者。这就要求教师充分调动学生的主观能动性， 使之在学习时进行积极思维，培养他们掌握正确的学习方法。教师应激发学生的学习兴趣；引导学生带着兴趣主动去学习；引导学生培养良好的学习习惯；引导学生去感悟并体味语言的魅力；引导学生学会用英语思维；引导学生温故知新；帮助学生营良好的英语学习氛围；指导学生独立思考，小组讨论并培养其创新意识，使之学有所获。

当然，在从“被动” 到 “主动”这个过程中，学生应该是学习行为实施的主体。笔者认为学生可以通过找出自己学习上存在的问题，并作出适当的学习方法或其他方面的调整，学习状态及成绩便可以有真正意义上的改观。根据笔者在教学中的观察与思考，大概总结出几个学生在学习上可能会有的，且直接影响学习效果的问题。学生可以据此进行客观认真地自我反思。

学习兴趣及学习心态上可能存在的问题。一见英语书头就发胀；总认为自己没有学好英语的天赋；常常厌学；很少在学习时有明确的目标；常常用学习英语的时间做其他作业；经常没按时预习，未认真听课，没有及时复习，甚至连英语作业都无法按时完成；常有抄袭作业现象；做笔记或作业只是为了敷衍老师或家长；总认为学习英语只是为应付高考；常常因受他人影响而定学习计划却只能坚持一两周。

自测英语学习时注意力的问题。课堂上主观控制力不足，常有想玩手机，看小说或其他不当欲望而不能认真听老师讲课；学习时身旁总有其他更有趣的东西，如随身听、小说、杂志、电视等；学习时常与人边聊天边学习；注意力完全集中的状态最多只能保持 10分钟；学习时总想着别的作业或别的事情；学习时总是心神不定，心慌意乱，东张西望；看书时常思想开小差，看了很久却不知实际内容。

学习方法上的问题。经常采用机械式或瞬時性记忆法；常用走马观花式的方式学习；很少复习巩固旧知识；从未与学习好的同学讨论英语，也从不询问别人的学习方法；从不向老师提问或回答问题；认为只要采用题海战术或死记硬背就能学好英语，提高英语成绩；从不主动阅读课外读物。

对于以上一系列问题，如果在你的学习过程中遇到越多，那就说明你的学习效率就越低，也说明急需采取行动来进行一次全面的学习方面的改革。这就要求学生能客观仔细地分类列出自己在英语学习出现的主要问题，并有针对性地进行自我调整与自我完善。

树立自信心。这是最容易被忽视的环节。自信心基本上可以靠自己从平时的学习活动中树立起来。比如基础稍弱的学生，刚开始时不能给自己定过高的目标，每天准确无误地记五个英语单词，三个实用短语，及时背诵每单元的佳句及重点句型。按时预习，上课认真做笔记，课后自觉复习并独立完成作业。开始可能难以将注意力集中到英语上来，这就需要一定的强迫性。一旦确定了目标，就无论采取哪种方式都要完成自己的目标，只要能准确地完成那就是胜利。小组学习是学习英语的一个不错的选择，小组是一个可以相互监督的整体，组员之间既可以互相监督，也可以经常用比赛的方式检测彼此的学习效果，这个活动过程不仅可以沟通思想、相互交流、积极竞争、及时调整进度与学习重难点，还有利于增强自信心，学习的积极性与主动性。随着习惯的养成及知识的叠加，自信心就会不知不觉地建立起来了。

改变以往的学习方法及对待英语的态度。如果想要改变以往较为拖拉的学习习惯，首先就要坚定自己想要学好英语的信心与决心，然后给自己制定一个学习计划，并暗自定下一条规定，不完成预订的任务就不能出门，甚至不能睡觉。别让“基础差”成为阻挡自己前进的借口，笨鸟不是也可以先飞吗。如果是对英语不感兴趣，则首先要努力改变为考试而学的态度，要用审美的心态去体味语言带给我们的美。将英语学习与生活、娱乐、校园生活及其他学科结合起来，而形成一条严密的知识链，尤其是与汉语相比较，以此避免单一枯燥地英语学习。坚持一段时间后，态度端正了，方法找到了，学习兴趣就随之浓厚起来了。

切忌因受外界刺激而制定不切实际的学习计划。我曾看到有个从没认真学习过英语的高二学生在受到家长严厉训斥之后，制定出这样一个计划：每天早上五点半起床（平时六点半起床），背三十个单词，做五篇阅读理解，每周背两篇短文，坚持写日记（至少八十字左右的）……其实这种计划十有八九是执行不下去的，所以得根据自己的实际情况制定切实可行的学习计划和时间安排，当然要求不能过低。这时，可以向老师寻求可行的方法及帮助。

养成良好的学习习惯和学习策略。一定要养成不耻下问的好习惯，无论是问比自己强的学生还是问老师都有助于自己的英语学习；养成课堂上积极主动地回答问题并及时记笔记的好习惯，不仅制止走神，还有助记忆课堂知识；身边总准备着学习工具，如字典或词典、笔记本等，将不懂的地方随时记录下来并及时进行查阅，当然课堂上最好迅速作好记录，课后再查询及询问；将经常出错的地方记录在一个小本上，反复巩固复习，避免重复犯错；必须每天养成早读英语的好习惯，从阅读中感受、体会英语对各类事件的不同的描写和阐述方式, 才能正确自如地将平时积累的知识运用到自己的表达中来，还能培养出强烈的语感；自觉不自觉地将经常英语和汉语进行对比学习，找出之间的契合点与差别；根据自身基础的不同，制定出相应的，但应包含以下几方面的学习计划，每天理解记忆5——10 个左右单词，记单词时一定要认真理解该单词的每个不同意义的例句，可以参考《高考必备》或《大学四级词汇》；阅读两篇阅读理解并完成相应的练习，都按规定时间完成，基础稍弱的学生可以先以一篇为起点，并可以适当延长一两分钟，完成后再选择性查阅文中遇到的难以猜测意思的生词，这也是积累词汇的一种方法；带着欣赏的心情去背诵语言优美的名句名篇，但绝不能只为了背诵而背诵，要将记忆单词、练习语音、欣赏语言、巩固句型、培养语感作为背诵的主要目的；每天都要刻意地，有目的地整理当天的笔记及所有的学习内容；学习中还有一个非常重要的过程是复习，制定好复习计划。短期内要进行自我检测，个人可用试卷的形式，群体可选择小组互测的形式，小组互测可采取相互听写的形式等等，也可以请教老师给予建议或由老师安排适量测试。

