《课程设计（论文）-基于AC6611和变频器的电机调速系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-基于AC6611和变频器的电机调速系统设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、重庆科技学院课程设计报告院（系）:电气与信息工程学院 班 级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 设计题目: 基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计 完成日期： 2012 年 1 月 2 日 指导教师评语: 成绩(五级记分制): 教师签名: 基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计重庆科技学院课程设计任务书设计题目：基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计学生姓名课程名称 计算机测控系统 专 业 班 级地 点 I502 起止时间 11.12.1911.12.30设计内容及要求1. 接线图设计：使用 AC6611 和 MM420 变频器控制电机转速的所有接线图；包括接线
2、操作、M420 单独控制电机转速的试验和基本应用等。2. 程序设计(1)界面设计：主界面设计、设定转速曲线、实际转速实时趋势曲线等的设计。(2)数据采集与处理程序设计：AC6611 数据采集程序、D/A 输出程序，标度换算、数字滤波程序设计等。(3)电机速度的可编程曲线控制：开环控制电机的转速按预先设定的曲线变化；通过闭环控制（PID 调节）将电机的转速控制到任意设定转速（选作） 。3. 单回路 PID 参数的整定和分析（选作） 。要求：根据自己的学号与模 16 之余确定自己的 A/D 通道（采集电机的实际转速） ，据此设计相应的接线图；编写、调试和运行控制程序；整定 PID 参数满足相应的控
3、制要求（选作） ；撰写设计报告。设计参数1. 变频器：MM420；电机：具体参数见名牌2. 数据采集误差： 2.5V，低电压 2V ，低电压：10?求和并去除最大最小值求平均值返回定时器定时计数max、min 初值为第一次采样值A/D 采样 max采集到的数进入采样程序max=采集到的数min=采集到的数采集到的数存入数组保存YN基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计113.3 电机速度的可编程曲线控制开环控制是将电机的转速按预先设定的曲线变化，闭环控制是通过 PID 调节将电机的转速控制到任意设定转速。3.3.1 开环控制开环控制主要是确定设定转速，通过变频器控制电机转速，再通过 A
4、/D 采集电机实际转速，观察实际转速是否按设定值变化。其中设定曲线有恒定值、正弦波、方波、锯齿波四种方式，开环控制时幅值和周期也可调，幅值为 010V，周期为 020S。其中恒定值的设定速度为 sp=A*147.3，正弦波的设定速度为 sp=73.5*(A+A*sin(t*5*3.1415/T)+50*1473/4008，方波的设定速度为sp=A*147.3 与 sp=50*1473/4008，锯齿波的设定速度为sp=147.3*A*t/T+50*1473/4008；从中可以看出 sp 的最小值都不为 0，这样可以避免转速由 0 上升到某一值时实际转速曲线出现一个大的脉冲。设计中由开环控制的结
5、果如下图所示：图 3.3 控制曲线为恒定值基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计12图 3.4 控制曲线为正弦波图 3.5 控制曲线为方波基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计13图 3.6 控制曲线为方波3.3.2 闭环控制闭环控制也为 PID 控制，是通过计算设定值与实际值之间的差值，通过PID 算法，逐渐减小两者之间的差值，最终使实际值与设定值相等或在一定范围之内。本次设计采用数字 PID 增量型控制算法，增量算法不需要做累加，对控制量的计算影响较小，得出的是控制量的增量，并且易于实现手动到自动的无冲击切换。PID 控制算法的公式如下：()u(1)kk()21)(2)PI
6、DKeKekek为了编程方便，将上式整理成如下形式：)()(10qq其中增量式算法控制原理图如图 3.7 所示：TKpDI/2)210基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计14图 3.7 增量式算法控制原理图程序的编写如下：e=(sp-pv)*4.89/1473; DeltaUn=a0*e+a1*e1+a2*e2;Un=Un1+DeltaUn;if(Un100.0) Un=100.0; AC6611_DA(hDevice,3860);if(Un0) AC6611_DA(hDevice,0);Un1=Un;e2=e1;e1=e;4 单回路 PID 参数的整定和分析PID 参数整定方法就是
7、确定调节器的比例带 P、积分时间 Ti 和和微分时间 Td。一般来讲有两种方法，一种是理论计算法，另一种是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。在设计过程中用到的是第一种，经验法。PID 调节的顺序为“先比例，再积分，后微分” 。在程序编写过程中，对 PID 参数赋初值，P=100， I=999.9，D=0 ，为纯比例调节，运行过程中发现，实际转速曲线与设定转速之间有一定的余差；慢慢减小积分时间，发现实际转速曲线向设定转速靠近，但是过程很缓慢，如下图所示：基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计15图 3.8 加入积分后的过渡过程曲线进一步对 PID 参数进行调节，
