基于变频器pid功能的plc控制变频恒压供水系统

基于变频器pid功能的plc控制变频恒压供水系统内容摘要：

） b1E1（ K1） （ 6） 式中 a1 = e – T/TB； a2 = KB1 )1( BTTe ； b1 = b0 WTTe ； b0 = K )1/()1( WB TTTT ee   ； K是差分方程阶次。 从实验中用阶跃响应曲线测得系数的 KW、 Z及 TW后，就可分别求出 a1， a2，b0， b1，四个参数。 电机 和水泵系统传递函数的建立 电机动态过程描述 电动机的输出转矩不仅与定子电压有关，而且还与电动机运行时的转差率 s 有关。 电动机输出转矩与定子电压和转差率是非线性的。 在通常情况下，机泵拖动系统在近恒定转速运转，其特点是转差率小于临界转差率Sk，也可称电动机工作在线性区。 在调压调速过程中，电动机的转速通常需要降低较多，此时也称电动机工作在非线形区，其特点是转差率大于临界转差率。 为了便于分析，设法将其进行简化。 在线形工作区，一般 s〈〈 1，因而可以认为（ R1+R2/s）〉〉（ X1+X2）。 忽略电抗部分，则（ 1）式 分母可以简化为（ R1+R2/s）178。 （ R1+R2/s），又因为一般情况下 R1 和 R2 相近，所以当 s〈〈 1时， R1〈〈 R2/s。 因此在线形工作区（ 1）式可简化为 M=K 178。 U 178。 U 178。 S （ 2） 在非线形工作区，当 s〉 Sk 以后， X1+X2〉 R2+R2/s，若忽略了电阻 R1+R2/s。 则（ 1）式可简化为 M=K178。 U178。 U/s （ 3） 在调速中，主要研究电动机非线形工作区的情况，所以下面主要根据（ 3）式结合负载特性对系统进行分析。 调速时电动机的转差率 s 在临界转差率 Sk 和 1 之间；电动机定子电压 U可以在 0 至额定电压 Ue 之间调节。 在此区间内，电动机辽宁工程技术大学课程设计 13 的转矩曲线是光滑的，所以（ 3）式的偏导数都将是连续的。 因此，可以在电动机工作点附近取得线形化模型。 对于电动机构成的拖动系统，其转矩平衡关系为 Jdw/dt+T（ w） =T（ U， w） （ 4） 通常负载转矩石碓 w 也是可导的。 当 w=wo 及 U=Uo 时，设电动机产生的转矩T（ Uo， wo）正好等于负载转矩 T（ wo）相平衡，即 T（ Uo， wo） =TL（ wo），此时 dw/dt=0，于是电动机的转速将保持恒定。 如果输入的电压出现增量△ U，使电动机输入电压变为 Uo+△ U，电动机输出转矩由此变化，拖动系统的转速也将因此而由原来的 wo 变化为 wo+△ w，在这种情况下（ 4）式可写 Jd（ w+△ w）/dt+T（ w+△ w） =T（ U+△ U， w+△ w） （ 5） 因为 T（ w）及 T（ U,w）在 U=Uo及 w=wo 邻域对变量 U 及 w 存在连续的偏导数，所以可将其分别线形化为 TL（ wo+△ w） =TL（ wo） +dTL/sw│ wo178。 △ w， T（ Uo+△ U， w+△ w） =T（ Uo,wo）， 将以下两式代入（ 4）式后整理得调压工作条件下异步电动机的运动方程为 Td 178。 d△ w/dt+△ w=Kd178。 +△ U （ 6） 可得电动机拖动系 统的小范围动态传递函数 ω（ S） /U（ S） =Kd/Td178。 S+1 （ 7） 由以上分析可知，电动机拖动系统可以看作是一阶惯性环节，其系统的时间常数Td 和传递函数 Kd 与负载特性方程和系统的转动惯量有关。 