主从控制 篇3

在目前的自动化生产线中, 电气控制技术的发展越来越快。随着生产线自动化程度的不断提高, 伺服控制器的应用也越来越广, 其具有控制精度高, 动态响应快, 稳定性高等优点, 可以实现高精度的位置, 速度控制完成复杂的生产工艺要求。但是在产品设计中要控制较大转动惯量的机械负载还是比较困难的, 以目前市场上所提供的伺服电机功率很难用单台电机来实现控制。

本文以我公司设计的旋转热飞锯产品为依据, 采用LENZE 9300EK伺服控制器设计, 介绍了基于伺服控制器can总线的主从同步控制技术, 通过主从同步控制实现了两台伺服电机共同拖动同一负载, 进而增大了伺服电机的功率, 通过现场实际运行, 该控制方式运行稳定, 可靠, 相信随着伺服技术的不断发展该技术可以广泛应用在现代化的自动化生产线中。

2 系统组成

由于本产品机械转动惯量较大, 在设计中已经无法选择适合功率的伺服电机, 因此我们选用两台55KW伺服电机, 共同拖动同一负载来增大电机功率。伺服驱动器采用两台LENZE9300EK, 该控制器具有丰富的控制接口。本系统采用的是PROFIBUS-DP总线与上位机进行通讯, 传递生产工艺参数, 并且对设备的运行状态进行监控。两台伺服控制器之间采用CAN总线来进行主从同步控制。系统框图如图1所示。

3 LENZE 9300EK伺服控制器简介

LENZE 9300EK伺服控制器属于电子凸轮型伺服驱动器, 除了基本的伺服功能外其内部还内置了电子凸轮发生器, 可同时自由编程8条凸轮曲线。与传统机械式凸轮系统相比, 更易于实现复杂轮廓的曲线修改和工艺的快速更新, 并有效克服机械凸轮系统易磨损, 改造周期长, 成本高等缺点, 广泛应用在生产工艺复杂, 控制精度要求较高的生产线中。LENZE9300EK伺服控制器还具有如下特点:

1) 接口能力强, 其具有数字输入/输出, 模拟量输入/输出接口, CAN总线接口, 旋转变压器和增量编码器测速反馈接口等等;

2) 具有故障标号, 运行中检查的故障功能, 故障分类清楚, 故障提示信息多, 便于故障处理。主要保护有:过流、过压、过速、断电、反馈断线、堵转、电机过热、过载等等;

3) 强大的电子凸轮功能, 如凸轮曲线之间可在线切换, 且没有时滞, 内置寻零及纠偏等功能, 内置延展/压缩及x/y方向的偏置等等;

4) 可视的调试软件GDC, 利用内置的曲线编辑工具可方便的编辑各种曲线, 可在微机上调试编程诊断。而且本身具有软件保护设置, 以保证软件的安全性。

4 主从同步控制设计

伺服控制器间的主从同步控制采用CAN总线设计, CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议, 它是一种多主总线, 通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线属于工业现场总线的范畴与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计, CAN总线越来越受到人们的重视。

本设计中两台伺服控制器的CAN总线的同步参数设置如表1。

伺服程序设计包括主机和从机的程序设计, 下面主要对CAN总线的接口程序进行说明。因为主机需要实时向从机传递转速和转矩信号, 所以将主机的CAN总线控制字CAN-OUT2.W3和CAN-OUT2.W2设置为从机的转速和转矩信号给定。从机采用的是转矩控制方式, 将MCTRL-N/M-SWT参数设置为1时, 从机选择转矩控制方式。MCTRL-N-SET作为速度限制上限端口与MCTRL-N2-LIM端口一起构成速度的上下限幅端口来使用。从机MCTRL-M-ADD是由主机的MCTRL-M-SET2通过CAN-IN2.W2给出。从机的速度限制值是由主机MCTRL-N-SET2通过CAN-IN2.W3给到从机, 然后取绝对值乘以一定的比例系数作为上下极限值给到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM作为速度的上下限制, 防止电机由于转矩的突然变化而造成电机失控的现象发生, 本设计采用的限制的范围值为±110%。通过实际现场应用该程序可以很好的实现主从同步功能, 满足生产工艺要求。MCTRL功能块如图2所示。

5 结论

目前采用主从同步控制技术的旋转热飞锯已经应用在实际的冶金生产线中, 通过现场应用的情况来看, 该产品运行稳定, 可靠, 客户反馈较好。可见随着伺服产品的逐渐推广, 基于CAN总线的主从同步控制技术会越来越多的应用在大型的自动化生产线设备中。

参考文献

[1]伦茨传动.Lenze伺服在无缝化钢管生产线上的应用[J].伺服控制, 2009 (10) .

[2]LENZE.SHB9300CRV EN2.0, 2007.

[3]LENZE.EDSVS9332K-EXT EN1.0, 2007.

品牌管理与营销管理的主从关系 篇4

营销追逐销售目标，品牌专注价值创造

营销的定义其实是随着时代变迁不断扩展的。目前美国营销协会（American Marketing Association） 对营销的定义是：“营销既是一种组织职能，也是为了满足组织自身及利益相关者的利益，而创造、传播、传递顾客价值，并管理顾客关系的一系列过程。”就理论定义的层次而言，营销看似覆盖了大部分品牌管理的功能。也正因如此，许多企业与组织都倾向指定营销单位作为分管品牌的部门，将营销管理人员称为品牌经理。然而，当“营销即品牌”这样的思路真正落实到组织的实际操作中时，品牌与营销的不同与管理上的冲突，就会慢慢显现出来。

首先，在企业操作的现实里，“为顾客创造价值”是营销部门达成销售目标的手段之一而非目标。并且营销所创造的价值，与品牌专注的无形心理附加价值不尽相同。营销所谓的价值往往通过产品、价格和成本控制来实现。其次，企业对营销部门表现的衡量指标，也直接促成了“营销以销售为目的”的本质。“市场份额”、“业绩”与“知名度”等，是企业经常拿来量化衡量营销工作成果的评价指标。虽然有些机构也将品牌资产研究纳为指标之一，但由于调研方式不统一，以及品牌资产的形成不完全由营销单位主导的现实，所以多数企业仅将品牌调研作为参考指标。而在此现实下，营销单位就不得已以达成销售、获取市场份额为其主要的工作目标。并且在现实中，在绝大多数企业内部，营销部门仅是企业的一个部门，与销售、生产、研发、人事等平起平坐，对其他职能部门没有直接指导的权力。因此，在营销部门之下的品牌策略，往往沦落为传播策略，成为传递价值的工具，而无法积极影响企业的方方面面，为顾客与企业创造价值。

