直流调速系统（精选12篇）
直流调速系统 篇1
0 引言
冷轧单机架六辊可逆轧机是用来在常温状态下将酸洗后的热轧卷通过轧制得到所需厚度和机械性能、板形、表面质量要求的钢卷。莱钢冷轧轧机自试生产以来, 一直处于电气故障高发状态。本文将对运行中存在的问题进行分析, 并找出解决方案。
1 卷取机直流调速装置跳电频繁
在生产过程中, 机后卷取机直流调速装置多次报F004故障 (电枢电源中相电压故障) 。报F004故障时, 进线断路器已经跳闸, 断路器面板上的AP灯已点亮。根据电流曲线, 断路器跳闸时电流仅为额定值的40%左右, 并无过流迹象。
经试验了解到直流调速装置报F004故障在断路器跳闸后, 故将故障点锁定在断路器。检查左右卷曲机进线断路器的确存在偏差, 于是将其更换, 并解除屏蔽的差动保护信号。另外, 对左右卷曲电机的速度环和电流环做了进一步优化, 使起步时的电机转动更加平缓, 避免大电流冲击造成断路器跳闸故障。
2 电气传动与PLC间的通信故障
轧机的电气控制系统靠Profibus-DP网络完成与PLC的通信, 但DP网线在敷设时未考虑屏蔽问题, 地下电缆室里的DP网线与动力电缆敷设在一起, 而且DP网线布线路径不合适, 使网络终端离PLC过远, 影响控制信号的传输速度和精度。基于以上原因需对DP电缆做一些改动:
(1) 改造DP网络路径, 由5台直流调速装置和板型辊、夹送辊变频器组成一个网络, 由上卸卷小车、换辊车等组成另一个网络, 分别与PLC进行通信, 从而减少单个网络的节点数, 提高通信速率。
(2) 使DP网线与动力电缆分开敷设, 并为DP网线穿镀锌钢管, 以避免电磁干扰影响装置与PLC的通信。
3 轧制过程中报F030故障
FO30故障出现都伴随着烧毁功率柜的快熔, 有时还会有晶闸管击穿。此类故障处理时间长, 消耗备件多, 成为制约轧机正常生产的主要故障因素。导致直流调速装置F030故障可能的原因为在再生反馈工作时产生主电源电压瞬时跌落和电流环没有优化。其中电流环没有优化可排除;电源电压瞬时跌落只有在换向时才有可能, 即直流调速装置检测出换向故障才会报出F030故障。而决定换向是否故障的主要因素为同步电压测量的准确性和脉冲放大板的运行。
示波器在线监控的同步变压器输出波形显示同步跟随性较差。分析其可能原因为同步变压器一次、二次侧的相位角有偏差且偏差值不可控, 推测同步变压器在本套装置中不适用, 需改进。因此, 采用电阻矩阵降压方式, 在每相使用1MΩ的陶瓷电阻四组串联, 一侧接至进线电压母排, 另一侧接至直流调速装置进线电压测量端, 利用陶瓷电阻的稳定性实现进线电压测量的可靠性, 利用陶瓷电阻的纯电阻性实现进线电压与直流调速装置测量电压的绝对同步。
脉冲放大板的作用是将直流调速装置发出的触发脉冲信号进行放大并分别控制12只晶闸管的开通和关断, 因此此脉冲放大板一旦出现故障就会直接影响直流输出。示波器监测到脉冲放大板波形明显不规则变化, 确定其出现故障。更换所有功率柜内的脉冲放大板, 故障频率减轻, 但并没有根除;脉冲放大板4个固定螺栓孔有1个是用于接地屏蔽用的, 而厂家全部使用了塑料绝缘螺栓, 导致脉冲放大板无法接地将其接地后故障基本消除。
4 针对控制程序缺陷进行优化
针对在轧制起步时误报断带故障引起现场快停信号触发全线停车情况, 查看PLC程序, 确定此信号来源于工作辊辊缝检测信号。经研究, 此信号可作为报警信号而不必作为停机信号, 故将此信号由停机信号改为报警信号, 只作为报警条件。
5 结语
通过优化冷轧轧机电气控制系统的优化, 解决了因电气传动故障造成的设备停机和断带, 提高了成材率。改造后, 冷轧轧机运行状况良好, 实现了较为显著的社会效益和经济效益。
摘要：莱钢冷轧轧机自试生产以来, 一直处于电气故障高发状态, 主要表现在卷取机传动装置跳电, 轧制时卷取机跳电后上下辊电机不能立即停转, 轧制起步时报断带故障造成全线快速停车及轧制时报F030过电流故障烧坏熔断器和晶闸管等。本文针对这些问题提出改造方案。
关键词：冷轧轧机,故障,电气,改造
直流调速系统 篇2
1：列写SPWM控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况
SPWM
30HZ
同步调制
CH1=20.0mv
CH1/23.2mv
CH1=50.0mv
CH1/314mv
CH1=200mv
CH1/1.15v
SPWM
30HZ
异步调制
CH1=20.0mv
CH1/124mv
CH1=200mv
CH1/1.12v
CH1=5.00v
CH1/31.4v
SPWM
30HZ
混合调制
CH1=10.0mv
CH1/62.8mv
CH1=100mv
CH1/628mv
CH1=100mv
CH1/31.2v
2：列写电压空间矢量控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况
SVPWM
50HZ
同步调制
CH1=10.0mv
CH1/62.8mv
CH1=10.0mv
CH1/31.2v
CH1=5v
CH1/27.4v
SVPWM
50HZ
异步调制
CH1=10.0mv
CH1/62.8mv
CH1=100mv
CH1/560mv
CH1=5.00v
CH1/27.2v
SVPWM
50HZ
混合调制
CH1=10.0mv
CH1/62.8mv
CH1=50.0mv
CH1/27.2v
CH1=5.00v
CH1/27.2v
SVPWM
30HZ
同步调制
CH1=10.0mv
CH1/65.2mv
CH1=50.0mv
CH1=100mv
CH1/652mv
SVPWM
30HZ
异步调制
CH1=10.0mv
CH1/65.2mv
CH1=50.0mv
CH1/326mv
CH1=5.00v
CH1/27.2v
SVPWM
30HZ
混合调制
CH1=20.0mv
CH1/130mv
CH1=50.0mv
CH1/326mv
CH1=5.00v
CH1/27.2v
3．调节低频补偿度，列出电机能均匀旋转的最低工作频率。
0.2Hz,0.12Hz 4．SPWM控制，电压空间矢量控制，不同调制方式时的电机气隙磁通轨迹，定子电流及电机平稳性与噪声比较。
电压空间矢量控制与SPWM控制相比较，电机气隙磁通轨迹，效果更加的明显，电机更加的平稳，噪声更小。同步调制，异步调制，混合调制定子电流越来越小，电机越来越平稳，噪声越来越小。
七．思考题
1．低频时定子压降的补偿度是否越大越好？过大了会造成何种不良结果？应该如何调节才算恰到好处？
不是越大越好。端电压提高过大，会使转矩过大，使得磁通太强，使铁芯饱和，导致励磁电流过大，严重时因绕组过热会孙桓电机。2．SPWM控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，那么电压空间矢量控制的目标是什么？它与SPWM控制相比，有哪些特点？ SVPWM的目标是电动机空间形成圆形旋转磁场，能产生恒定的电磁转矩。在每个小区间虽然有多次开关切换，但但是每次开关切换仅涉及一个器件，所以开关损耗小；利用SVPWM直接生成三相PWM波，计算简单；逆变器输出电压基波最大值比PWM的输出电压高15%。3．设单相输入的交-直-交变频调速系统的直流母线电压为310V，按SPWM控制时电机线电压的最大值为几伏？如要达到电机线电压为220V有否可能？如何实现？
