技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。

背景技術(shù)：

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。比如軋鋼分廠的可逆軋鋼機(jī)、機(jī)修分廠的龍門(mén)創(chuàng)床那樣需要經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡可能地縮短直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的一個(gè)重要因素。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速。

直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相比，其制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、維修困難，需備有直流電源才能使用。但因直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過(guò)載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高

的場(chǎng)合。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場(chǎng)合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用，高精度金屬切削機(jī)床，大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)、城市電車(chē)等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在直流調(diào)速系統(tǒng)中，效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種直流調(diào)速方法，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速性能優(yōu)良、可靠性高的的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，主要包括：

a．系統(tǒng)初始化；

b．同時(shí)電流環(huán)采樣時(shí)間以及轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間是否到達(dá)；如果電流環(huán)采樣時(shí)間到達(dá)，則執(zhí)行步驟c，否則繼續(xù)采樣，如果轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間到達(dá)則執(zhí)行步驟d，否則繼續(xù)采樣；

c．判斷反饋電流是否小于一個(gè)設(shè)定的較小值，如果小于，則對(duì)電流進(jìn)行積分控制，否則進(jìn)行數(shù)字比例積分控制，對(duì)電流進(jìn)行相應(yīng)控制后，執(zhí)行步驟e；

d．對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)字比例積分控制；

e． 數(shù)字觸發(fā)器觸發(fā)，控制電動(dòng)機(jī)調(diào)速；

f．系統(tǒng)診斷是否有轉(zhuǎn)速故障，并顯示轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步地，所述電流環(huán)的的控制方法具體為，首先判斷速度給定與速度反饋是否為0，若成立，將電流調(diào)節(jié)器輸出鎖“0”，保證不誤起動(dòng)，若不為0，則正常工作，在進(jìn)行電流環(huán)控制前，再對(duì)采樣所得的電流反饋進(jìn)行判別，若小于某個(gè)設(shè)定值ε，則認(rèn)為電流已經(jīng)斷續(xù)，則進(jìn)行積分運(yùn)算，反之，進(jìn)行比例積分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)電流的自適應(yīng)控制，經(jīng)控制后得到的控制量通過(guò)數(shù)字觸發(fā)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

進(jìn)一步地，在轉(zhuǎn)速環(huán)中，電流環(huán)步驟每循環(huán)執(zhí)行5次，轉(zhuǎn)速環(huán)執(zhí)行1次。

本發(fā)明各實(shí)施例的，由于主要包括：對(duì)電流和轉(zhuǎn)速同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的PID控制調(diào)節(jié)；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中直流調(diào)速系統(tǒng)中，效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等缺陷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自診斷功能。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。

下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

具體地，一種直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，主要包括：

a．系統(tǒng)初始化；

b．同時(shí)電流環(huán)采樣時(shí)間以及轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間是否到達(dá)；如果電流環(huán)采樣時(shí)間到達(dá)，則執(zhí)行步驟c，否則繼續(xù)采樣，如果轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間到達(dá)則執(zhí)行步驟d，否則繼續(xù)采樣；

c．判斷反饋電流是否小于一個(gè)設(shè)定的較小值，如果小于，則對(duì)電流進(jìn)行積分控制，否則進(jìn)行數(shù)字比例積分控制，對(duì)電流進(jìn)行相應(yīng)控制后，執(zhí)行步驟e；

d．對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)字比例積分控制；

e．?dāng)?shù)字觸發(fā)器觸發(fā)，控制電動(dòng)機(jī)調(diào)速；

f．系統(tǒng)診斷是否有轉(zhuǎn)速故障，并顯示轉(zhuǎn)速。

所述電流環(huán)的的控制方法具體為，首先判斷速度給定與速度反饋是否為0，若成立，將電流調(diào)節(jié)器輸出鎖“0”，保證不誤起動(dòng)，若不為0，則正常工作，在進(jìn)行電流環(huán)控制前，再對(duì)采樣所得的電流反饋進(jìn)行判別，若小于某個(gè)設(shè)定值ε，則認(rèn)為電流已經(jīng)斷續(xù)，則進(jìn)行積分運(yùn)算，反之，進(jìn)行比例積分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)電流的自適應(yīng)控制，經(jīng)控制后得到的控制量通過(guò)數(shù)字觸發(fā)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