不是所有的营销活动都有利于品牌成长

此外，我们还必须面对一个残酷的现实：许多营销手段非但不能对品牌成长做出贡献，还可能对品牌资产造成伤害，企业经常做的价格促销就是一个例子。产品与服务的定价，其实反映了品牌价值。品牌重要的功能之一，就是帮助企业的产品与服务获得溢价。也就是说，消费者购买一个产品或服务时，除了花钱购买这个产品与服务本身的有形价值外，还包含这个品牌在他们心目中所产生的无形价值。而促销之所以能拉动短期销售，其实就是通过折让无形价值的手法，让消费者觉得得到了好处，进而产生购买的冲动。所以，从品牌管理的角度而言，绝大多数促销，都是通过对自己品牌资产的消费，来换取短期业绩的增长。当然，使用品牌资产促进销售本来就无可厚非，但是长期或频繁促销，就会对品牌价值造成永久性的伤害，进而对企业的长久经营造成负面影响。

而另外一个常见的误区就是：误认为投放广告就是投资品牌。许多企业主的疑惑是：“为什么我们投入了这么多的广告宣传，品牌还是做不起来？”而回答这个问题最好的方法就是自我审视投放的广告内容。由于承受销售压力，营销人员开展的广告或活动绝大多数以销售为目的，企划内容里充斥着产品功能、特点与价格等硬信息。这些信息虽然能挑动消费者一时的购买冲动，但不能打动消费者的情感，更无法创造无形的心理价值。当然，并非鱼与熊掌不可兼得，许多出色的营销活动的确能够同时兼顾销售促进与品牌增长。而其中的关键，就在于对品牌和营销差异的深刻理解，并进而能在销售与品牌建设的目的之间取得平衡，不会因为过度追求销售而牺牲品牌形象。

管理品牌资产账户

如何在销售与品牌建设之间取得平衡，可以借用个人财务管理的概念来说明。在处理个人财富时，我们倾向在使用财富满足美好生活的同时，会同时思考如何保持财富增长。而达成个人财富有效管理的第一步，就是清楚地明白“消费”与“投资”的不同。例如，买车是消费，但买房就同时具有投资的意义。同样，我们也可以把品牌管理想象成一个品牌账户，那么品牌资产就是你品牌账户的余额。就管理品牌资产的角度来说，当我们使用品牌来达成单纯销售的目的时，就应该视为品牌账户的支出或消费；而当我们的营销活动聚焦于创造完美的顾客体验，或阐述独特的品牌理念时，就是我们向品牌投资。想要让品牌成为业务增长生生不息的力量，就有赖于企业管理者指导营销团队灵活管理品牌账户，在动态的平衡中取得增长。

原则上说，当一个营销活动的内容越倾向价格取向，越是对品牌资产的一种消费；而越是不与消费挂钩的营销活动，就越有助于品牌资产积累（参见下图）。当然，高明的营销人员，还是可以通过巧妙的手法开展以销售为目的的营销活动，同时减少对品牌资产的损耗。例如，对品牌资产十分重视的高端化妆品品牌，就极少以直接降价的方式促销。常见的方法是通过赠品（比如赠送化妆包、眉笔或其他样品），或组合销售（比如试用组合装）的方式来进行。这样就可以避免价格折扣对品牌资产的直接冲击与伤害。

除了营销活动的形式外，信息内容与传播调性更是重要的控制因素。在贴合品牌承诺的前提下，通过广告与创意的修饰，也可以让许多简单粗暴的价格促销活动变得生动而有趣。而其中的诀窍就是对品牌内涵的充分理解与掌握。换言之，如果管理人员能够将品牌当作营销的最高指导原则，再结合业务推广的需要来进行规划，这样就能够精确地拿捏分寸，确保销售推展与品牌建设两不误。

品牌策略应该成为营销策略的指导原则

Interbrand一直致力于协助客户激活品牌资产，让品牌资产成为推动业务增长的力量。其中核心的观点，就是让品牌策略超越营销，与业务策略紧密结合。世界上优秀的品牌，无不以品牌作为其业务策略的诠释，不但对外与顾客和市场沟通，更对内形成企业文化，指导企业内各个部门协同和努力的方向（参见上图）。

虽然，目前绝大多数企业仍然将品牌策略视为营销策略的一环，以传播的视角对品牌进行管理。但随着市场快速变化与竞争的需要，许多企业已经开始通过内部营销团队地位的提升或品牌管理专署团队的形成，来回应品牌在组织中的地位越显重要的现实。同时经过多年推广，品牌策略应该与业务策略紧密结合的观念，也开始慢慢为中国企业高管所接受与认同。我们相信，中国企业已经开始往品牌经营的道路上快速前进，而在以品牌驱动业务的完美企业在中国出现之前，让品牌策略超越营销，成为营销策略的指导原则，应该是中国企业现阶段在成就伟大国际品牌之前的必经之路。

主从控制在纸机传动系统中的应用 篇5

海南金红叶纸业有限公司使用变频柜采用460V传动矢量控制方式。在它们之间实现机械负荷在主从传动点之间的任意分配, 就是通过主从控制进行实现的, 并且还使得辊件之间的无差速运行得到了保障。

1 纸机传动控制系统的构成

纸机传动系统的构成如图1所示。

由图1可以看出, 纸机传动系统是各个APC2控制器通过AF100现场总线交换数据的。这里, 总控制器是APCA01, 总控制器负责与进线柜通讯以及对公共信息的发布和接收。传动控制器是图中的APC11-APC19, 传动控制器负责的是对每一个传动点的控制, 而每一台控制器不能一次性控制太多传动点。

纸机对电气传动系统的要求。一般情况下, 纸机对电气传动系统的要求需要达到以下几点:第一, 对纸机的工作速度范围要求较大;第二, 需要对速度的稳定进行较好的调整;第三, 需要对不同传动点之间的速度差进行控制。

2 主从控制

主从控制的简介。主从控制的运行主要是通过机械部件在传动点之间进行连接。例如, 齿轮、皮带、链条等机械部件。光纤并行通讯方式的控制方式, 是主传动点对从传动点进行控制的主要控制方式。在这个控制过程中, 对速度进行控制的是主传动点。而在主传动点进行速度控制的时候, 从传动点对主传动点的转矩参考值以及速度值进行跟随。

一般情况下, 从传动点采用转矩控制的情况, 应该是在主传动点以及很多个从传动点的电动机轴再通过机械部件进行硬性连接时。例如, 齿轮和链条。这样做的目的是使主传动点与从传动点之间的无速差运行以及和服之间的分配得以实现。

主从控制连接技术范围。在进行主从控制连接的时候, 一个主传动点连接的从传动点最多不能够超过十个, 主从传动点的传输时间的参考值每秒不超过5米。主从控制软硬件组态。在主传控制软硬件中, 作为传动点的是MNNC板。而MNNC板的通道CH2, 则主要运用在各个传动点之间的组从控制硬件组态。

