電機控制論文范文第1篇
摘 要：運用PLC技術、步進電機控制技術和組態監控技術，對切藥機系統進行改造，設計了PLC控制的自動切藥機系統。采用西門子S7-200 CPU226 PLC，輸出PTO脈沖信號控制M415B步進電機驅動器，驅動步進電機42J1834-810，從而控制上、下皮帶運動，把需要切削的藥物送到指定位置進行切削，并利用組態王監控軟件實現系統的操作監控。實踐表明，改造后的系統運行更加穩定、可靠、安全，易操作，易監控。
關鍵詞：西門子PLC；自動切藥機；步進電機；組態王
一、系統總體設計
為了實現切藥的安全性、可靠性以及生產的連續性，提高切藥的自動化水平，達到減輕勞動強度，改善操作環境，從而實現生產的綜合管理。在充分考慮本工程切藥工藝特性的基礎上，結合切藥機工作的現狀，按照具有先進技術水平的現代化系統的理念對原有系統進行改造、設計。
（一）系統設計目地及要求
自動切藥機系統實施改造的目標：（1）集中管理、分散控制。整個切藥系統處理工藝的控制由三級組成：第一級：就地控制，即現場電氣控制的按鈕等直接控制。第二級：過程控制，基于PLC的智能化現場監控系統。第三級：監控管理，實現整個系統的運行監視、質量管理和數據服務；（2）功能完善、管理有序。中央控制室實施整個系統的運行監視、數據服務和設備管理；實時顯示、靜態和動態運行工況?，F場監控系統具有本地，遠程兩種操作模式。對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統的安全可靠運行。
（二）系統結構設計
使用PLC控制步進電機驅動器，再由驅動器來驅動防爆步進電機，防爆步進電機帶動皮帶的傳動從而控制進料的長度；通過PLC控制兩個氣缸，其中一個氣缸控制固定夾的夾緊與松開另外一個氣缸控制切刀的起落，從而完成切料的工作；通過溫度傳感器來檢測切刀的溫度，當切刀溫度達到設定值后，系統停止動作，發出警報。使用組態監控軟件對系統工作的整個過程進行監控，實時顯示靜態和動態運行工況。
二、系統硬件設計
PLC控制的自動切藥機系統的硬件主要由PLC控制模塊、步進驅動模塊、氣動控制模塊等組成。
（一）PLC控制模塊
根據系統的控制要求，選用西門子S7-200 CPU 226CN PLC作為控制器，它具有24個輸入點與16個輸出點，而且該PLC具有高速脈沖輸出PTO（Pulse Train Output，脈沖串輸出）功能，可以驅動步進電機運動。當系統切藥的切削速度過快時，將導致切削刀口溫度過高，容易產生火花，引起炸藥燃燒或者爆炸，帶來安全隱患。因此，通過溫度傳感器進行切削刀口溫度檢測，并把檢測溫度送入PLC進行處理，并在監控軟件中顯示。如果溫度超過系統設定溫度，進行報警，并自動停機。
（二）步進驅動模塊
步進驅動模塊由步進電機和步進驅動器組成。自動切藥機系統有兩套步進驅動模塊，分別控制上皮帶、下皮帶的運動。
步進驅動器接收PLC發出的高速脈沖信號及方向電平信號，并將這些信號轉換成驅動步進電機的信號。步進電機旋轉方向由方向電平控制；步進電機旋轉速度由脈沖信號的頻率控制；步進電機旋轉角度由脈沖信號的數目控制。
選用四相步進電機42J1834-810，與之配套的驅動器選用美國IMS公司生產的M415B細分型步進電機驅動器。42J1834-810步進電機步距角為 。通過驅動器設置細分精度，最高可以達到12800個脈沖電機轉一圈。步進電機驅動器M415B細分設定由撥碼開關SW4、SW5、SW6設定。設置SW4=ON、SW5=OFF、SW6=ON，細分設置為800步數/圈，即800個脈沖使步進電機轉一圈，此時步距角為 。
三、系統軟件設計
（一）程序設計
軟件采用模塊化設計方法，主要由主程序、Q0.0（控制上皮帶步進電機）輸出脈沖子程序、Q0.1（控制下皮帶步進電機）輸出脈沖子程序等模塊組成。
（二）主程序設計
