基于pid的交流电机调速系统设计

基于pid的交流电机调速系统设计内容摘要：

设计 本设计用的是三相鼠笼异步电机，其额定电压为 380V。 三相鼠笼异步电 机的运行方式有星型和三角型，具体接线方法如图 25所示：本设计使用的是星型接法。 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 6 图 25三相鼠笼异步电机星、三角接法 测速计是一个传感器，将速度转换为相对应的电量 —— 电压，能够实时显示电机转速。 将鼠笼电机与测速计同轴连接，即可测量电机转速。 I/O 地址分配表 本实验有用外部来控制电机的运行，所以就用到 I/O 地址 . 如下表 26 表 26 I/O地址分配表 输入部分 输出部分 名称 地址 名称 地址 启动 模拟量 D/A 210 停止 中间继电器 模拟量 A/D 200 硬件接线图 以 PLC 为控制器、变频器为执行器、 测速计为测量装置的硬件图如 27 图 27硬件接线图 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 7 第 3 章 PLC 的软件设计 软件参数设计 由于本设计事先已经测得鼠笼电机在星型连接的情况下最高转速可到达1440r/min，这个转速经过测速仪转换后得到的电压是 ，而转速为 0是其相对测量转换电压为 0,故输入电压的量程选用 0~10V；输出也选 0~10V的电压量程。 CX— Programmer 具体个项参数的设置修改如下 ：如图 31 图 所以输入占用的 AD 0CH 信道地址 200CH；选用 12020 的分辨率。 输出使用DA0CH 信道地址 210CH， 运算控制的设计 用户根据实际需要设定一个设定值 —— 即电机转速，它与经过模拟量输入单元的滤波、转换，与测量仪器 —— 即转速仪，得到的测量值进行比较，得出偏差，偏差经过 PLC 的 PID 指令环节的比例积分单元进行调节，经过模拟量输出单元的转换，将结果输出，输出到执行器 —— 即变频器，同时也将结果送到微分环节做超前调节，变频器输出对应的频率信号，送到电机，表现出相应 的转速，再与设定值相比较，得到偏差，再进行调节如此循环，直到最终得到与设定值相差无几的转速。 本设计运算思路图如下 32： 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 8      /1//11 TiTia  目 标 值 滤 波  )/*1( //*  TdTdKp )//( TikpKp 设 定 值测 量 值++比 例 + 积 分 要 素操 作 量 图 32 设计思路图 其中 :Kp 比例常数 :Ti 积分时间 :Td 微分时间 : 2PID 参数 : 取样周期 : 不完全微分系数 编程 CP1H 模拟量输入 /输出单元 （ 1） A/D、 D/A 功能： A/D 是模拟数字转换，通常简称为：模数转换。 A/D 的作用是把连续的信号（如：声音信号，正弦电流信号等）变成离散的信号，方法就是：取样，量化，编码。 公式： A/D 数值 =F*   0/ AAs m  (2) 其中 F为分辨率， s为测速仪的测量值， Am为设置量程的最大值， A0为设置量程的最 小值。 D/A 是数字模拟转换 ,通常称为：数模转换。 D/A转换是将数字离散信号转变成为模拟连续信号。 公式： D/A数值 =   AAOMFS  (3) 其中 F 为分辨率， S 为输入 D/A 通道的数值， Am为设置量程的最大值， A0为设置量程的最小值。 编程的操作流程 注：由于 PID 在进行运算时，它的测量值与设定值的量必须为同一个量。 所以，必须要对测量值与设定值的量统一。 本编程中用的是转速作为统一量。 ①对于输入 的处理 在软件编程前，先要做量程的转换。 之前已经说明了，转速仪所测得的转速范围是 0~1440r/min，对应的电压信号为 0~，而我们设置 PLC 的模拟量的输入单元量程是 0~10V，故而必须要把相应的转速转换为 0~10V 对应的电压，即我们设置输入量程时应该 1920r/min。 其统一的公式为：  2112 /* kkll  (4) 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 9 其中 2l 为设置转速量程， 1l 为实际转速量程， 1k 为实际电信号量程， k 2为设置电信号量程。 本设计中我们使用的是 12020的分辨率，测速仪的数值在输送给模拟量通道后，模拟量通道（本实验是 200）里显示的数值已经转换成相应的数字量即 A/D转换，所以我们还要把相应的数字量转换为对应的转速量。 对应的公式为： 测量的转速 =  FSl 2 (5) 其中 F为分辨率， S 为模拟通道 200的数值， 2l 为输入的量程范围。 （ 1） 启动停止控制 图 331 启动停止控制图 作为开始按钮， 作为停止按钮。 （ 2） 输入信号的采集 图 332 输入信号采集图 由于在实际转换过程中涉及到小数的情况，所以不能简简单单的用二进制数的四则运算，要用到浮点数，这样才能保证计算的精确。 下图也是如此。 （ 3）输入的处理 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 10 图 333 输入处理图 如当 200 通道的数值为 6000 时，经 9601 2 0 0 06 0 0 01 9 2 0  此时 D8中的数值为 ，这就是测得的速度的值。 （ 4） PID 的处理 图 334 PID的处理图 由于 PID 中的处理数据为二进制，所以要将浮点数变为二进制。 （ 5）对于输出的处理 由于经过 PID 之后得到的数字量是经 PID 输出量程的转换值，而要将该数值转换为模拟量输出通道的输入值，就要进行必要的转换。 由于第六通道的设置可知，得到数字量的范围为 0~213，故而转换的公式 为： 模拟量输出通道的数值 =（ PID 输出 /213） *F 其中 F是分辨率 方法和输入通道一样，具体操作如下：如图 335 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 11 图 335 PID输出处理图 如 P D100中为 PID 的输出值，先将其转换为浮点数后进行数学运算。   1 0 81 2 0 0 021 0 0 13 DD  ,这时 108D 中的数值就是 PLC送给 D/A模块的数字量。 最后将 FIX（浮点到十六位 BIN）转换后的数据（即 D110）送给 210信道（ D/A首信道）就完成了。 （ 6）触摸屏程序的处理 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 12 图 336 触摸屏控制图 本段程序是用触摸屏对 PID 的参数的设置，由于触摸屏中的数据设置为 BCD码，而 PID 中为二进制数，所以要转换数字。 若不用触摸屏，则设置的程序如下图： 图 337 程序控制图 PID通道的设置 本实验中 PID 通道的设置数制为十六进制。 需要设置的通道为 C～ C+8。 基于 PID 的交流电机调速系统设计（偏软） 13 首通道 C 是设定值信道，该信道内仅仅就是为了设置用户希望达到的目标值，本设计中即是对应的转速。 第一通道 C+1是设定比例参数，第二通道 C+2为积分参数，第三通道 C+3为微分参数，第四通道 C+4为取样时间。 对于滤波 系数，本实验用其最大值， 163。 此外，当设定值 =测得值时输出为 0%；同时在输入条件上升及每个取样周期都将 P、 I、 D 的值反映到运算中；比例动作的方向为反方向，故而第五通道 C+5设置值为 1632。 在。