8、减小积分时间，使余差消除越快，增大微分时间，加快系统控制速度，得到的曲线如下图所示：图 3.9 调整后的过渡过程曲线对 PID 参数再做进一步的调整，把 timer 的值加大，得到最终的衰减比较好的过渡过程曲线，如下图所示：基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计16图 3.10 最终结果的过渡过程曲线在对 PID 参数进行整定过程中，又进一步认识了 P、I、D 各参数对过渡过程曲线的影响，比例控制系统控制及时迅速，但是有余差；积分控制系统可消除余差，但是由于积分输出信号随时间逐渐增强，所以控制速度缓慢；微分控制系统可以超前控制，但是对静态偏差毫无控制能力，当偏差存在但不变化时，微分输出
9、为 0。当比例带 P 过大或积分时间 I 过长时均使输出系统迟缓，但是前者表现为曲线飘动大，后者表现为逐渐接近给定值。因此这三者一般都配合使用，构成 PID 控制系统，在控制作用中，比例作用是基础控制，微分作用是用于加快系统控制速度，积分作用是用于消除静差。5 系统调试5.1 软件系统调试1.在编写开环的控制曲线当中，当由恒定值切换到正弦波时，程序运行出错，经反复检查发现，当由恒定值切换到正弦波时，此时周期为 0，在正弦波的算法中出现了错误。可以先选幅值和周期，在选择不同的曲线控制方式，也可以给幅值和周期赋不为 0 的初值。2.在开环控制方式为方波时，编写好程序后运行，发现运行过程中只出现了半
10、个周期的高电平，检查发现将“=”误写为“=” ，改正后，控制曲线即为方波，在锯齿波的编写中同样要注意。3.在开环控制方式为正弦波、方波、锯齿波时发现，每次到设定值由 0 开基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计17始增加后，实时转速会出现一个脉冲，在多次实验中发现，当设定值由 0 开始增加后，相当于给变频器一个高压启动信号，此时应将正弦波、方波、锯齿波的设定值向上抬一点，对应的 D/A 输出的数字量也应向上抬一点。4.当由开环切换到闭环时，程序运行出错，于是想到分母不应为 0，于是把PID 算法的系数中的 P 改为一恒定值，但是运行后还是出错，最后在程序中给PID 各参数赋初值，运行后
11、没有出现错误。5.2 硬件系统调试1.MM420 用单相 220V 电压供电，因此只需接 L/L1、N/L2，不需接 L3，否则变频器的保险丝会被烧断。2.单独由控制曲线控制电机转速不需采集其转速时，电机测速显示正常，当电机测速与 AC157 端子板的 A/D 输入端、GND 相连时，发现读书出错，此时应在连线与 GND 之间接电阻，大概为 410K，接好后，发现读数基本一致。5.3 综合调试与结果分析在硬件和软件基本无误后，进行综合调试，发现实际转速曲线与控制转速曲线之间还有较大的误差与滞后，发现在标度变换时按理想值进行计算，转速01500r/min，A/D 输入 05V，数字量 02048
12、，但是实际测试时发现转速为01473r/min，A/D 输入 04.89V，数字量 02004，修改后发现设定值与实际值逼近效果很好，在 timer 设为 100 时在趋势图上能看到实时转速曲线有很明显的梯度，将 timer 值设为 500，采样点数增多，发现梯度明显降低，效果很好。调节好各量程转换和 timer 的值后，在开环控制为恒定值的方式中，采样误差0.5%，但是在其他曲线方式控制时，由于有时间的延时，误差会有点大；在闭环控制方式下，稳态误差：1%，动态误差：5%，基本达到了设计参数的要求，但是还有一些不足，如在不同控制方式或控制曲线切换时，画布并没有更新，视觉效果不是很好。6 结论通
13、过两周的计算机控制系统的课程设计，完成了基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计，本系统可以对电机进行开环或闭环的控制，开环控制使电基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计18机按预先设定的曲线变化，闭环控制通过 PID 调节将电机的转速控制到任意设定值。本系统在设计当中主要包括了硬件和软件的设计，在硬件设计当中，让我们更加深刻的了解了 AC6611 多功能过程通道卡、 AC157 端子板的 D/A 与A/D、变频器的使用方法和一些基本操作等等，在软件设计当中，利用C+Builder 软件编写界面程序、数据采集与处理程序、可编程曲线控制程序，对控件有了更深的认识并能够灵活利用，设计
14、中的重点是数据采集与处理程序，有 A/D 输入、D/A 输出、标度变换、数字滤波，同时对 PID 算法有了全面的理解，对 PID 参数也进行了整定和分析。在实际软件和硬件的操作当中，还是碰到了很多困难，但是经过自己查阅指导资料和同学老师的帮助，最后还是顺利的完成了本次设计。通过电机调速系统设计，使我对计算机控制系统有了一个更加深刻的认识，同时也了解了计算机控制系统的基本组成，知道了计算机控制系统控制一个系统的方法与途径。基于 AC6611 和变频器的电机调速系统设计19参考文献1胡文金等计算机测控系统重庆：重庆大学出版社，200362西门子MM420 变频器使用手册3李世平PC 计算机测控技术及应用西安：西安电子科技大学出版社，20034程展鹏.Borland C+Builder 6 应用开发技术解析北京：清华大学出版社，2003