直流调速系统 篇3
【关键词】双闭环直流调速 系统建模 参数辨识 Hammerstein模型 类等效
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）06C-0188-03
自动化生产线上的许多生产机械要求在一定的范围内既能保证具有良好的稳态、动态性能，又能够实现速度的平滑调节，双闭环直流调速系统由于其调速范围广、静差率小、稳定性好等特点，在电力拖动自动控制系统中被广泛应用。
但是由于该调速系统的结构复杂，控制器的可调参数较多，使得双闭环直流调速系统在设计和校正上存在较大的困难。双闭环直流调速系统经过系统设计与仿真验证，得到一个理论上的参数设置，但是应用于现场后，常常由于负载和电机励磁变化、交流电源电压波动、放大器输出电压漂移等干扰因素，导致转速调节效果不好，运行情况与理想设计值有较大的误差。因此为保障系统的正常运行，还需要结合现场情况进行微调，通常采用经验法和凑试法达到稳定状态。同时，为了更好的对该调速系统稳态和动态性能进行分析，还需要将现场凑试稳定后的系统的数学模型还原出来。
国内外学者对于双闭环直流调速系统的建模及参数辨识进行了大量的研究，目前对DLM系统建模的方法主要有两种：一是借鉴智能控制体系中关于复杂对象进行精确建模的“类等效”简化建模法，这种方法通过采用各类改进的遗传算法，对建立的双闭环直流调速系统的非线性状态空间模型的参数进行辨识；第二种是借助软件模拟和数据分析建立系统模型的方法，例如有学者提出针对双闭环直流调速系统的性能对直流电机及机械负载对象参数依赖性大的问题，提出一种基于电机机理模型的参数辨识与调节器自整定的方法；有学者提出在Matlab/xPC目标环境下使用递推最小二乘法对某型直流电机进行参数的在线辨识，获得某工作转速下的动态结构图参数，再针对该结构图，在Simulink环境下对速度调节器和电流调节器的PI调节器参数进行整定和仿真，达到满意效果。
本文通过借鉴“类等效”的方法建立双闭环直流调速系统的基于传递函数的简化等效模型，采用动态分离的类Hammerstein模型参数辨识方法得到其等效模型结构的参数，既能在一定程度上逼近系统模型结构，又能观测到饱和非线性和死区非线性等系统非线性环节的动态性能变化情况。
一、双闭环直流调速系统（DLM）的建模
（一）双闭环直流调速系统简介
无静差双闭环直流调速系统电路结构原理如图1所示。
测速发电机TG测量电动机转速，以电压形式Un输出，该转速电压Un与给定电压Un*比较后得到转速偏差△Un，经放大器放大后作为电力电子变换器的控制电压UC，UPE输出可控直流电压Ud0，用以调节电机转速，最终使得电机转速与设定速度一致。
同时，引入电流截止负反馈ACR来限制动态过程的冲击电流；转速电压、电流与给定电压、电流的比较和放大环节使用输出带有限幅的PI调节器以获得良好的静、动态特性。
（二）双闭环直流调速系统的数学建模
根据系统的工作原理以及图1各个环节输入输出之间的关系，计算双闭环直流调速系统各模块的传递函数，其中：
转速调节器ASR：
电流调节器ACR：
检测环节中直流闭环调速系统的测速反馈环节和电流截止负反馈环节的响应都可以认为是瞬时的，因此这两个环节的传递函数就是它们的放大倍数，即测速装置电压放大倍数为α，电流检测装置电流放大倍数为β。
连接各个环节的传递函数表达式，得到该系统的动态结构框图，如图2所示：
（三）基于“类等效”的DLM系统结构框图等效化简
要对双闭环直流调速系统的结构图进行等效化简，必须先熟悉其起动过程，图3所示为双闭环直流调速系统的起动过程曲线：
目前有研究成果详细介绍了该系统起动过程中转速调节器ASR和电流调节器ACR的工作原理。基于“类等效”模型简化的方法，在第I阶段，即电流上升（0-t1）时间段，由于其电流变化迅速，使得整个过程时间非常短，转速变化不大，因此我们把这一阶段的影响忽略不计；在第II阶段，即恒流升速（t1-t2）时间段，ASR始终在饱和状态，转速调节器相当于开环，ACR起主要调节作用，不应饱和，为使转速和电流呈线性增长，可以把系统中电机与电流环等效为一个积分环节，并设积分时间常数为T2；第III阶段，即转速调节（t2以后）时间段，ASR退出饱和，起主导调节作用，转速仍然上升至t-t3时达到峰值，此后减速直至稳定，而转速调节器ACR则作为一个电流随动子系统，力图使Id尽快地跟随其给定值Ui*。
通过以上的分析看出，转速调节器经历了不饱和—饱和—退出饱和三个状态，考虑采用一个比例、积分和饱和非线性环节来等效表示WASR。设比例系数为K，积分时间常数T1，饱和非线性环节的线性域宽度为，则双闭环调速系统的动态结构图可以简化等效为图4：
根据系统的结构框图，可以得到输入为控制电压Un*，输出为电机转速n（r/min）的双闭环直流调速系统等效线性模型为一个二阶线性系统，其传递函数为：
（四）DLM系统的非线性模型分析
等效模型的传递函数计算中并没有涉及ASR的饱和非线性环节。
而在本文简化等效的双闭环直流调速系统中，为将转速调节阶段时的ASR限制在不饱和状态，要求转速调节器的输出Ui*必须满足： ，即存在饱和非线性环节。
同时，在进行转速测量时，测速发电机的输出电压与输入转速应该成正比，但是若遇到电刷压降的情况，则只有在转速超过一定值之后才会有电压输出，导致了一定的电压、转速关系的死区。
在传递函数式所满足的线性模型的基础上，加入非线性环节（不饱和限制、死区误差），就得到了包含线性和非线性特性的整体控制对象模型，如图5。该模型可以用分段多项式类Hammerstein模型进行描述，通过动态分离辨识算法实现系统线性和非线性部分解耦辨识，特别是重构出中间信号Ui*，可以观测双闭环调速系统转速调节阶段输出电压饱和非线性的非饱和区动态变化。
二、基于Hammerstein模型的DLM系统参数辨识方法
从前一部分的分析可以看出，双闭环直流调速系统中即包含串联结构的非线性因素，又包含反馈结构的非线性因素，因此不能以简单的线性模型进行等效。从线性动力学、死区非线性误差以及饱和非线性的作用顺序上，可将双闭环直流调速系统在结构上大致等效为静态非线性模块在前，动态线性模块在后的串联结构，这样就可以利用Hammerstein模型结构特性，通过单一的输入输出信号实现对系统线性和非线性参数的辨识。同时，通过辨识后获得的中间信号可等效于系统ASR的输出-电机与电流环的输入信号，以区分系统的线性和非线性特性，从而达到对线性和非线性模型进行解耦的目的。
Hammerstein模型中的线性部分表示如下：
考虑到饱和非线性和死区非线性在系统中存在非对称特性，Hammerstein模型中的非线性部分采用分段多项式函数来表示，非线性部分的输入输出关系为：
式中，fk、gk为非线性系数；r为多项式的阶次。
定义分段函数
中间信号x（t）可以写为：
考虑典型情况，取b0=0，整理成线性回归的形式，即：