主程序首先檢測上、下皮帶的運動方向，裝入脈沖串值，然后調用Q0.0、Q0.1輸出脈沖子程序，并判斷脈沖串輸出是否完成，最后判斷定位是否完成。
（三）監控系統設計
系統的上位機監控軟件采用組態王。組態王開發監控系統軟件，是新型的工業自動控制系統，它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。
四、結論和建議
由于本系統被控對象的特殊性，所以系統的控制核心思想一直圍繞系統的安全性進行設計。具有以下特點：（1）設備改造前的所有功能全部實現，硬件線路除控制線路外不作任何改動；（2）切刀在切藥的時候，由于和藥有摩擦，會使切刀表面的溫度升高，當溫度達到炸藥的臨界爆炸點時，很容易引燃或引爆炸藥。所以經此考慮，采用高精度溫度傳感器對切刀的溫度進行實時的監控，并在監控畫面上顯示出來，當溫度達到設定值時，系統立即停機散熱，在監控畫面上報警，顯示報警原因，提醒操作人員；（3）由于現場加工環境的特殊性，將PC機設在中央控制室，可以通過PC機操作切藥機，同時在現場安裝就地操作面板，方便操作員在現場進行操作；（4）切藥機在工作過程中，實時監測送料電機的方向及轉速并與設定值比較，如不一致驅動器將發出錯誤報警，并在監控畫面上顯示出來；（5）在生產現場安裝高清防爆攝像頭，對生產現場進行監控。
實踐表明，改造后的切藥機系統運行更加穩定、可靠、安全，易操作，易監控。
參考文獻：
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[作者簡介]劉庭輝（1970.02-），男，四川瀘州人，高級技師，研究方向：電氣維修；劉浩然，技術員，研究方向：電氣維修。
電機控制論文范文第2篇
摘要：針對傳統發電機勵磁控制系統用于感性沖擊負載存在啟動電流過大過載導致發電機啟動失敗機組燜機的缺陷，提出一種新的勵磁控制方法，以實現不同負載電流、不同時間發電機組輸出不同電壓，并介紹了系統的結構和原理，實驗結果顯示此方法適合于啟動較大功率的空調、水泵等感性沖擊負載。
關鍵詞：勵磁控制，自動電壓調節，感性沖擊負載
1.引言
現有通用中小型汽油、柴油交流發電機組中，帶有自動電壓調節器的發電機組由于輸出電壓穩定，諧波含量較少而深受廣大用戶的偏愛。自動電壓調節器作為發電機組勵磁系統的重要組成部分，一直是各界研究的一個重要課題。[1]
目前市場上常見的自動電壓調節器多采用輸出電壓閉環調節的控制方式，即根據發電機輸出交流電壓控制轉子勵磁占空比：當輸出電壓偏高，減小轉子勵磁占空比；當輸出電壓偏低，增大轉子勵磁占空比。這種控制方式對于我們日常生活中照明、加熱等一些常見阻性負載適應性較好，但對于水泵、空調壓縮機等感應電動機負載，由于啟動瞬間電流較大或者過載情況，輸出電壓下降，在電壓閉環調節作用下，自動電壓調節裝置會工作在最大占空比狀態，機組瞬間輸出功率遠大于機組實際輸出能力，常常導致啟動失敗，甚至機組燜機損壞。
本文介紹的一種新的發電機勵磁控制方法可以有效解決上述難題，啟動較大功率容量的空調、水泵等感性沖擊負載。
2.勵磁控制系統的組成與工作原理
本文介紹的控制方法克服了現有技術缺陷，針對感性負載啟動瞬間，由于沖擊電流過大導致啟動失敗的情況，提供一種基于負載電壓、負載電流、負載持續時間自動調節勵磁輸出，從而控制發電機組輸出功率的控制方法。一方面，將負載電流作為影響勵磁輸出的一個因素，實際上是將輸出電流和輸出電壓關聯起來，根據不同的輸出電流控制發電機組的輸出功率，防止機組因為輸出功率過大而造成燜機損壞；另一方面，由于將負載持續時間作為影響勵磁輸出的另一個因素，實際上是利用機組慣性，瞬間輸出較大的沖擊功率，能使機組頂住感性負載啟動瞬間的沖擊，使感性負載成功啟動。
發電機勵磁控制系統包括電壓測量電路，電流測量電路、功率轉換電路和主控單元電路以及過流保護器短路控制電路等。電壓測量電路測量發電機輸出電壓，并將所測結果輸出給主控單元；電流測量電路測量發電機輸出電流，并將所測結果輸出給主控單元；主控單元電路根據電壓測量電路和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路的輸出占空比。圖1為本發電機勵磁控制系統框圖。