将传动点进行速度控制是最为常见的一种方式, 之后就可以将其作为一个主从控制通讯中的应主站, 而后就将传动点进行转矩控制, 使其成为通讯控制的从站。至此, 主从控制的技术连接完成。

3 主从控制的主传动点以及从传动点

主传动点。各个从动点所接收到的转矩参考值的地址, 是从动点的参数通发送出来的。除此之外, 各个从动点接收到速度参考值的地址还可以是主传动点参数用同样的信息广播方式而发送出来。如果要将从传动点设置为转矩控制, 那么主传动点的典型参数地址的设置就会跟以往不一样。

表1参数设置的应用只适用于主传动点, 而对于从传动点, 则不需要进行设置。

从传动点。若是在各个从传动点的参数70.08CH2M/F mode中所选择的模式是follower的模式, 固定参数设置见表2。

从传动点在整个系统中的作用, 就是把数据字以非常快的速度从Dataset41中读取出来, 并将它们放到参考值中。这里的参考值指的是速度参考值与转矩参考值。

从传动点的通讯故障的诊断。每一个主传动点发送给从传动点的转矩参考值, 无一例外都是通过从传动点的TORQ REF A信号进行接收的。而任何一个从传动点都能够对主从通讯的中断与否进行检测。它的工作原理是在两个参数之间对超时时间以及通讯丢失后的从传动点的运行方式进行分置。NAMC板的CHO作为一个反馈渠道, 将从传动点的诊断信号反馈给控制器, 再由控制器APC2对其进行后续的故障处理。

4 结语

由于机械硬性连接的每一个传动点之间的线速度存在速度差的问题, 这样的问题又通过主从控制的方式得到了解决, 使得每一个传动点之间的由速度差问题而造成的辊件表面的磨损问题得到了较好的抑制, 因此使用效果较为理想。

参考文献

[1]金勇范.主从控制在纸机传动系统中的应用[J].中国造纸, 2006, 25 (1) :67-68.

[2]汪明, 张承慧.可编程计算机控制器在纸机传动系统中的应用[J].中国造纸, 2004, 23 (8) :16-19.

主从控制 篇6

状态机设计构成FPGA系统设计的主要部分。状态机主要完成系统控制、协议解析、读写控制等功能,广义上讲任何时序逻辑都可用状态机描述,甚至组合逻辑也可描述为单状态的状态机。复杂FPGA系统为了完成功能可能需要多达几十个甚至上百个状态机,这些状态机同时运行,彼此依赖,互为条件。为此,很多学者和公司开始研究状态机的实现技术。比如,文献[1]文献[2]讨论了设计单个状态机时需要考虑的编码问题,文献[3]讨论了单个状态机设计的稳定性问题,文献[4]讨论了设计输出无毛刺的状态机设计,但都没有涉及到多个并行状态机设计时采用的策略和简化方法。

本文以实际项目为依托,通过设计主从状态机方法实现多状态机的通信、同步等问题。本文所用的方法适合于大规模状态机的设计,避免了为了减小设计难度而分割完整状态机的弊病,可以有效降低了大状态机的设计难度。

1 主从层次状态机设计理论

复杂状态机可能包含很多个状态,一个可行的方法是把实现某一子功能的状态合并起来组成一个层次状态,运用层次状态机的方法重构原来的大状态机。图 1所示为一个包含多个状态的状态机,为了简化状态机设计,可以将状态a1, b1, c1, d1合并称为一个层次状态SC1,每个层次状态可以设想为一个单独的状态机(尽管在代码开发中没必要这样做,甚至在某些FPGA设计工具中直接支持图形化层次状态机设计),这样图 1可以用两个较简单的状态机实现。

层次状态机利用分而治之的策略简化了复杂状态机的设计,一个很重要的优点是可以同时实现多个实现同一功能的不同的层次状态机,只要接口一致,就可以方便地嵌入以修改设计。

主从状态机使用层次状态机的设计方法来设计决策系统。典型的主从状态机结构如图 2,包含一个Master状态机和多个Slave状态机。Master状态机起到仲裁控制作用,决定当前有哪些Slave状态机可以运行。可以通过设计不同的Master状态机的状态转移关系达到不同的控制策略,如分时复用或基于优先级启动不同的Slave状态机等。

为了保证不会出现竞争情况,主从状态机使用应答机制。主状态机只有在从状态机非Busy状态时才可以发出该从状态机启动信号Start。从状态机收到启动信号Start后开始运行,下一时钟沿发出Busy信号通知主状态机。从状态机中,入口处设置等待状态Wait1等待主状态机发出的Start信号,在出口设置等待状态Wait2等待主状态机撤销Start信号,并等待主状态机撤销Start信号,以保证从状态机的下一次正常运行。图 3所示为主从状态机的时序图。

为了充分利用FPGA的并行性特点,应该使得可并行执行的Slave状态机并行执行。这可以通过把两个子状态机捆绑在一起实现,如图 4所示,主状态机Master向子状态机Slave1和Slave2发出启动信号Start12,从状态机Slave1和Slave2收到Start12信号后开始运行,当Slave1和Slave2完成后分别撤销Busy1和Busy2信号,主状态机把Busy1和Busy2信号取或运算以保证两个状态机同时结束。当然应该使得捆绑在一起的两个状态机有大致相当的运行周期数,否则会造成先运行完成的状态机因为等待后运行完成的状态机而得不到及时的相应。

2 基于主从状态机设计理论的DMA引擎设计

为了进一步描述主从状态机理论,本文将以完成的一个多个DSP和FPGA系统[5]为例来详细说明。在开发某一个多处理器系统时,要求系统中的FPGA完成USB接口控制,两个DSP的EMIF接口控制,两个SRAM读写控制,系统框图如图 5,FPGA起到一个DSP和主机的USB接口间的数据传送引擎的作用,通过实现DSP和FPGA数据的交换,FPGA和USB接口数据的交换两步接力实现这一功能。为此,把FPGA系统分成多个模块实现:EMIF接口模块、USB端点选择模块、SRAM选择模块和控制状态机。

为了缓存一定量的数据,把从USB接口EP2端点接收到的下行的主机数据先存入与FPGA相连的SRAM中,当DSP1或DSP2的rd_fifo空时读取SRAM中的数据写入DSP1或DSP2的rd_fifo中。而为了最快限度地把DSP处理完成的数据结果经过USB接口传回主机,直接把DSP1和DSP2的wr_fifo中的数据传送到USB接口的EP6端点。