其中回归向量 和待估计参数向量如下：
的中间输入变量x（k）是不可测量的值，采用迭代过程进行估计。
三、实验与仿真
以图6所示的双闭环直流调速系统为参考案例，根据稳定系统特性，为便于观察响应的过渡过程，输入信号Ui*=5V，非线性环节电流限幅值为8A。
运行之后，数据通过Scope传递到工作空间，根据等效，该系统变换为Hammertein模型结构中的线性阶次na=2，nb=2。为了计算简便，取非线性部分多项式阶次r=3，采用最小二乘迭代算法，得到Hammerstein模型线性部分的参数估计值见表1，同时得到等效Hammerstein模型的输出转速和电流见图7、8。仿真结果表明，采用Hammerstein模型的非线性辨识方法具备一定的系统辨识精度，可以为双闭环直流调速系统控制器的设计提供可靠依据。
本文针对双闭环直流调速系统中的线性部分和饱和非线性特性，分别进行了建模和分析，借鉴“类等效”的思想，将电流调节器等效为一个比例、积分和饱和非线性环节，经过化简提出了使用基于分段多项式的Hammerstein模型来等效双闭环直流调速系统的思路，实验中将等效的H系统的线性和非线性特性进行了动态分离，并采用迭代最小二乘法对非线性模型参数进行了估计。仿真结果表明，采用Hammerstein模型的非线性辨识方法具备一定的系统辨识精度，可以为双闭环直流调速系统控制器的设计提供可靠依据。
【参考文献】
[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2005
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直流调速系统的仿真研究 篇4
关键词：仿真,直流调速,MATLAB
0引言
近几年来交流电机调速技术迅猛发展,但是直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟,因此,直流调速系统的应用研究还是具有一定实际意义的。
传统的开环直流调速系统的机械特性较硬,不具有抗扰动的能力,所以开环调速系统只适用于对调速精度要求不高的场合;反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能,但如果对系统的动态性能要求较高,单闭环系统就难以满足要求;双闭环调速系统在启动过程中只有电流负反馈,到达稳态转速后只有转速负反馈,这样做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用于不同的阶段,就能很理想地控制电流的动态波形。
1直流电动机开环调速系统的建模与仿真
开环调速系统是最简单的直流电机控制系统,其仿真模型依据电气原理图搭建而成,如图1所示。其中,直流电动机是被控对象,其励磁电压由别的直流电源单独供电,电枢电源由三相可控整流桥通过平波电抗器L提供。转速n是被调量,调节给定电压Uct,即改变了晶闸管触发电路的移相角α,从而调节了晶闸管装置的输出电压,最终改变了直流电机的电源电压,也就实现了调压调速的目的。实际调速时,给定电压Uct是在一定范围内变化的,此处给定信号允许的变化范围是110 V～207 V。
图2为开环直流调速系统的电流和转速曲线。图2的仿真结果符合开环调速系统的特性,启动电流很大,随着转速的上升,电流开始下降,系统机械特性较硬,不具有抗扰动的能力,只适用于对调速精度要求不高的场合。如要具有更好的抗扰动能力,可以增加反馈环节来改善其动态性能。
2单闭环转速负反馈直流调速系统的建模与仿真
转速负反馈调速系统的工作原理是:在开环的基础上,通过转速检测环节引出与转速成正比的负反馈电压,此电压与转速给定电压比较后,得到偏差电压,经放大器放大后产生移相控制电压Uct送给晶闸管触发器,从而调节晶闸管整流输出电压,最终控制电动机的转速。系统本质上是一个有静差系统,即当系统达到稳态时,转速只能接近于给定值,而不可能完全等于给定值。为了消除静差,实现转速无静差调节,可以在系统中引入积分控制定律,即采用比例积分控制调节器。
依据电气原理图搭建的单闭环无静差转速负反馈直流调速系统的仿真模型如图3所示,该系统在开环系统的基础上引入速度反馈环节。其中速度调节器(ASR)采用的是PI调节器。在单闭环无静差系统中,为了使同步脉冲触发器能够正常工作,要求Uct在110 V～207 V范围内变化,当整流桥输出电压最大时对应Uct=110 V,输出电压最小时对应值为207 V。系统的给定转速信号设置为150 rad/s,转速调节器PI的比例放大系数Kp=2、积分时间常数τn=40 s,平波电抗器电感为 5×10-3 H,其他的参数和开环系统的一致。图4是单闭环无静差转速负反馈直流调速系统的电流曲线和转速曲线。从图4中可以看出,电流刚开始有突变,不过随着转速的增加电流在逐渐减小,转速经过PI调节器进行调节,在一个周期之后基本实现了无静差。
3转速、电流双闭环直流调速系统的建模与仿真
转速、电流双闭环调速系统是由转速单闭环发展而来的,即在转速外环的基础上又嵌套加入电流内环,所以又称为双闭环调速。系统的两个调节器(即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR))一般也都采用PI调节器。
双闭环直流调速系统的仿真模型见图5。给定转速信号为130 rad/s,通过仿真实验的探索,主电路中将平波电抗器的电感值修改为9×10-3 H。控制电路中限幅器、加法偏置电路、反向器的作用和参数设置同单闭环直流调速系统;电流反馈系数与速度反馈系数分别设置为0.1与1。ACR的参数设置为:比例放大系数Kp1=2,积分时间常数τn1=100,上下限幅值为[130,-130];ASR的参数设置为:Kp2=1.2,τn2=10,上下限幅值为[25,-25]。其他的模块采用系统的默认参数。
图6是双闭环直流调速系统的电流曲线和转速曲线。系统启动过程分为3个阶段,第一阶段为电流上升阶段,第二阶段为恒流升速阶段,最后一个阶段为转速调节阶段。从电流波形可以看出,当突加给定电压时,电流上升很快,很快接近最大值;之后表现为恒值电流作用下的电流调节系统,拖动系统恒加速,转速线性增长。对转速分析如下:当转速首次达到给定值时,尽管输入的偏差为零,但输出由于积分的记忆作用,仍然保持加速所以出现超调,此时输入端会相反出现负偏差电压信号,使ASR退出饱和状态,进入线性调节阶段,最终保持恒定速度,实现了转速无静差调速。
4结论
本文分别对开环、单闭环、双闭环直流调速系统进行了仿真研究。研究表明,开环调速系统简单,但只适用于对调速精度要求不高的场合;单闭环系统尽管可以实现无静差调速,但难以满足动态性能要求较高的场合;双闭环调速系统的两个闭环分别作用在不同的阶段,在启动时主要是电流负反馈起作用,到达稳态转速后,主要是转速负反馈,最终得到理想的转速和控制电流的动态波形。所以双闭环系统不仅调速精度高,而且动态性能好,其控制性能明显优于前两者。
参考文献
[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2003.