本设计的供水过程 供水管网从压力等于零的初始状态，开始启动水泵运行，到压力达到给定值为止，要经历两个过程，首先，水泵要将水从水箱送到管网，这个过程压力基本保持零，因此它是一个纯滞后过程。 第二阶段，水泵将水充满整个管路，压力也随着增加，直到压力达到设定值为止，这两个过程综合起来，可以认为供水系统水压建立过程的数学模型为一个纯滞后的一阶惯性环节，即 SS eKsG   110 )( NT K—— τ 1—— “姓名” ： 基于变频器 PID 功能的 PLC 控制变频恒压供水系统 14 τ 2—— T—— N—— 对系统的动态性能的分析 设 r（ t） =1， T=5s， K=1，则对开环传函 G（ s）舍去因为采样周期 T 大而近似为零的幂指数项，进行 Z 变换可得 G（ z） =（ 11/z） /z1，则闭环传函数Φ（ z）=（ 11/z） /z1，因为 R（ z） =z/z1，所以 C（ z） =（ 11/z） /（ z1/z1+1/z178。 z），用综合除法求的 C（ z） =178。 1/z+1/z178。 z+178。 1/z178。 z178。 z+...，由采样函数的意义可得， C（ 0T） =0， C（ T） =， C（ 2T） =1， C（ 3T） =， C（ 4T） =，C（ 5T） =， C（ 6T） =， C（ 7T） =， C（ 8T） =， C（ 9T）=， C（ 10T） =， C（ 11T） =， ...由此可以给出离散系统的近似性能指标：上升时间 tr=2，峰值时间 tp=4，调节时间 ts=12，超调量δ %=40%。 对系统稳定性的分析 供水系统选用远传压力表作为反馈元件。 其量程为 10kg/cm2，输出电压为 5V，这样，则对应的每 公斤压力是 500mV，当压力偏差信号的变化在 20mV以内时，由于计算量化误差，使得计算机的输出保持不变，加之电路网的一些元器件的误差，至每一个次过渡过程结束，系统从零压到三台水泵全部投入运行，在压力达到给定值的最大响应时间 10 秒，流量变化177。 5%时的最大动态压降为 ，调整时间为 6 秒，这是供水系统允许的。 系统的静态误差在 ，此绝对误差完全能满足供水系统的要求的。 在 Z 域中分析：由闭环传函特征方程 1+（ 11/z） /（ z1） =0，可以得出 z=+1或者 z=1，即 z 的模为 1，系统处于临界稳定状态。 在 w 域中分析，令 z=w+1/w1，则可得 w=0，和 z 域得出的结论相同，系统闭环临界稳定。 在工程实际中，不存在临界稳定状态，因此要对系统进行校正，使之有更好的稳定性能。 动态指标 供水系统采用了三台水泵并联的节能运行方式。 各泵之间加了一个类似于电路辽宁工程技术大学课程设计 15 中的二极管的止回阀，当系统已经有一台水泵转数提高到某一转速，才能把止回阀打开，并且为了减小对电网的冲击，电动机采用软起动，即从零开始运行，因此，系统有较长的过渡过程时间和较大的动态压降。 为了使系统有更好的响应速度，进行最 小拍 设计。 D（ z） =Φ（ z） /Φ e（ z）178。 G（ z）， G（ z） =（ 11/z） /z1， 由给定 的输入信号，则Φ e（ z） =（ 11/z）178。 （ 11/z）， 所以 )/11(1/)/11/()]}/1())[(/1(2{)( zzzzzzD  “姓名” ： 基于变频器 PID 功能的 PLC 控制变频恒压供水系统 16 5 变频器的选用 变频调速系统是以大规模专用集成电路 HEF4752 为核心构成的控制电路，由HEF4752 产生的三相 SPWM 信号经隔离、放大后，驱动由 IGBT 构成的三相逆变器，使之输出 SPWM 的波形，实现异步电动机变频调速。 系统硬件。