按照以上数据传输路径,FPGA的功能可以分成三部分完成:(1)读取USB端口数据写入SRAM中。(2)读取SRAM数据写入DSP1或DSP2的rd_fifo中。(3)读取DSP1或DSP2的wr_fifo中的数据写入USB接口。同时,为了便于调试DSP并行处理的能力和调试单DSP系统,要求FPGA可以按如下四种工作方式运行:(1)下行数据只传入DSP1的rd_fifo中,上行数据也只从DSP1的wr_fifo中读取。(2)下行数据只传入DSP2的rd_fifo中,上行数据也只从DSP2的wr_fifo中读取。(3)下行数据只传入DSP1的rd_fifo中,上行数据只从DSP2的wr_fifo中读取。(4)下行数据按一定的数据包(packet)大小交替进入DSP1和DSP2的rd_fifo中,上行数据同样按照一定的数据包大小交替从DSP1和DSP2中读取。四种传输策略可通过FPGA的外部配置开关或是FPGA内部的寄存器选择,参数(如上行数据包大小RCV_PACKETS,下行数据包大小XMT_PACKETS等)通过DSP写入FPGA寄存器设置。

显然为了完成如此复杂的一个FPGA系统设计,普通的状态机设计方法显得力不从心。如果按照主从状态机设计理论,则可以清晰地把上述的FPGA的三个部分功能分别用三个Slave状态机实现,而传输策略部分用Master状态机实现。图6为实现功能(1)的从状态机fsm1。fsm1中有一个层次状态Read USB EP2 Write Sram,该层次状态完成一个独立的功能即读取USB端点EP2中的数据写入SRAM指定地址中,读取写入操作按照器件的时序要求完成,细节见图 7(注:图中位于横线上方的表达式表示条件,位于横线下方的表达式表示输出,其余状态机亦然)。实现功能(2)和功能(3)的状态机与实现功能(1)的状态机类似,唯一的区别在于其中包含的层次状态不同。

图8为实现控制策略的主状态机fsm0。由于从状态机fsm2和从状态机fsm3不存在同时占用同一资源的情况,并且两者的运行周期数目大致相同,所以可以并行执行,为此在主状态机中把fsm2和fsm3捆绑在一起,例如

图8中所示,主状态机发出信号Start12触发从状态机fsm1和fsm2,把从状态机是否忙信号Busy1和Busy2相或作为从状态机运行的终止条件。从图8还可看出该主状态机基于循环顺序fsm3-->fsm1, fsm2-->fsm3…交替执行,分时共享资源。如果要实现按照一定的优先级顺序使能从状态机fsm1, fsm2, fsm3,可通过修改主状态机实现。

为了实现前述的四种工作方式,同样可在主状态机中完成。在主状态机中wait03状态下加入语句实现选通判断下一个上行数据包来自哪个wr_fifo,以及下一个下行数据包发送至哪个rd_fifo即可实现。

基于层次式主从状态机行为仿真也可单独进行,主状态机和从状态机都仿真通过后在进行联合仿真。

3 结束语

本文主要从设计思路、代码书写方便、功能仿真几个方面讨论了应用层次主从状态机来简化FPGA设计,对于大规模FPGA设计有一定指导意义。后续工作会集中研究把主从层次状态机设计思想进一步推向逻辑综合阶段,通过分别综合主从状态机的思路去减少综合时间,提高设计效率,这也是目前FPGA工具研究的热点方向。

参考文献

[1] Clifford E.Cummings.The Fundamentals of Efficient Synthesizable Finite State Machine Design using NC-Verilog and Build-Gates,INTERNATIONAL CADENCE USERGROUP CONFERENCE,2002.

[2] Steve Golson.Trilobyte Systems,State Machine Design Techniques for Verilog and VHDL,Synopsys Journal of High-Level De-sign,1994.

[3]宋烈武,石强.CPLD FPGA状态机的稳定性探究,中南民族大学学报,2003,(22):24~27

[4] Randy Nuss,A New Paradigm for Synchronous State Machine Design in Verilog,Idea Consulting,1999.

主从控制 篇7

1 主从控制

1.1 简述

对多电机传动系统,为得到理想的同步和负载均分的控制效果,ACS800变频器采用主从控制技术:每台变频器控制1台电机,变频器间通过光纤连接,其中1台变频器设为主机,其它变频器为从机。外部信号(包括启动、停止、给定信号等)只与主机通讯,主机将从机控制字和转速给定值、转矩给定值广播给所有从机,实现对从机的控制;从机不通过主/从连接给主机发送、反馈数据。

1.2 原理

主从控制的主机采用速度控制:根据DTC原理,比较编码器反馈值和转速给定值,通过PID调节器计算出转矩给定值T1(参数2.09),该值经过频率限幅、直流电压限幅、功率限幅和转矩限幅后,得到最终转矩给定值T2(参数2.13):不受限幅限制,则T2=T1;受限制,T2<T1。T2和定子磁通给定值分别同相应的实际值在滞环比较器内进行比较,得到最优的PWM信号,直接控制IGBT开关状态,输出一定频率电流,获得转矩,调节转速。

从机根据主、从机连接方式选择控制方式。主、从机间通过皮带等连接的是柔性连接;通过齿轮、链条等连接的是刚性连接。由于多电机传动系统重要的是主从同步,柔性连接机构不能确保同步,因而从机常采用速度控制:跟随主机的转速给定,主、从机转速给定一致,但负载转矩不能平均分配;刚性连接机构耦合紧密,确保同步,从机常采用转矩控制:无转速比较,从机直接接收来自主机的转矩给定值,该值仍会经过4 个限幅,不受限,则与主机平分负载转矩;受限,主机重新分配负载转矩,从机转矩减小,见图1。

2 实例

该ZJ70DBS钻机仅绞车是双电机驱动,刚性连接(见图2),主机为速度控制,从机为转矩控制。以“频率限幅”和“控制转换”二实例来说明主从控制的原理及应用。

2.1 频率限幅

2.1.1 现象

绞车使用双电机,A电机为主机,B电机为从机,最高转速nmax均设为1 560 r/min;将速度手柄推到底(即以1 560 r/min为转速给定值),正转匀加速上提游车,转速达到某一值(设为nlim)后,随着转速的增加,B电机的转矩、功率降低甚至为负值,电流降低;而A电机电流、转矩、功率均大幅增加,A,B电机负载严重不平衡。

2.1.2 数据

表1为来自工控机监控数据。

2.1.3 分析

绞车电机是三相交流异步变频电机,其电机输出转矩公式为

式中:T为转矩;s为转差率;R2为转子每相绕组电阻;U1为定子每相绕组感应电动势;f1为定子电流频率;X2为转子每相绕组最大感抗值。其中(s X2)2对转矩值影响小。