关于直流系统参数设置的通报 篇5
直流系统排查整改情况奖励的通报
2014年3月，青河萨尔托海风电场在春季安全大检查活动设备专项检查中发现单节蓄电池电压偏低，蓄电池在较低电压状态下长期运行会对蓄电池组的使用寿命造成影响，经与厂家人员沟通了解，风电场直流系统装置的均充、浮充电压参数配置按照常规104块蓄电池配置，而我场所蓄电池组设计配置为108块。为了保证蓄电池组使用寿命、提高直流系统事故容量，经与厂家技术人员沟通后将蓄电池组的均充电压由245V改为252V，浮充电压由236V改为242V，更改后单体蓄电池电压在允许电压范围内，经跟踪观察设备运行正常。为表彰青河萨尔托海风电场的优秀表现，鼓励现场人员工作主动性、积极性，现对青河萨尔托海风电场进行嘉奖，奖励青河萨尔托海风电场5000元，望风电场全体人员，继续以“春季安全大检查”活动为契机，加大设备日常巡视检查力度，及时发现并消除隐患，保证风电场安全稳定运行。
华能新疆青河风力发电有限公司
直流调速系统 篇6
关键词：变频调速技术；起重机；调速系统；电气化设备；行走机构；变频器
中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0037-03
1 概述
随着计算机技术的迅猛发展，变频调速技术也取得了很大的提升，目前变频调速技术已广泛应用于工业生产中，与直流调速系统相比，其调速指标高、结构简单、维护便利、效率高、工作可靠性高、性能好，为以交流异步电动机为驱动的起重机提供了有利条件，利于进行大范围的调速，深受广大用户的喜爱。在交流调速技术中，变频调速技术是一种效率很高的技术，其具有外围控制线路简单、运行可靠性高、保护监测功能完备、维护工作量小等特点，在很多方面都优于传统的交流调速系统。
2 变频调速系统的研究现状
我国变频调速技术发展较慢，真正将变频调速技术应用在起重机上的时间也不是很长，起步于20世纪90年代初，多用于行走机构，变频调速技术很不成熟。随着科学技术的迅猛发展，变频调速技术也日益提升，连续开发出高性能的变频器来满足不同客户需求，注重硬件和软件质量，增加了变频调速技术在起重机调速系统中的应用范围。
目前变频器在起重机中应用的主要是直接转矩控制和矢量控制两种方式，前者可以完全摒弃解耦控制思想，利用检测到的定子电压和电流，取消了旋转变换和矢量计算，借助计算电机的磁链和转矩，实现对磁链和转矩的双位式控制，是一种动态性能的交流调速方法；后者简化了异步电机模型，并综合考虑了瞬态状况，确保了电机的良好动态性能，与此同时，也准确地控制了电机的稳态性能。
3 变频调速技术的主要特点
3.1 调速范围大，性能好
起动机中的变频器内部有专门的模块化设计，因此其环境适应性较强、集成度高，伺服响应优良。起重机的调速系统实现了闭环控制，增强了调速的可靠性和防失速能力，提高了限速能力。起重机的实际操作人员可以依据实际的作业要求，加强力矩控制能力，选择操作电位器，增强对急速负载波动的适应性，随时修改各个挡位的速度值，实现无级调速。
3.2 明显改善结构受力状态
变频器是采用软启动技术和软停止技术的装置，把其应用于起重机调速系统时，致使起动机的启动和制动都比较稳定，减少了对钢结构和传动结构的冲击。有关数据表明，将变频调速技术应用于起重机调速系统中，明显改善了起重机的结构受力状态。
3.3 结构简单，易维护
起重机的变频调速控制系统设计合理，具有过流保护和接地保护的功能，并采用独立的控制柜，外观结构简单，具有自诊断功能，确保控制保护动作的可靠性和准确性，便于检修。起重机的起升系统经过升级后，增加了起重机的维修空间，减轻了起重机自身的重量，改善了钢结构的受力状况，还便于日常的维修保养。变频调速控制系统还实现了过压保护、短路保护、欠压保护等功能，实现了超载报警功能，利用PLC通信实时显示故障，及时给出处理方法，便于查找故障和维修。
3.4 安全性高，节能效果显著
起重机是由闭环矢量控制工作，其具备了零速转矩的功能。当起重机起升机构制动器产生机械故障而出现失灵情况时，变频器会自动增大输出转矩，以足够大的输出转矩来使负载停止下滑，进而提高系统的安全性。变频器在自动节能操作模式下工作，不仅能较大地提高系统功率因数和系统的安全性，同时还能大大提高系统的工作效率，使节电率达到20%左右。
3.5 工作效率高，机械磨损小
起重机的起升系统可以根据负荷大小自动切换，从而实现主钩、副钩以及空钩等不同挡的工作速度之间的切换。这样不仅减少了速度切换交替所用的辅助时间，而且大大降低了司机的劳动强度，最终达到大大提高起重机的作业效率的目的。此外，变频器可以采用软启动和软制动来启制动，可以较大地减小对钢结构的冲击，还可以减轻制动轮与刹车片之间的磨损，减小机械磨损。
4 变频调速技术在起重机调速系统中的应用
目前，针对起重机的特点，为满足升降作业的常规要求，已设计出了应用于起重机起升过程中的矢量控制变频器，其可以提升起重机调速系统的安全性，进行开机前的力矩校验和制动器的状态监测，防止出现载荷倒拉。除此之外，该系统还可以实现电动机输出力矩记忆功能，自动记录变频器的转矩，自动检测电机参数，进行电机自检测。同时，为调速系统提供脉冲编码器接口，避免遛钩现象，进而提升变频器的动态响应能力，实现转速闭环控制，提高变频驱动的整体性能。
起重机调速系统由电控设备、机械设备、异步电动机组成，以变频器为核心，电动机的类型决定转矩，生产机械的特性决定负载转矩，这两者相互独立。由异步电动机的电压频率进行变频器的起动，通常采用限流加速、限时加速、S形加速三种方式。对于有电流限制功能的变频器，宜采用限流加速方式；阶跃式转速变频器宜选用限时加速启动方式；若想使加速过程缓和些，可以选择S形加速启动。对于塔式建筑类起动机，其升高度很高，宜采用恒定转矩控制方式，电动机的功率一定要和最高转速的负载功率相匹配，加大低速转矩，增强转矩过载能力。若低速运行时间较长，必须增加电动机的散热能力，采用强迫通风式电动机，提升变频器容量，避免电动机温度过高。
起重机的制动也应该采用变频调速技术，性价比高，从而大大降低系统成本，充分利用了再生能量。通过变频调速技术，可以改变载荷的离地速度，降低起地动应力系数和机械制动冲击力，达到无级调速，增加电动机的制动形式，减轻起重机自身重量，节省控制柜空间，充分利用PLC优势，减少投资成本，功率高，启动电流低，降低了配置要求，提高了定位精度，延长了起重机的使用年限，与此同时，也改善了劳动强度，对结构件、电机启动力矩、回转、行走机构都有一定程度的影响，降低启动转矩，进而降低对传动部件的要求，消除速度转化过程中的力矩冲击，利用力矩可变，降低机械制动运行速度，减少制动冲击，增加使用
年限。
5 结语
综上所述，变频调速技术可以进行稳定的低速运行，启动和制动过程平稳，其调速范围大、定位准确，具有良好的运行性能，精度高。在负载波动很大时，也可以平稳运行。因此，人们在变频调速技术上已做了大量研究，不断尝试了不同形式的调速方法，变频调速技术也经过了漫长的演变过程，目前变频调速技术已非常成熟，成功研制了大功率的半导体器件，将基于PLC的变频调速技术应用于起重机调速系统中，在一定程度上，提高了起重机的功能，延长了其使用寿命，有利于工业安全生产。相关技术人员一定要加强变频调速技术在起重机调速系统中的应用，提高自动化水平，不断提高电子元件的制作工艺，不断优化参数，提高平滑调速性能。相信在我们的不懈努力下，变频调速技术一定会向着智能化方向发展，起重机调速系统将更加完善。
参考文献
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作者简介：徐永辉（1985-），男，供职于深圳市华升安全检验有限公司，研究方向：特种设备安全检验检测。
直流双闭环调速系统研究 篇7
随着社会的发展, 人们对电机控制的自动化程度要求越来越高。在早期的电机控制中, 普遍采用单片机微控制器, 该控制器运算处理速度较慢, 内部资源和接口容量有限, 已不能满足电机快速调速的要求, 而导致整个系统精度受到很大的影响。随着微处理器的技术的快速发展, 以高速微处理器为核心的控制系统已成为电机控制系统的发展趋势。
二、直流双闭环调速系统设计
(一) 控制系统的设计。
以可编程DSP控制器为核心构成的运动控制系统为了满足世界范围内运动控制系统的需要, TI公司推出了TMS320x24x系列DSP控制器。
基于DSP控制器构成的电机控制系统事实上是一个单片机, 因为整个电动机控制所需的各种功能都可以由DSP控制器来实现。因此, 可大幅度缩小目标系统的体积, 减少外部元件的个数, 增加系统的可靠性, 而且速度快、精度高。另外, 由于各种功能都通过软件编程来实现, 因此, 目标系统升级容易、扩展性、维护性都很好。相比之下, 本系统选用DSP控制器为核心控制器。
(二) 开环与闭环的比较。
1.在开环系统中, 对于每一个输入信号, 必有一个固定的工作状态和一个系统的输出量与之对应。因此, 系统的控制精度将取决于控制器及被控对象的参数稳定性。即要使开环系统具有要求的控制精度, 在工作过程中系统各部分的参数值都必须严格保持在事先校准的数值上。开环控制系统只是根据给定的输入量进行控制, 而输出量在整个控制过程中对系统不产生任何影响, 因此, 如果输出量较预期值出现偏差, 该系统没有自动修正的能力。由于开环系统的抗干扰能力差, 因此它的使用有一定的局限性。