主控單元電路根據電壓測量電路和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路的輸出占空比，其工作特征為：當電流測量電路輸出低于設定值時，主控單元主要根據電壓測量電路的輸出動態調節功率轉換電路輸出占空比，以維持發電機輸出電壓穩定；當電流測量電路輸出高于設定值時，主控單元電路根據電壓測量電路的輸出、電流測量電路的輸出和負載持續時間循環改變功率轉換電路的輸出占空比，使發電機在極限功率輸出和設定功率輸出兩種狀態之間循環。
其中發電機工作在設定功率輸出狀態下且電流測量電路輸出高于設定值時，主控單元根據電壓測量電路的輸出和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路輸出占空比，使得發電機工作在降電壓輸出模式、恒功率輸出模式和恒電流輸出模式。
3.控制系統的控制流程
設定輸出功率模式為降電壓輸出模式的控制系統控制流程圖如圖2所示。當發電機組由發動機帶動旋轉到一定轉速后，系統開始建壓，主控單元以一恒定的頻率f循環讀取負載電流測量電路輸出值I。如果I小于等于設定值Is，勵磁輸出主要根據電壓測量電路輸入V進行動態調節勵磁輸出占空比，使發電機處于穩壓輸出環節；如果I大于設定值Is，進一步讀取系統計數器值T，如果T為0，則將T賦值為Tm，如果T大于0，則將T減1，減1后如果T還大于極限功率輸出時間T0，勵磁輸出占空比主要根據負載電壓動態調節，以實現穩壓輸出，此時由于電流和電壓都比較大，發電機組處于輸出功率開環模式，即極限功率模式；減1后如果T小于等于T0，勵磁輸出進一步根據I適當減小，使輸出電壓降低，這樣發電機功率輸出處于閉環控制模式，即設定功率輸出模式。當下一個計時周期到達時，讀取負載電流測量電路輸出值I并重復上述過程。
設定輸出功率模式為恒功率模式和恒電流模式與降電壓模式原理類似，不再贅述。
4.實驗結果
本文所述的發電機勵磁控制模塊實物如圖3所示。其中白色線為18V交流電壓采樣線，藍色線為輸出負載電壓采樣線，紅黑線為發電機碳刷線，棕色線為斷路器線束，另由電流互感器負責負載電流取樣。
實驗基于2.5KW的汽油發電機組，負載電流、負載電壓和勵磁裝置主控單元控制方式轉換觸發波形如圖4所示。示波器CH1波形為負載電壓波形，CH2為電流互感器輸出經過整流后的信號，CH3波形為沖擊電流觸發波形（即系統控制模式轉變觸發信號），CH4波形為負載電流波形?？梢钥吹剑寒斚到y處于設定功率輸出狀態時，如電流測量電路輸出高于設定值（CH2），系統發出模式轉換觸發信號（CH3）使系統根據電壓測量電路的輸出和電流測量電路的輸出控制功率轉換電路輸出占空比，使發電機輸出電壓適當下降（CH1），這樣在機械系統慣性作用的配合下使輸出電流瞬間能大幅提高（CH4）。
本勵磁裝置已成功應用于某型2.0kW左右的發電機組，該型發電機組可以讓一臺1.5匹的空調成功啟動并平穩運行，即使空調在異常斷電停機的情況也可以順利啟動，此時啟動電流瞬間可以達到25A左右。而市場上正常的2.0kW的發電機組啟動過程中會因為啟動電流太大而導致機器直接熄火。
5.結語
本文提出了一種發電機勵磁控制系統控制方法，根據負載電壓、負載電流和負載持續時間同時控制輸出勵磁占空比，以實現不同負載電流、不同時間發電機組輸出不同電壓。該控制方法利用發電機組系統慣性可以循環實現發電機瞬間大電流沖擊輸出。相比于相同容量的傳統發電機組，更適合于較大功率的空調、水泵等感性沖擊負載。
參考文獻
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[2]賴廣顯 新型柴油發電機組. 人民郵電出版社，2004.
