基于模糊矢量控制的多電機同步控制系統(tǒng)的設計
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系統(tǒng)中，由S7-200系列PLC完成數(shù)據(jù)的采集、處理和對變頻器、電動機等設備的控制任務。主、從電機接受PLC或其他系統(tǒng)的速度指令，通過編碼器形成速度反饋，使系統(tǒng)達到精確的速度控制。當主電機獲得PLC的啟動命令和速度給定時，經(jīng)過矢量變頻器進行處理，調整轉矩獲得給定的速度。如果從電機并未將力矩傳遞到負載上，那么從電機將感覺到負載重增加扭矩，同時主電機也將相應的減小扭矩；若主電機負載稍輕，那么主電機就會相應的減小扭矩以保證與從電機保持相應的速度，主從任何一方的負載變化必將反映在另一方的輸出轉矩變化上。
3.2變頻器裝置
西門子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、開環(huán)和閉環(huán)的控制、通訊等任務，保證生產(chǎn)過程控制精度和靜態(tài)、動態(tài)的控制最優(yōu)化。其動態(tài)響應不低于0.25%，靜態(tài)精度不低于0.01%，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。本系統(tǒng)是要對交流電機實現(xiàn)高性能的速度控制，以實現(xiàn)交流電機同步速度的跟隨，西門子6SE70矢量控制的標準軟件包含兩種基本的控制型式：頻率控制適用于簡單應用場合和成組傳動高水平同步運轉。磁場定向閉環(huán)控制(矢量控制)用于動態(tài)性能要求較高的傳動系統(tǒng)。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，我們選擇閉環(huán)速度控制，這樣能在較低轉速時有較高的動態(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(jié)器為一個傳統(tǒng)的比例積分(PI)調節(jié)器，無自適應能力。主要表現(xiàn)在兩方面：
(1)PI控制器參數(shù)整定必須相對于某一系統(tǒng)參數(shù)己知的系統(tǒng)。
(2)PI控制器參數(shù)一旦整定完畢，便只能適用于已知的系統(tǒng)。
該實驗系統(tǒng)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，跟蹤偏差實時計算后提供的；發(fā)電機分別與從電動機同軸相連的發(fā)電機作為雙軸的可調負載，兩個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(shù)字化矢量控制變頻傳動是指以矢量控制(VC)技術為主構成控制回路，以交流變頻為主回路換能方式，控制交流電機運行。由于VC技術的采用，交流電機數(shù)學模型與直流電機有了某種程度的一致。原來高品質直流傳動中使用的成熟的控制手段和控制理論得以借鑒。全數(shù)字化的應用還解決了模擬系統(tǒng)中電子器件參數(shù)受環(huán)境因素影響的問題，特別是溫度漂移問題。從而對系統(tǒng)精度的不可控影響因素得以消除，控制精度僅受微機字長、檢測元件精度影響，可以利用現(xiàn)有技術達到較高的傳動性能指標。
4系統(tǒng)軟件設計
4.1速度閉環(huán)和矢最控制的實現(xiàn)
針對同步方案的結構特點和矢量控制的特點，如果能用一個模糊控制器取代變頻器的速度PI調節(jié)器，能有效的提高整個系統(tǒng)的控制性能。而6SE70變頻器是一個工業(yè)產(chǎn)品，可通過參數(shù)設置，將速度PI調節(jié)器的積分部分關閉，將比例環(huán)節(jié)增益設置為1，同時將模糊控制器的輸出作為變頻器電流調節(jié)器的輸入，這樣就實現(xiàn)了交流電機速度控制環(huán)的模糊控制。其相關參數(shù)設置如下：
(1)設置P315=1。P315為Pl調節(jié)器增益的功能參數(shù)；
(2)設置P240為23001。P240為速度調節(jié)器積分時間功能參數(shù)，此設置封鎖積分作用；
(3)設置P220=0。讀入速度調節(jié)器轉速實際值；
(4)將參數(shù)自調整模糊控制器的輸出寫入P438。
其中第1步、第2步的設置關閉了變頻器的速度調節(jié)器，第3步設置關閉了速度反饋環(huán)節(jié)，第4步設置則用參數(shù)自調整模糊控制器取代了原有的速度調節(jié)器，完成了速度的閉環(huán)控制。
為了實現(xiàn)變頻器的矢量控制，就必須對變頻器的參數(shù)進行設置，選擇相應的控制方式。設置步驟如下：
(1)選擇功能參數(shù)菜單。P060有8個參數(shù)值，分別對應8種不同的功能菜單，我們選擇P060=5進入系統(tǒng)設置菜單；
(2)選擇開環(huán)/閉環(huán)控制方式。P100有5個參數(shù)值，分別對應著V/F控制、V/F控制(紡織工業(yè)用)、V/F控制+速度控制、無測速機的速度控制、有測速機的速度控制和轉矩控制，其中后3個屬于矢量控制。根據(jù)系統(tǒng)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(shù)。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(shù)會由系統(tǒng)自動計算；
(4)選擇工藝條件。根據(jù)本系統(tǒng)的特點，我們選擇Pll4=0，即選擇快速加速系統(tǒng)；
(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(shù)菜單。選擇P060=1，即退出了系統(tǒng)設置回到參數(shù)菜單，此時輸入的參數(shù)值將被檢驗是否合理。
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