2.在开环控制的基础上, 可通过人的参与消除扰动因素的影响, 而使输出量按预期要求变化。闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用, 又有反向作用的控制过程。从原理上说, 闭环控制系统具有抑制内部和外部各种干扰引起系统输出发生变化的能力。在闭环控制系统中, 由于引入了负反馈, 使输出量对外部和内部的干扰不甚敏感, 从而有可能采用不太精密或成本低廉的元件来构成控制质量较高的系统, 同时, 也正是由于存在反馈, 闭环控制也有其不足之处, 这就是输出量可能会出现震荡, 严重时会使系统无法工作。为了实现系统的稳定、可靠和高精度, 伺服控制必须实现系统的闭环控制。对于不同的运动控制系统, 闭环的模式也就不一样的。为了实现速度的控制, 可以采用电流环和速度环两环结构。
(三) 主控制器的设计。
TMS320LF2407A DSP属于TI公司TMS320C2000系列DSP中的C24xx产品系列。该系列产品还有TMS320LF2401A、2402A、2403A、2406A和TMS320LC2401A、2402A、2404A、2406A。C24xx系列DSP兼容早期的C24xx系列DSP。其中“LF”代表内Flash EPROM (93.3V) , “LC”代表低电压CM9S (3.3V) 。
TMS320LF2407A DSP有如下特点:
1.由于采用了高性比的静态CMOS制造技术, 因此DSP具有低功耗和高速度的特点。工作电压3.3V, 有4种低功耗工作方式。单指令周期最短为25ns (40MHz) , 最高运算速度可达40MIPS, 四级指令执行流水线。低功耗有利于电池的应用场合;而高速度非常实用于电动机的实时控制。
2.由于采用了TMS320C2xx DSP CPU内核, 因此保证了与TMS320C24x系列DSP的代码兼容性。
3.片内继承了32K字的Flash程序存储器、2K字的单口RAM、544字的双口RAM。因而使该芯片可用于产品开发。可编程的密码保护能够充分的维护知识产权。
4.扩展64K字程序存储器、64K字数据存储器、64字I/O的能力。
5.两个专用于电动机控制的时间管理器 (EV) , 每一个都包含:2个16位通用定时器;8个16位脉宽调制 (PWM) 输出通道;1个能够快速封锁输出的外部引。
6.可编程看门狗定时器, 保证程序运行的安全性。
7.16通道10为A/D转换器, 具有可编程自动排序功能, 4个启动A/D转换的触发源, 最快A/D转换时间为375ns。
8.32位累加器和32位中央算术逻辑单元 (CALU) ;16位×16位并行乘法器, 可实现单指令周期的乘法运算;5个外部中断。
9.串行借口SPI和SCI模块。
10.很宽的工作温度范围, 普通级:-40℃～85℃;特殊级:-40℃～125℃。这些性能对于本次设计来说, 具有非常重要的意义。
TMS320LF2407A DSP的结构才用了改进的哈佛结构, 该结构支持分离的程序和数据总线。这样的结构使取指令、执行指令、数据传送和外设控制可以并行进行, 因此可以极大的提高工作速度。
2407A DSP可以分成三部分:DSP内核、存储器和外围设备。DSP内核是DSP的核心, 它担负着数据运算、信号处理的任务。它包括了累器、状态寄存器S0和S1、中央算术逻辑单元CALU、辅助寄存器、乘法器、移位器临时寄存器T和乘积寄存器P。存储器包括了32K字的Flash程序存储器、2K字的单口FAM和544字的双口RAM (DAAM) 。外围设备指的是DSP芯片中集成的除内核以外的功能模块, 习惯上称之为外设。它包括了事件管理器、ADC转换器、SPI和SCI串行接口、CAN接口等。
三、结语
本设计采用采用了DSP的TMS320FL240X系列中的2407A, 在此DSP控制的直流调速系统中, 速度给定、速度反馈和电流反馈信号是通过模拟光电隔离器、A/D转换器送入计算机, 计算机按照已定的控制算法计算产生脉冲, 经并行口、数字光电隔离器、功率放大器送到晶闸管的控制级, 以控制晶闸管输出整流电压的大小, 平稳的调节电动机的速度。
参考文献
[1].陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2007
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[5].张德江, 李元春.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2007
单片机控制直流调速系统的研究 篇8
在很多可控电力性能需求较高的领域中, 例如:高层电梯、挖掘机、卷扬机、轧钢厂等领域。通常情况下, 直流调控系统的供电是通过桥式的三相全控的整流电路来完成的, 可以对电机转速进行全方位的控制, 先前的控制系统的供电是通过模拟元件完成的, 虽然能够满足一定程度的生产需求, 但是很容易受到外界环境因素的干扰, 比如元件老化或者是恶劣环境等。并且传统的控制系统控制性能容易受到环境温湿度、器件性能等因素的干扰, 通用性较差, 而且线路比较复杂, 所以系统的可靠性、精确性不高, 容易导致事故的发生。
现如今, 直流调速系统已经实现了大规模应用, 走向了实用化的行列。它的主要优点有:抗干扰性强 (数字滤波) 、准确性高 (数字反馈) 、可靠性高、参数动态调整、便于优化维修、结构简单, 并且具有数据通信和信息存储的功能, 还有就是成本较低。
2 结构设计
2.1 选择方案
本文的设计是采用V-M系统。因为系统需要脉动较小的直流电压, 所以使用的是三相整流电路。并且采用晶闸管全控桥式三相供电方案, 一方面电路简单、成本较低, 另一方面就是能够满足性能需求。晶闸管装置可控整流系统噪声小、损耗小、质量小、体积小、成本小, 但是反应速度较快, 工作效率较高, 可靠性较高, 并且能量损耗低, 综合考虑各方面因素, 选用晶闸管全控桥式三相供电方案[1]。
2.2 设计结构
调速系统选用双闭环转速电流模式, 系统中设计了两个调速器, 用来对电流以及转速进行调节, 这两个调节器是通过串级联接的, 这样就保证了起动过程中只存在电流的负反馈, 并且在同一调节器的输入端不能够同时存在电流负反馈和转速负反馈, 转速负反馈单独作用在稳态转速过程中, 这样才能够实现静、动态性能良好。
总之, 在这个直流调控系统中的逻辑切换元件、速度调控器、电流调整器以及模拟触发器等硬件设备均被单片机所代替。从而达到全数字化的目标。
3 主电路
整流变压器的型号是综合计算变压器容量以及二次测电压和一二次相电流等参数来确定的。
晶闸管型号是通过计算额定电流及电压来确定的。
系统保护措施设计:在主电路的设计过程中, 除了要考虑额定电流及电压外, 还需要设定过电流、过电压等的相关保护措施, 从而保障晶闸管正常运行。过电压保护有三种:器件端过电压保护、直流端过电压保护以及交流端过电压保护。过电流保护采用目前普遍使用的快速熔断方式。快速熔断器一般安装在交流端以及直流段, 从而与晶闸管直接串联。为了使输出的直流负载电流比较平滑, 一般在整流电路中国接入铁心电抗。
4 控制电路
4.1 单片机
本文设计的系统中采用的是8031单片机。将8031单片机与EPROM外接在一起组成程序存储设备, 从而存储控制元件。LED数字驱动是靠功率三极管动态扫描完成的, 从而显示电流、电压、转速等数据。8031接口采用线选法, 并且设置3个外接按键, 分别为两个选择键 (一个控制速度显示, 一个控制电流显示) , 一个启动/停止键, 从而控制电机的启动以及停止。另外, 外接两个LED, 一个显示运行状态, 一个显示故障信息[2]。
4.2 参数输入
首先写入地址, A/D转换器启动, 从而产生中断, 这时候, 转换结果读入到MCU。电流互感器将交流电流转变为0-5V电压信号, 整流滤波后输送到A/D转换器上, 用电位器输入速度定值, 速度显示键显示速度定值, 方便调速。
4.3 测速
数字测速即旋转编码器测速适用于高精度、大范围调速的系统, 本文就是选用M/T数字测速法。脉冲个数由旋转编码器来输出, 测量转速是由转速中断来完成的。
4.4 触发脉冲输出
由80C31定时器出发晶闸管, 当定时器溢出时, 中断程序进行处理, 根据脉冲分配表输出触发脉冲, 经过50us的延时, 输出触发脉冲。
5 调节器
调速系统选用双闭环转速电流模式, 系统中设计了两个调速器, 用来对电流以及转速进行调节, 这两个调节器是通过串级联接的, 这样就保证了起动过程中只存在电流的负反馈, 并且在同一调节器的输入端不能够同时存在电流负反馈和转速负反馈, 转速负反馈单独作用在稳态转速过程中, 这样才能够实现静、动态性能良好。
6 系统软件
6.1 电流中断设计
中断程序主要是实现电机的自适应电流运算、调整电流运算以及索零运算等。本文设计的系统中反馈电流设置为I, 临界电流设置为I0。
6.2 速度中断
速度的定值输入是通过速度环子程序来完成的, 同时还可以实现限幅计算、PID计算偏差计算以及转速计算等。
7 结语
本文设计的系统是数字化的由8031单片机控制的直流调速系统, 它的主体是直流电动机, 在这个直流调控系统中的逻辑切换元件、速度调控器、电流调整器以及模拟触发器等硬件设备均被单片机所代替, 从而实现了直流调控系统的全自动化以及全数字化。参数的计算和输入均是通过软件编程完成的, 达到了最大的系统优化。
摘要：本文的研究对象是数字化的由8031单片机控制的直流调速系统, 它的主体是直流电动机, 在这个直流调控系统中的逻辑切换元件、速度调控器、电流调整器以及模拟触发器等硬件设备均被单片机所代替。本设计成功实现了软硬件设计并且进行了计算机模拟仿真。
关键词：单片机,直流,调速
参考文献
[1]周军.电气控制及PLC[M].机械工业出版社, 2001, 8.