電機控制論文范文第3篇
2、關于異步電動機相關保護策略探究
3、高壓電機的自動化控制技術及電氣調試
4、風電電氣自動化中的問題及優化措施研究
5、基于PLC的電氣自動化綜合實訓裝置開發與實踐
6、“互聯網+教育”背景下基于學習軌跡分析的多教師協作模塊化教學模式探究
7、對煤礦供電設備的安全防護與電氣保護技術研究
8、民辦高職院?！峨姍C與電氣控制技術》課程探索
9、分析感應式電氣變速器的電磁耦合與解耦控制技術
10、項目教學法在電機與電氣控制課程中的應用
11、《電機與電氣控制技術》課程教學改革與實踐
12、電氣工程概論綜述與發展方向淺析
13、直流與交流運動控制系統對比研究
14、淺析電機拖動與控制技術課程改革
15、35KV10KV電氣系統常見故障探析
16、關于對新能源汽車及電機驅動的控制技術的探析
17、高壓電機及開關電氣試驗自動化測試系統研究
18、淺談《電機與電氣控制技術》一體化教學模式
19、高職《電機與電氣控制技術》教學改革芻議
20、優化教學模式提高人才培養質量
21、綜合工程實驗教學示范中心的建設與思考
22、關于新能源汽車及電機驅動的研究
23、基于超星學習通的《電氣控制與PLC》課程混合式教學探索與實踐
24、淺談電氣工程自動化實驗的操作
25、項目教學法在電機拖動與控制技術課程教學中的實踐、反思與建議
26、變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用
27、創新人才培養模式的探索
28、淺談電機拖動與控制課程教學改革的實踐
29、面向行業的地方高校自動化專業人才培養模式探討
30、《電機與電氣控制》課程改革
31、電機與電氣控制課程考核方式改革研究
32、電氣工程與智能控制專業課程體系建設探索與實踐
33、電氣自動化理論與實訓課程改革研究
34、“電氣控制與PLC”課程教學研究
35、簡述電氣自動化在機電工程中應用
36、淺談《電機與電氣控制技術》課程“師生互動”教學新模式
37、《電機控制設備的安裝調試與維修技術》課程改革的探究
38、淺談電氣控制系統（ECS）的應用和發展
39、人工智能技術在電氣自動化控制中的應用思路分析
40、新能源汽車電機驅動控制技術的研究
41、淺談《電氣運行與控制技術》課程的教學方法探究
42、基于工程教育認證的自動化類專業課程體系探究
43、機電設備電氣安裝調試運行中的常見質量故障及策略探析
44、《電機與電氣控制技術》課程改革與研究之我見
45、高校建筑電氣與智能化專業改革的實踐探索
46、老課程走新路，三個轉型提升“電機學”教學水平
47、基于“理工融合”理念的“電機學”課程教學的改革與實踐
48、電氣工程及其自動化專業應用型人才培養探索
49、淺談《電機與電氣控制技術》實驗教學改革
電機控制論文范文第4篇
摘要：從分析影響某型號導彈再入空氣舵機單元測試教學訓練效果的制約因素出發，利用PLC智能控制、機電液一體化技術、虛擬現實等方法，研制了某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備。介紹了某導彈再入空氣舵機及其工作原理，在此基礎上對系統硬件各功能模塊的設計制作過程進行了闡述，并對系統軟件的設計思路和實現方法進行了說明。試驗結果表明，該系統性能穩定、可操作性強，減少了動裝用裝次數，提高了教學訓練效果，可延長導彈武器系統的使用壽命，具有較高的軍事意義和經濟效益。
關鍵詞：再入空氣舵機；模擬訓練裝備；單元測試；PLC
0 引言
再入空氣舵機作為導彈控制系統在導彈再入段飛行的執行機構，已被用于多種型號的彈道式導彈上，其控制精度和對控制信號的響應速度，對提高導彈的命中精度有很大的影響。對于再入空氣舵機這樣一個結構復雜、儀器精密的導彈武器裝備，涉及電工、液壓和空氣動力學多方面的知識，并且再入空氣舵機在地面測試過程中的通電時間有著嚴格的時間要求限制。目前在火箭軍導彈基層部隊訓練和院校教學過程中，某型號導彈的再入空氣舵機單元測試受通電時間所限，只能依靠教練員的講解加上部分實裝圖片、Flash動畫演示以及短期的操作訓練進行崗位任職技能培訓，這種方式方法已經無法滿足火箭軍土官應對實戰化教學訓練的需求，導彈再入空氣舵機操作號手不能直觀地認識和體驗其內部部件的連接方式和工作過程，不利于操作號手深化原理、認知裝備的訓練需求，成為制約火箭軍部隊土官操作訓練與院校理論教學的瓶頸問題。為了提高再入空氣舵機測試操作的訓練效果和教學質量，延長導彈武器設備的使用年限，研制了基于PLC的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備。
1 再入空氣舵機簡介