式中:n1为同步转速;n2为电机转速;p为极对数;Φm为旋转磁场通过单相绕组的最大磁通;N1为单相绕组匝数。

将式(2)、式(3)代入式(1)得:

1)4~6 s,主、从机转速、输出转矩几乎一致。根据前述原理,主机计算所需合转矩,并平均分配给主、从机;同时,负载以a1匀加速运行,主、从机输出转矩及合转矩均不变,根据式(4),T不变,则n1即f1随n2升高而增加。

2)7~10 s,主、从机转速几乎一致,但输出转矩严重不平衡。这其实是从机转矩受“频率限幅”限制,主、从机重新分配转矩的结果。

由于从机按转矩给定值运行,但不向主机反馈其转矩和转速实际值,且仅依赖编码器对速度监控,保护不足,因此从机变频器内部会计算一个估算速度值(设为n估),转速达到nlim但小于nmax时,由于估算值偏大,n估= nmax,此时电机定子电流频率为f1 lim。

由于外部信号只与主机通讯,决定了绞车的转速给定值是主机最高转速而不是从机的,尽管从机n估=nmax,但主机未达到给定转速,主机继续加速,通过机械耦合,从机跟随转动,从机转速n2继续升高,但从机定子电流频率f1不变(即n1不变),保持为f1 lim,这就叫“频率限幅”;同时,主机f1仍随n2升高而增加,负载以a2匀加速运行,主、从机输出转矩不平衡但合转矩不变。

根据式(4),从机n1不变和加速时合转矩不变:

n2升高但n2<n1,从机转矩降低,主机转矩升高;

n2=n1,从机输出转矩为0,主机输出全部转矩;

n2>n1,从机转矩为负值,处于发电状态,不对外作功,却将一部分主机机械能转化为电能;主机转矩迅速升高,其转矩不仅用于负载,一部分用于拖动从机。

2.1.4 结论及措施

频率限幅导致主、从机输出转矩严重不平衡,这种状况主要与从机估算速度值有关,如果n估始终小于nmax,就能避免该现象;因此设定从机最高转速高于主机的,在从机达到主机最高转速期间,n估始终小于从机的nmax。实践中,将主机最高转速设为1 560 r/min,从机最高转速设为1 610 r/min以上,没再出现频率限幅现象。

2.2 控制转换

2.2.1 现象

绞车使用双电机,A电机为主机,速度控制;B电机为从机,转矩控制,主机最高转速设为2 050r/min(也是主、从变频器最大输出转速),而从机最高转速设为2 100 r/min以上(不会“频率限幅”)。

1)启动双电机,解除刹车,转速给定为0,主、从机悬持,输出转矩一致;

2)绞B电机联轴器拆开,启动双电机,误操作解除刹车,转速给定为0,绞B电机转速迅速升高至约2 050 r/min,并保持该转速运转;绞A电机几s微动后,悬持。

2.2.2 数据

表2为来自工控机监控数据。

2.2.3 分析

启动双电机,解除刹车,转速给定为0,主机A计算所需合转矩,并分配给主、从机。

1)从机B:由于联轴器拆开,负载转矩几乎为0,从机接受主机转矩给定值,输出转矩≫负载转矩,绞B迅速加速,f1随n2升高而增加,30~33 s,在达到2 050 r/min前,一直输出略增加的转矩值;33~35 s,在达到2 050 r/min后,从机B将转为速度控制,转速给定为2 050 r/min,主机A对从机B的转矩给定值无效,从机遵循前述速度控制原理,重新计算转矩,使其等于负载转矩,最终通过降低f1迅速获得低转矩,以保证按转速给定值2 050 r/min运行,防止超速;见图3。

2)主机A:30~33 s,由于与从机分配转矩,输出转矩<(悬重)负载转矩,电机反转,游车下滑,但转速给定为0,为克服反转动,主机A重新计算合转矩,该值会增大,但由于转矩分配的原因,电机会继续微动;33~35 s,在从机B转为速度控制后,绞A,B电机间无主从控制,类似于单电机运行,主机A按转速给定的0 r/min运行,承受全部(悬重)负载转矩,保持悬持,从机B按转速给定2 050 r/min匀速运行,输出转矩几乎为0。

2.2.4 结论及措施

这是一个误操作造成的极端案例,通常不会出现这种工况。从1)到2),可推论出:从机转矩控制时,始终接受主机转矩给定值并输出,当从机负载转矩减少或丢失,从机会加速,偏离主机转速,达到限值时,从机转化为速度控制,输出转矩会降低,主、从机输出转矩不平衡。

在工程中,通常会允许负载不平衡,但会限制主、从机转速差,不会出现案例中主、从机差速过大现象。一方面,从机为转矩控制,按主机转矩给定值运行,确保转矩分配;未按转速给定值运行,从机速度总会偏离主机的,主、从机就有转速差,因此,一定的转速差是允许和必要的;另一方面,从机不向主机反馈其转矩和转速实际值,可能造成主、从机转速差过大,导致主、从机转矩、转速波动大,状态不稳定。为此,在从机的速度环节中增加了窗口控制功能:将参数26.01 TORQUE SELECTOR设为“ADD”,23.07 WINDOW INTG ON设为“ON”,并设定速度上偏差23.08 WINDOW WIDTH POS和下偏差23.09 WINDOW WIDTH NEG。当从机速度误差超过上/下偏差,控制字7.02b7 激活窗口控制功能,从机转速PID调节器输出一个负/正转矩值,该输出值与主机转矩给定值的和作为最终的从机转矩给定值,以保证从机转速限制在窗口限定的范围之内;反之,从机按主机转矩给定值运行。实践中,合理设置参数后,没再出现转速过度升高导致控制转换的现象。见图1 及图4。

3 结论

从实例分析可知,针对同轴连接需要同步运行的场合,通过合理设置参数,ACS800变频器的主从控制在多数情况下能实现负载的均匀分配,并控制主从转速差,保证多个同轴电机的同步运行,减少了设备因不同步、负载分配不平衡而导致的系统和设备故障。

参考文献

[1]北京ABB电气传动有限公司.ACS800固件手册系统控制程序7.x[Z].2009.

[2]韩如成,潘峰,智泽英.直接转矩控制理论及应用[M].北京:电子工业出版社,2012.