可逆直流PWM调速系统设计 篇9
微机技术的快速发展,在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究,从直流调速系统原理出发,逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型,用微机硬件和软件发展的最新成果,探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法,研究工作在对控制对象全面回顾的基础上,重点对控制部分展开研究,它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨,控制策略和控制算法的探讨等内容[1]。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富,运算速度快的特点,采取软件和硬件相结合的措施,实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。
1、可逆直流PWM调速系统的原理及系统组成
1.1 PWM脉冲发生器的工作原理
PWM脉冲发生器脉宽调制的原理是以三角波(载波)与调制波进行比较,在三角波与调制波的相交处产生脉冲的前后沿。调制原理如图1所示。
1.2 直流PWM-M调速系统的主电路
由4个电力场效应晶体管VT1～VT4和4个续流二极管VD1～VD4组成H型桥式连接。H型变换器在控制方式上分为双极式、单极式和受限式三种。这里采取的是双极式H型PWM变换器,VT1和VT4同时导通和关断,VT2和VT3同时动作。电路工作原理如图2所示。
2、直流PWM-M系统主电路的仿真
2.1 模型
图3中的H型变流器采用多功能桥(Universal Bridge)[2],参数设置为2相桥臂,ABC在交流输出端,开关器件为MOSFET,多功能桥模块参数设ABC在交流输出端时是用来逆变,现在用于直流电机的变流,驱动电路需要另外设计。双极式驱动电路如图4所示。
图4的输入端Inl接脉宽调制信号Uct,输出端Outl输出4路MOSFET驱动信号。脉宽调制由两个PWM发生器进行,上方的PWM发生器用于产生VT1和VT2驱动信号,下方的PWM发生器用于产生VT3和VT4驱动信号。为了使PWM发生器输出驱动信号顺序与多功能桥驱动顺序一致,加入选择器模块(Slector),调制脉冲序列。
为了避免上下桥臂两个管子同时导通或截止,造成桥臂直通现象,需要有“死时”限制,这里采取的办法是是下方的PWM发生器输入控制信号为(Uct+0.001)。
主电路模型中控制信号Uct通过互动开关与PWM分支电路模块连接,双击互动开关就可以选择控制信号Uct和-Uct,控制电机的正反转。
2.2 仿真结果
由图5可以看出:伺服电机的转速上升平稳,这符合PWM调制的特点。在开机启动1.4s后,电机的转速达到额定转速并趋于稳定。
图6表明:电动机的响应迅速,起动电流最大值为29A,大约是额定电流的10倍。1.4s后,电机的电流下降到3A左右,接近额定电流,并趋于稳定。
图7表明:电动机的起动最大输出转矩约为12N*m,1.4s后,电机的输出转矩下降到1.5N*m左右,并趋于稳定。
图8为电机电枢电流和输出转矩的关系曲线,因为电磁转矩Te和电枢电流1a有关,所以它的变化过程和电枢电流一模一样。
图9是变流后的输出信号Uct信号的局部展开,Uct的波动反映了电流调节器的调节作用。
3、结论
本次设计的可逆直流PWM调速系统与由晶闸管相控整流构成的直流调速系统的区别在于主电路和PWM控制电路。至于闭环控制系统,静、动态分析和设计基本相同。在提高主电路驱动能力,完善相应的保护电路后,PWM系统还可用于一般直流电机的调速。可逆PWM调速系统结构简单,省去了复杂的换流装置,因此体积小,成本低,加之采用PIM来完成直流电动机PWM调速控制器,不仅简化了系结构,提高了系统性价比、灵活性、可靠性和抗干扰性,还可有效克服以往直流调速中谐波大、功率因数低的问题,是一种节能的调速方案,在应用中取得了令人满意的结果。
参考文献
[1]李仁定.电机的微机控制.北京:机械工业出版社,1999
直流力矩电机闭环调速系统设计 篇10
近年来, 高性交流调速技术发展很快, 交流调速系统正逐步取代直流调速系统, 然而, 直流电机控制系统在理论上和实践中都比较成熟, 它仍然是大多数调速控制执行机构最优先的选择, 特别是现在越来越多的智能化产品出现在市场上, 如小型清洁机器人, 智能玩具等等。为了实现产品的便携性、低成本及对电源的限制, 小型直流电机调速系统更得到广泛的应用。随着科技的发展, PWM结合电力电子元器件成为控制直流电机的主流方法。
以下主要以轮式移动机器人的驱动电机研究对象, 设计直流力矩电动机的闭环调速系统, 使系统实现正反转和在不同档位的转速下运行。
2 调速方案
直流电动机转速基本模型:
采用PWM改变电压控制, 电动机得到的平均电压为:
3 系统控制算法
开环时系统传递函数为:
其中 为开环增益, 为单片机控制量。被控对象可视为一个近似的惯性环节, 这里采用增量式PI控制算法:
系统设计中采用增量式控制算法。
4 系统硬件设计
系统硬件的设计主要包括前向通道、反馈通道、辅助电路三个方面。如图1所示, 在前向通上有单片机控制器单元、光电隔离单元、电动机驱动单元几个部分;反馈通道即为测速单元;辅助电路即人机交互单元。
控制器采用AT89S52单片机, 系统中控制部分为5VDC电源, 电机工作电源为20V, 以免电机运行时对控制电路造成影响, 所以采用两路光电隔离, 隔离器件采用集成的光电隔离元件TLP521-2。为了增加系统的可靠性和协调性, 在设计的直流电动机驱动电路采用集成H桥式电路LMD18200芯片设计。系统采用单极PWM控制的方式, 电机转向由另一信号控制。驱动芯片5脚接PWM控制信号, 3脚接转向控制信号。
测速单元采用自制码盘的方法。在与电机联轴的测速转轮边缘上对称均匀地分布12个小磁铁作为测速的脉冲源, 霍尔传感器固定在电机架上并与小磁铁的相间适当距离。霍尔元件选用A44E, 该器件体积小, 组成电路简单。由于无磁场作用时A44E输出为高电平, 有场作用才输出为低电平, 触发单片机外部中断人机交互单元包括键盘和显示电路。其占用单片机P1.0~P1.5六个口, 前四个为不同转速的给定输入, 后两个为转向输入。显示采用静态显示的方法, 由8255对单片机并口进行扩展, 并采用LED专用驱动芯片4511以节约并口。由于直流力矩电机额定转速低, 显示电路用四片LED即可。
5 系统软件设计
5.1 主程序设计
系统的主程序是所有程序的起始, 也是其它程序的纽带。内容包括相关全局变量、定时器、开中断的初始化, 键值的采集, 速度为零的判断、PID程序的调用等。主程序流程如图2所示。在主程序中判断60秒内有无脉冲输入, 无则转速为零并显示出来。同时计时, 当采样周期到时便读取实测转速, 调用PID子程序 (见图2、3) 。
5.2 PWM波程序设计