在轉(zhuǎn)速環(huán)中，電流環(huán)步驟每循環(huán)執(zhí)行5次，轉(zhuǎn)速環(huán)執(zhí)行1次。

初始化模塊主要是在執(zhí)行功能前，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器送數(shù)或清零，電流環(huán)及轉(zhuǎn)速環(huán)采樣時(shí)間判斷是利用PLC中的1ms定時(shí)器完成的。電流環(huán)的輸出Uk送至數(shù)字觸發(fā)器獲得移相控制角α去觸發(fā)晶閘管。運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)自行進(jìn)行故障診斷，并在需要時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)速顯示。

速度給定信號(hào)是調(diào)速系統(tǒng)的主令控制信號(hào)，模擬系統(tǒng)中常用電位器調(diào)節(jié)給出，在PLC構(gòu)成的DDC系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)數(shù)字給定，可利用當(dāng)M8000接通后，D3中的數(shù)據(jù)即從D1逐漸地變到最終值D2，所需時(shí)間為n個(gè)掃描周期。

當(dāng)輸出D3結(jié)束(達(dá)到D2值)時(shí)，由于M8026為ON狀態(tài)，則傾斜輸出的最終值可保持住。由此D3可獲得給定變化規(guī)律，合理設(shè)計(jì)梯形圖還可獲得軟停止及其他變化規(guī)律的數(shù)字給定。

速度檢測(cè)常用的方法之一是用測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，然后進(jìn)行反饋。

DDC系統(tǒng)中需將這一電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換才能輸入PLC，方法之二是采用主軸脈沖發(fā)生器作為速度反饋檢測(cè)元件，它可將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，以脈沖的方式輸入PLC，通過(guò)計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)即可測(cè)出電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)采用方法二在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)工程實(shí)際情況一般轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣周期取10ms，為此可使用10ms定時(shí)計(jì)數(shù)方法來(lái)測(cè)量速度。在PLC中，設(shè)有―速度檢測(cè)功能指令，它可測(cè)出10ms內(nèi)的脈沖數(shù)，并將其送給PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)寄存器用于速度控制。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流檢測(cè)的常用方法是用電流互感器TA將整流變壓器二次

側(cè)的交流電流變換成0-5V的交流電壓，經(jīng)二極管整流及阻容濾波變成直流電壓，模擬系統(tǒng)直接將該電壓作為電流反饋電壓，單片機(jī)構(gòu)成的DDC系統(tǒng)將該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)當(dāng)然也可用模擬量I/O模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。由于只有一路模擬量需要轉(zhuǎn)換，為降低成本，此處采用VFC電壓頻率轉(zhuǎn)換器將電流反饋

電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，通過(guò)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，可計(jì)算出反饋電

壓Ui的大小。此處選用NS公司的31系列VFC典型器件。 工程上電流環(huán)采樣周期為1到3ms，此處選采樣周期為2ms，由于電流反饋電壓已轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號(hào)，可采用類(lèi)似于轉(zhuǎn)速檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)電流反饋檢測(cè)，將電流脈沖送入PLC的X1高速計(jì)數(shù)端，計(jì)數(shù)時(shí)間選為K2、D8存放正比于電流反饋電壓的脈沖密度。

在電流環(huán)子程序中，首先判斷速度給定U*n與速度反饋Un

是否為0，若成立，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，需將電流調(diào)節(jié)器輸出鎖“0”，保證不會(huì)誤起動(dòng)，若不為0，則正常工作。在進(jìn)行電流環(huán)控制算法的運(yùn)算前，再對(duì)采樣所得的電U*k流反饋Ui進(jìn)行判別，若Ui小于某個(gè)設(shè)定值ε，則認(rèn)為電流已經(jīng)斷續(xù)，則進(jìn)行I運(yùn)算。反之，進(jìn)行PI運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)電流的自適應(yīng)控制。經(jīng)控制算法后得到的控量

再經(jīng)晶閘管控制角的最小α角或β角限制后，就得到了U*k值。

在轉(zhuǎn)速環(huán)中，由于轉(zhuǎn)速采樣周期為10ms，電流采樣周期為2ms，

電流環(huán)子程序執(zhí)行5次，轉(zhuǎn)速環(huán)執(zhí)行1次。

至少可以達(dá)到以下有益效果：提高了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速效率以及提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得電動(dòng)機(jī)可在較寬范圍內(nèi)調(diào)速。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。