主从控制 篇8

在电液伺服系统中,经常会遇到多自由度同步控制的情况[1,2,3]。多种运行部件协同配合、同步负载的关键技术一直是工程实践和理论研究中比较复杂的领域。在辊式矫直领域,其液压压下系统中各部件由于经常承受不同负载,或者整个液压压下系统在高压重载的工况下受到其他额外干扰,都会影响4个主液压压下缸同步控制的协调性[4,5,6]。假如在实际生产过程中4个主液压压下缸无法实现同步压下,则会导致矫直辊缝的误差过大,与此同时还会引起辊缝的倾斜和摆动误差并产生振荡现象[7,8]。所以,针对辊式矫直机四缸同步协调控制的要求,本文使用一种主从同步的“一主三从”控制方式,依照传统PID控制方法,对辊式矫直机四缸位置-压力主从控制系统进行了仿真研究。

1 电液伺服系统四缸同步控制方法研究

一般情况下,在多自由度伺服控制系统中包含两种不同的同步控制过程,即同等过程控制和主从过程控制[9,10]。同等过程同步控制系统框图如图1所示,它不是用来控制伺服系统中执行部件与执行部件之间并不存在的主次关系,而是各自分别追踪伺服系统预先设置好的输出值,各执行部件独立完成预定的动作要求,以实现同步输出,因此,同等过程控制系统的同步误差将直接由其跟踪误差产生。主从过程同步控制系统框图如图2所示,它是在伺服控制系统中将其中一个执行部件的输出信号作为主信号,并同时将该信号确定为整个伺服控制系统的最佳输出信号,而其他执行部件则只需要追踪这个最佳输出信号,就能实现同步输出,这样,主从过程控制系统的同步误差是直接由其余执行部件的追踪误差产生的。

由上述可知,相比较而言,同等过程伺服控制系统的误差精度更高,与此同时,由于外部其他环境的影响,该伺服控制系统在整个运行控制过程中所使用的每个执行部件和控制部件在性能上几乎不可能保证完全相同,如此一来,同等过程控制系统就无法实现预期精度。主从过程控制系统由于其执行部件有主次之分,因此,输出信号在跟踪过程中系统必然会有一定的滞后性,但如果能在其系统中引入PID控制策略或者其他相应的高效控制技术,就能很好地控制上述的滞后现象,从而实现多自由度的高效同步。

2 四缸同步位置-压力主从控制系统响应特性仿真分析

在单伺服缸输出力为5.5×103kN的情况下,针对2 600mm×25mm Q345B钢板的矫直过程,进行了四缸同步压下电液伺服的位置-压力主从控制系统的Simulink模拟仿真,并对上述系统的动态特性进行了相关研究分析。采用“一主三从”的同步方案对四缸的位置和压力主从控制系统进行仿真分析的仿真模型如图3所示。

从图3可以看出,系统采用了“一主三从”的控制过程,并在系统中引入了PID控制策略。根据四缸同步系统模拟仿真过程的需求,在仿真模拟前,首先设置仿真模拟时间为3s,同时,为了能够更清晰地观测阶跃信号的变化过程和响应状态,设置仿真模拟系统在0.1s时单位阶跃信号启动加载,与此同时开启位置-压力转换控制过程。根据单伺服缸控制系统各控制部件的详细参数,进行矫直机的四缸同步位置-压力主从控制系统的仿真模拟。为了能更加真实地模拟实际生产过程中矫直机的压下控制过程,在仿真模拟时把负载压力设置在0.5s时开始加载。与此同时,开始反复进行PID控制器参数的调整,由此获得该电液伺服位置-压力主从控制系统的阶跃响应曲线,如图4所示。

通过研究四缸同步电液伺服位置-压力主从控制系统的动态特性,可以得到如下特点:

(1)上升时间段:选取2%的误差带,系统的上升时间tr=136.9ms(见图4)。该系统的上升时间tr相对于单自由度阀控缸的位置闭环控制系统的平均上升时间珋tr=87.5ms多用了49.4ms,这说明在加载前四缸同步位置-压力主从控制系统的控制过程更加复杂,但其整个上升时间仍符合矫直机压下系统要求。

(2)响应时间段:取2%的误差带,系统的响应时间ts=325ms(见图4)。该系统的响应时间相对于单缸位置-压力闭环控制系统的平均响应时间珋ts=240ms多用了85ms,这是因为该系统比较复杂,需要更多的运算时间。但是,整个四缸同步的位置-压力主从控制系统的阶跃响应十分快速,完全符合矫直机压下系统的控制要求。

(3)系统超调量σ:如图4所示,系统快速、稳定上升,在仿真时间达到0.6s,即负载压力开始加载后,观察图像可知,系统在整个仿真模拟过程中没有出现超调现象,这说明四缸同步主从控制系统的整个控制过程十分平稳。

(4)由图4可知,当负载加载和压力控制向位置控制进行转换时,四缸同步控制系统也在负载压力加载的瞬间出现了明显的波动情况,并且可以十分清晰地观测到,主液压缸的波动幅度大约为14%左右,其他3个从动控制液压缸的系统响应波动相对于主液压缸出现了滞后现象,而且与主液压缸的波动相比,从动液压缸的波动偏差更大,大约为30%左右。接着,通过压力向位置转换控制过程的调整,系统的振动最终消失。与此同时,由于3个从动液压缸是跟随主液压缸工作的,故在子系统的响应过程中有所滞后。

(5)由图4可知,当位置-压力转换控制过程启动后,四缸同步系统出现了二次阶跃现象,而未出现不平稳的剧烈振荡,其整个响应时间比较短,约为241ms。这充分说明了四缸电液伺服位置和压力主从控制系统能够快速响应加载对系统产生的冲击。

3 矫直过程四缸主从控制系统的位置和压力仿真分析

由上述分析可知,采用“一主三从”的控制过程,能够同时满足矫直机四缸同步压下快速响应和平稳控制的双重要求。对四缸电液伺服位置和压力主从控制系统的位置和压力进行仿真模拟,分别得到矫直25mmQ345B钢板四缸位置仿真曲线和四缸压力仿真曲线,如图5和6所示。

由图5可知,采用“一主三从”同步方式的四缸位置-压力主从控制系统的位置跟随性很好,1#主液压缸的位置控制平稳,其余3个从动液压缸出现了一些位置起伏,说明3个从动液压缸的相关参数需要进一步优化;在开始加载的瞬间,4个液压缸位置都发生了很大的变化,其中2#液压缸的变化最为明显,约为25.203mm;随着主从控制系统的调整,加载引起的起伏变化很快趋于平稳,随后四缸同步位置误差基本上都控制在0.194mm以内。

由图6可知,四缸位置-压力主从控制系统加载后,4个液压缸的压力快速升高并伴随不同程度的起伏,其中1#主液压缸的稳定性最好,2#和3#从动液压缸的稳定性次之,而4#伺服缸的稳定性最差;系统中压力最大值为4#从动液压缸的值压力,约为7.807MPa;压力下降最多的是2#从动液压缸,大约是16.458 MPa。分析其原因,可能是4#从动液压缸与其余3个缸的耦合性较差,需要对其参数进行进一步调整。通过上述分析可知,在未进行解耦的四缸位置-压力主从控制系统中,压力波动无规律且四缸之间压力偏差较大,还需要对四缸系统进行解耦运算。

4 结语

采用“一主三从”同步方式,对矫直机四缸同步压下系统采用位置-压力主从控制的过程进行了模拟仿真和结果分析。得出如下结论:电液伺服位置-压力主从控制方法能够实现四缸系统的位置和压力的复合控制,并提高了系统控制精度。

参考文献

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[2]李江波,黄明辉,陆新江.模型预测控制在大型液压机同步平衡控制系统中的仿真研究[J].锻压技术,2011(4):78-82.