PWM波是配合H桥式电路使用的, 由单片机输出PWM脉冲控制信号, 经集成LMD18200驱动直流力矩电动机。
PWM波在本系统中是以软件实现的, 流程图如图3。将PWM波的周期分为500等份, 每份的计时由T0完成。每一次计时高电平计数变量pwm_h减1, P1.6赋“1”。当pwm_h减到零时, P1.6清0, 并对低电平计数变量pwm_l减1。当pwm_l也变为0时, 对两个变量重新赋值, 进入下一个PWM周期。PWM波的控制变量u_h由PID运算得到。
5.3 测速程序设计
由于系统所用的直流力矩电机的最高转速才1300r/min, 用周期法比较适合。具体程序分为计时部分和测速脉冲计算部分。程序流程图如图4, 程序中at为测速时间的计时累积变量, ct为采样周期的计时累积变量。
联轴转盘上有12个小磁铁则ch_cn/12设定脉冲间隔数与转盘一周脉冲数的比即K;程序中设定的计时单位时间为1毫秒, at/100为通过设定脉冲间隔数所用的时间即T。这样实测转值为
e1为当前的给定转速与实测转速的偏差, e0为前次比较的偏差, u_h为控制输出量, dif_u_h为控制增量。
6 结论
系统选择通用的AT89S52单片机为控制器, 设计了光电隔离单元、驱动单元及反馈测速单元、人机交互单元等硬件电路, 完成PID控制、PWM波、测速及人机交互等软件的设计。通过了软硬件的综合调试。系统控制输出超调为10%, 稳态静差为1%, 很好的实现了模拟轮式移动机器人的电动机可带轻型负载完成多档调速及正反转的要求。
摘要：以轮式移动机器人的执行电动机为研究对象, 设计基于单片机的直流力矩电动机闭环调速系统。介绍直流电机的调速方法及控制算法, 给出了系统硬件和软件设计。通过软硬件的综合调试, 完善系统, 满足移动机器人对调速系统的要求。
关键词：直流电机调速,AT89S52,PWM,PID,霍尔测速
参考文献
[1]王兆安, 黄俊.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社, 1999:207-230.
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直流系统的运行与维护研究 篇11
关键词：直流设备 验收 例行试验
1 直流设备运行比较
1.1 充电机 新投运的多数变电站中，直流系统采用了两台充电机；而对于新投运的末端站中，多数充电机仅为一台。而已投运十年以上的多数变电站中采用的充电机为相控充电机，运行可靠性不高，因此一般采用两台充电机。充电机通过硅链调节电压，主要元件为变压器，整流器，硅链等组成，其运行缺点主要有：①监控器设定值与实际运行值相差较大，个别站达到±2.15%（规程要求为小于±2.15%）；②老式充电机中不设计防浪涌冲击装置，因此当出现雷雨天气时存在损坏充电机的安全隐患；③充电机运行年限久，不稳定发生缺陷频率高，且不易解决。目前，对于采用高频开关电源的充电机来说，通常情况下为N+1备份，在脱离监控单元的情况下，各模块可以独立地进行工作，进而在一定程度上提高了充电机的可靠性，运行较稳定。但在诸多直流设备厂家中，例如新乡科海、深圳奥特迅出厂的设备，容易出现模块故障等缺陷，且发生频次较高，应进一步提高运行可靠性。
1.2 馈线屏 新投运的变电站中，直流馈线屏的设计基本符合冗余量的要求，设计负荷数大于实际负荷数。而原运行的直流馈线屏，例如华电蓄能产品，冗余量较小，不符合电网发展的趋势，已在逐年的改造中更换为符合要求的设备。
DL/T 5044-2004《电力工程直流系统设计技术规定》4.6.1条规定“直流网络宜采用辐射供电方式”。现变电站中多设计采用直流分电屏，直流馈线屏的电源至直流分电屏后再逐渐至各支路，保证了直流系统运行的可靠性。而运行年限长的站中，运行设备多为环状供电方式，大大降低了运行的可靠性。例如，如果一条10kV出线保护的电源开关，在辐射供电方式下出现越级跳闸，上一级保护因失去电源在一定程度上虽然不会引发相应的动作现象，但是却会扩大事故的范围。
1.3 蓄电池 对于变电站的蓄电池来说，通常情况下，主要选用阀控蓄电池和固定防酸蓄电池。目前，阀控蓄电池是变电站的首选，对于固定防酸蓄电池原来使用的比较多，通过对其进行相应的改造，在一定程度上都换为阀控蓄电池，在运行方面，阀控蓄电池和固定防酸蓄电池各具优缺点。对于固定防酸蓄电池来说，其优点是寿命长、可靠性高，缺点是造价高、维护量大；而对于阀控蓄电池来说，使用安全、日常维护量小是其优点所在，与固定防酸蓄电池相比，其可靠性和寿命等要略逊一筹。MCHAELR.M00RE通过近10年对超过7万5千只阀控蓄电池进行相应的研究，其结果显示：阀控蓄电池的实际使用寿命通常为4～8年，与设计使用寿命10～20年相比，存在较大的差距。因此，巩固和强化蓄电池的可靠性是合理设计的重点。
2 直流系统的验收
2.1 验收充电机 在验收充电机的过程中，通常情况下，验收对象主要是包括稳压、稳流、充电程序转换等，另外，验收还涉及到纹波系数，通过对模块间的均流特性进行验收，进而完成对采用高频开关电源的充电机的验收。通过对2008年以后投运的直流设备缺陷进行统计，并对2011年例行试验工作进行总结后，发现新投运的充电机出现模块故障比例较大，原因如下：①模块输出电源损坏；②模块风扇原因。2010年投运的新站中，邯郸五一八厂的充电机还存在着无单独模块故障信号，其只与交流故障并发的问题。
由于试验工具所限，未对充电机的纹波系数进行检验。建议应对纹波系数进行检验，保证设备长期运行的可靠性。
2.2 验收馈线屏和馈出线网络 对馈线屏和馈出线网络进行验收的过程中，验收的主要内容包括：一是验收直流馈出线网络的开关柜、保护屏是否采用交流空开；二是验收直流馈出线网络是否满足级差配合；三是验收馈出线网络的接线是否与图纸相符，并对接地进行逐路试验，验证是否正确选线。在验收时，同时将馈线屏和馈出线网络结合，进行一起验收。
新投运馈线屏中设计多采用软信号，通过监控装置传输信号，减少电缆的施放量，提高了系统运行的稳定性。而原馈线屏设计采用硬接点，电缆耗费多，且因为接点不牢等原因，导致设备运行不稳定，易发生缺陷。建议设计中采用双套信号传输，即软、硬两套信号传输的方法。
2.3 验收蓄电池 通常情况下，在设备投入运行之前，安装单位和厂家需要对蓄电池进行相应的验收，验收内容主要包括：核对性充放电试验、测试蓄电池内阻，检验其容量是否满足要求等。
新投运的各站蓄电池运行中，主要有两方面的问题：
①电池间距不符合要求。国家电网公司《直流电源系统管理规范》“直流电源系统技术标准”5.2.4.3条规定，蓄电池在电池柜内必须要摆放整齐，在一定程度上确保足够的空间：并且蓄电池，以及蓄电池与上层隔板之间在间距方面分别超过15mm和150mm。新投入的蓄电池中蓄电池间距明显小于规定中的距离。（见右图）
②容量下降快。新投运的蓄电池中，广东汤浅出厂的阀控式电池容量下降较快，单只电池电压低，容量降低的缺陷发生频次较高。通过采取蓄电池容量试验的方法，消除此类缺陷。建议加强直流检查等工作，从蓄电池出厂时应投运同批次产品，减少此类缺陷发生。
3 直流系统运行维护
3.1 确定运行中阀控蓄电池的核对性充放电周期 在直流系统中，阀控蓄电池的应用范围比较广泛。在运行过程中，阀控蓄电池也比较容易产生多种多样的问题，通常情况下，过充、过放、渗液、环境温度过高，以及浮充电压过高等因素，在一定程度上都会对蓄电池的健康构成影响和制约。
建议通过每年的春、秋季例行试验，结合容量试验等方式及时发现蓄电池的运行隐患。根据规程要求，应尽快更换容量小于80%的蓄电池组，将核对性充放电周期在更换前应缩短为3个月至半年。
3.2 对蓄电池的均衡充电 对于个别落后的蓄电池，通过均衡充电对单只落后的电池进行相应的充电处理，使其容量在一定程度上得到恢复。对于单体蓄电池来说如果充电无效，需要更换新的单体蓄电池。为了防止多数正常电池被過度充电，通常情况下，不宜通过对整组蓄电池进行均衡充电的方法，对个别落后蓄电池进行处理。
3.3 运行中蓄电池的不一致性 将规格相同的单体蓄电池按照一定的原则组成蓄电池组，在电压、荷电量、容量及其衰退率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率等方面，由于单体蓄电池之间存在一定的差异，这种差异就是所谓的蓄电池的不一致性。通常情况下，单体蓄电池之间的差异主要表现为：将单体蓄电池串联使用时，单瓶浮充电压表现出很大的差异。在将单体蓄电池组装成蓄电池组的过程中，虽然对单体蓄电池进行了筛选，在一定程度上能够确保单体蓄电池具有较好的一致性，但是使用一段时间后，随着单体蓄电池单瓶浮充电压差别的不断增加，蓄电池的不一致性逐渐严重，同时出现恶性循环，进而整组蓄电池的使用寿命在一定程度上出现了降低。
3.4 定期检测直流系统 对直流系统每年应进行定期检查，同时结合变电站的春、秋季例行试验性检查，在检查过程中，检测项目主要涉及蓄电池、充电和监控装置，以及绝缘监察装置等，检测内容和监测方法，则要参考国网公司《直流电源系统管理规范》的相关规定。
4 结论
直流系统作为变电站的重要组成部分，将会直接影响和制约变电站的正常运行。另外，变电站的可靠性，也受到直流系统设计方案是否合理、验收把关是否严格、日常维护是否到位等的直接影响和制约。对于直流系统来说，要认真对待变电站设计、验收、运行维护的各个环节，同时抓住关键环节，进而在一定程度上确保变电站安全运行。
参考文献：
[1]高宏伟，隋喆等.直流电源系统管理规范，国家电网生技[2005]
172号，2005.
[2]刘黎华，刘海梅.浅析220kV及以下变电所直流系统的设计与选择[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2008（10）.
直流调速系统 篇12
直流调速系统具有调速性能优良、可靠性高的优点，被广泛的应用到各种工程船舶上，拖动机械设备，是很多工程机械工程作业的动力核心[1]。直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号;强电部分根据控制信号调节电动机转速。目前弱电控制环节主要通过单片机、DSP和PLC来实现，虽然单片机和DSP性能优良，硬件成本高，系统实现复杂[2,3,4]。PLC是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用设计的，在电机控制中的应用方面十分广泛，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点直流调速技术[5]。本文采用西门子S7-200型PLC设计了直流调速系统的控制电路，通过现代PLC控制技术对调速系统运行进行控制，对电动机、晶闸管等元件主要参数进行监视、保护，获得了良好的效果。
1 控制系统构成
基于PLC的直流调速系统构成如图1所示。光电编码器与直流电机同轴连接,电机每转一周,光电编码器就产生一定数量的脉冲信号,此脉冲信号通过S7-200 PLC的高速计数功能,测量出电机的转速。转速给定信号与转速测量信号相减得偏差信号,通过PLC的PID功能指令,得到PID控制器输出，PID控制器输出作为驱动器主电路相应开关管的导通和关断,从而控制加在直流电机电枢上的电压,实现直流电机的调速。
2 PLC逻辑控制
调速系统的主电路、调速控制电路以及信号检测电路的设计，主要实现晶闸管直流电动机拖动系统的调速功能，以及电流、电压、温度等反馈信号的检测。本文主要介绍PLC在整个调速系统中的应用，这部分不作详细介绍。
基于PLC控制技术的逻辑控制部分的设计目的是要实现直流电动机的逻辑起停、正反转运行、风机的运行、速度给定、故障保护、报警等自动控制功能，并通过友好的人机交互界面，使得电动机运行情况一目了然;驾驶台、集控室的上位机和工作现场的下位机的通讯实现了系统在多个位置的自动控制。
S7-200系西门子公司开发的小型模块化的PLC系统。模块化的设计使其应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。S7-200有5种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30Kb的程序存储空间和数据存储空间。直接读、写模拟量I/O。本文就采用这款PLC来实现弱电控制，为了防止接线错误，首先要对PLC的I/O口进行分配，如图2所示。PLC的外围硬件主要由继电器、指示灯以及常开、常闭按钮组成。
图3所示为主程序的流程图。PLC接收来自主控制板的起动信号和转速设定信号，并综合分析电动机的启动条件是否满足，如果满足则起动电机;否则发出声光报警信号。启动方式可以分为自动启动和手动启动。
3 结果分析
实验测定:当采样周期T=50ms,Kp=0185,Ki=1.04时,电机的速度误差小于1.02%。目前,该控制系统已经在多电机速度同步控制中得到了成功应用,现场运行效果良好。因此,利用PLC实现的电机速度闭环控制具有结构简单灵活、调速性能好、响应速度快和工作可靠性高的特点,不仅可以获得与工控机相当的控制精度,而且还可以获得较工控机更高的可靠性和更强的抗干扰能力,非常适用于工业控制,是电气传动的发展方向，值得大力推广应用。
摘要：PLC是一种数字运算操作的电子系统,是专用于工业控制的计算机,在电机控制中的应用方面十分广泛。设计了基于西门子S7-200PLC直流电机调速系统,开发了基于PLC的PI控制程序,同时利用PLC对电动机、晶闸管等元件主要参数进行监视、保护,获得了良好的效果。
关键词：PLC,直流调速,直流电机
参考文献
[1]杨贺娟,马骥.基于MATLAB的直流调速系统参数研究[J].沈阳大学学报,2011,23(6):115-117.
[2]林立,唐旭,张续义,黄声华.基于DSP的PWM双闭环直流调速系统[J].2007,40(4):51-54.
[3]文孟莉,周湘杰.8098单片机控制的PWM直流调速系统[J].电气自动化,2001,5:12-14.
[4]蔡霞.基于PLC的PWM直流调速控制系统[J].实验室研究与探索,2012,31(1):201-203.