[3]柏艳红,权龙.电液位置速度复合伺服系统控制策略[J].机械工程学报,2010(24):150-155.

[4]尹新平.液压矫直机PLC控制系统[J].自动化与仪器仪表,2010(5):95-96.

[5]王效岗,黄庆学.新式中厚板矫直机的技术特点[J].山西冶金,2006(2):27-29.

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[8]陈伟,尹家凡.全液压伺服控制矫直机的辊缝控制策略[J].自动化与仪器仪表,2013(5):160-163.

[9]李向阳,周恩涛,林君哲,等.四缸同步液压控制系统的研究[J].机床与液压,2010(10):28-30.

主从控制 篇9

关键词：ATmega128,力触觉,交互

0 引言

主从力触觉交互装置是一种接口装置。该装置通过力觉、触觉的实时反馈,使操作者产生身临其境的感觉从而实现人远程操作。在一些危险的或者是人不容易进入的复杂环境中要求机器人完全智能化的完成各种作业是不切实际的。利用主从力触觉交互系统可以较为合理完成这些机器人不能完成的任务。该装置集成了生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、机器人学、电子学等诸多学科交叉为一体的新型研究领域,并成为了机器人领域的新热点[1]。本文在此提出了一种力触觉交互系统的从手控制电路设计方案,基于该方案利用AVR单片机以及直流电机实现了从手控制电路设计。

1 主从力触觉交互系统从手设计

1.1 主从力触觉交互系统原理[1]

力触觉交互系统是指操作者通过机械装置与外部环境之间进行全双工通讯交流。人操作机械主手运动,机械主手把操作者施加的力触觉通过通讯装置传送给远程的从机械手,使从机械手能够在自由运动的情况下跟踪机械主手,保持与主手的位置和速度的一致性;从手与外部环境进行接触,将受到外部环境作用的力触觉信息通过全双工通讯装置传递给机械主手,从而使人能够通过非直接接触感受到远程环境的真实情况。图一是力触觉交互系统示意图。

力触觉交互设备具备四个重要组成部分:主手、从手、接口电路和计算机。为了实现力触觉交互必须在主手和从手之间借助接口电路进行力反馈信息的传送。机械主手上装有产生反馈力触觉的力矩电机和位置检测的光电编码器。从手应该能够跟踪主手位置,同时接收通讯装置传递的机械主手力触觉信息,并把与外部环境接触的力触觉信息通过力传感器反馈主手。

1.2 从手控制电路设计原理

1.2.1 从手实现原理

主从力触觉反馈装置中,机械从手接收到机械主手力触觉信息通过AVR单片机控制直流电机使从手跟踪主手,并且从手能够通过力传感器实时检测与环境力触觉的大小,输出电压信号经通讯装置将控制信号传递给主手。主手将收到从手与环境的交互力触觉反馈。机械从手实现控制原理图如图三所示:

1.2.2 从手控制器芯片选择与设计

在本设计中采用的控制器是ATmega128单片机,AT-mega128单片机是ATMEL公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机,是ATmega103的升级产品,应用极其广泛[2]。ATmega128具有如下特点:高性能、低功耗;先进的RISC结构,133条指令,大多数可以在一个时钟周期内完成;32个8位通用工作寄存器加外设控制寄存器,全静态工作,工作于16 MHz时性能高达16 MIPS;128K字节的系统内可编程Flash,两路8位PWM6路分辨率可编程(2到16位)的PWM,8路10位ADC工作电压,2.7-5.5V AT-mega128L,4.5-5.5V ATmega128。如图四所示为从手控制器电路。

1.2.3 从手电机驱动模块

在本设计中采用直流电机,额定电压是24V,工作电流均在2A左右,且需要正反转和调速。考虑成本因素,选择自制大电流三极管H桥,电路原理图如图五所示。该电路中使用了通过大电流的达林顿管。这对于6-24伏的系统来说,可以工作得很好。这一电路可以让这些三极管在24伏的供电条件下有5安的工作电流,当然4安会更安全一些。在1安以上工作时,就必须为这些三极管安装散热片,电流越大散热片越大[3]。

图五为电机驱动模块原理图。在本文中由MOS管构成成的H桥驱动电路,通过MOS开关控制电机使H桥实现正反转。如果信号输入端加入PWM矩形波可以实现电机的调速[4]。在图六中,电机调速PWM矩形波由DATA接入,1脚是地线,其余是信号线,1脚对地连接了一个2千欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时,这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时,这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。

1.2.4 压力信息采集

测传感信号需要传给控制系统,以便系统协调的工作,所有信息的采集全部由主控制芯片ATmega128单片机的通用I/O口来管理。因为ATmega128的I/O口可以方便的设置为输入和输出状态,根据通用I/O采集的信息,单片机执行相应的程序代码。在从手与环境交互过程中采用的是薄膜压力传感器A401,如图七所示。

2 结束语

在本文中,自制了基于Atmega128为主控制器的从手控制电路板,采用直流电机对从控制手进行控制,选用了A401薄膜压力传感器进行从手与环境的压力测设。通常的从手控制电路中通常采用步进电机进行从手控制。由于与外部环境接触中有可能遇上高刚度的碰撞接触,采用步进电机容易损坏,因而在本论文结合实际特点选择了直流电机。其次,采用Atmega128,高性能、低功耗;先进的RISC结构,133条指令,大多数可以在一个时钟周期内完成,大大提高了从手系统的系统响应。

参考文献

[1]崔建伟.力觉临场感系统中的异构式手控器设计[D].南京:东南大学仪器科学与工程系,2004.

[2]查明华.ATMELATMEGA128新型微控制器及应用[J].工业控制计算机,2002,15(10):58-59.

[3]丹尼斯.克拉克,等著.机器人设计与控制[M].北京:科学出版社,2004.