某導彈是我國遂行特定作戰任務要求的殺手锏武器，為了提高突破PAC3愛國者導彈防御能力、提升精確打擊能力，在導彈的再入飛行段，再入空氣舵機通過對彈頭飛行姿態（俯仰、偏航、滾動）的控制，實現彈頭的機動飛行、景象匹配及克服干擾穩定飛行。某導彈再入空氣舵機有4個相互獨立的伺服控制回路，每個控制回路均由閥控作動筒、電液伺服閥、反饋電位計、伺服放大器等組成，再入空氣舵機組成結構框圖如圖1所示。
伺服作動器是再入空氣舵機的執行元件，將伺服閥輸出的高壓油轉換成具有一定速度的活塞桿的運動并由此帶動空氣舵的擺動；電液伺服閥是舵機液壓系統的轉換和放大元件，將伺服放大器輸出的功率很小的指令信號變換并放大成一定功率的高壓液體油輸入作動器，推動活塞桿運動；反饋電位計是系統的反饋元件，同時也是系統位移輸出的監測元件；燃氣渦輪動力裝置根據控制系統指令，產生高溫、高壓的燃氣流，吹動渦輪轉子高速旋轉，經減速器減速帶動油泵轉子旋轉，輸出——定流量——定壓力的液壓油，將渦輪的旋轉機械能轉化為液壓能。
2 再入空氣舵機的基本工作原理
導彈彈頭再入大氣層后，根據控制系統的指令，產生高溫、高壓的燃氣流，吹動渦輪轉子達到高速旋轉并輸出一定的轉矩和轉速，經減速器減速帶動油泵，油泵輸出一定流量和壓力的液壓油至空氣舵機的液壓系統，整個伺服系統處于零位待命狀態。液壓系統的溢流閥自動調節流向控制回路的油液的流量。
當彈頭進行程序飛行、景象匹配或克服干擾穩定飛行時，控制系統給舵機的四個控制回路發出相應的指令信號，經彈上再入控制放大器的變換放大，成為伺服閥的控制電流，伺服閥根據指令信號極性和大小，使伺服作動器的活塞桿產生相應的運動并經過搖臂帶動空氣舵的舵面擺動。
作動器活塞桿帶動反饋電位器作相應的運動，輸出一個正比舵擺角位置的反饋信號，并以負反饋的形式與指令信號進行綜合比較，形成液壓系統的閉環控制?？諝舛嬖谖恢蒙袭a生相應的控制力矩，改變彈頭的俯仰、偏航或滾轉的姿態。隨著彈頭姿態的變化，指令信號不斷地改變，空氣舵擺角在伺服作動器活塞桿的帶動下亦隨著控制指令同步變化，實現了舵面擺動的隨動控制。
3 系統硬件設計與實現
根據某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的設計要求，按照“結構仿真、電氣等效、信號模擬、現象一致”的原則，結合該導彈再入空氣舵機及其單元測試的特點和工作原理，利用PLC智能控制、機電液一體化技術、虛擬現實等方法，確定了基于PLC的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的硬件結構，如圖2所示。
由圖2不難看出，導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備硬件包含控制回路和能源回路兩個不同回路。其中能源回路的功用是為系統提供一定的液壓壓力，為控制回路的正常工作提供能源，其主要設備有油箱、蓄能器、直流電動機、溢流活門、柱塞泵、安全閥門、油濾組件等。而系統的控制回路是再入空氣舵機控制系統的核心，主要由電液伺服閥、伺服放大器、反饋電位器和作動筒等組成，其作用是為系統提供控制信號，控制能源回路執行機構產生相應的動作，反饋回路的作用是檢測能源回路動作，進而判斷整個再入空氣舵機系統能否已按照控制指令完成相應的控制任務。
該系統的控制電路采取功能仿真的方法進行設計，使用PLC構成再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備的控制系統。硬件部分的設計主要包括：PLC、驅動板、各設備電路、接口模塊等部分。采用成熟的智能檢測與控制方法，以PLC為核心，配合自主研發的驅動板和接口板，使系統能夠實時地采集各種反饋信號并及時地輸出相應的控制信號。綜合各子系統不同的功能需求，采取成熟工業控制技術，設計制作了總線控制板、I/O輸入輸出板、A/D轉換板、電機和數碼管驅動板等各種功能接口板，完成信號采集、開關量控制、時序控制、電平轉換等功能，并通過驅動板滿足部分器件和電路的功率需求。外圍接口模塊主要結構如圖3所示。
再入空氣舵機控制單元測試電路功能模塊主要采用對外接口功能仿真，即利用某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備可以完成技術陣地再入空氣舵機零位測試、運行時間測試、動態性能測試、靜態性能測試等測試項目的測試，對再入空氣舵機的頻率特性、階躍特性、位置特性進行全面的檢測，同時系統能夠實時地檢測再入空氣舵機油面壓力、充氣壓力、液壓油溫度等主要技術指標：結合某導彈再入空氣舵機單元測試流程，通過單元測試模擬軟件，給導彈再入空氣舵機發送各種控制指令，模擬裝備根據系統發出的指令類型結合單元測試進程，模擬單元測試過程中的各種現象，并在測試操作面板上顯示各種狀態信息。再入空氣舵機單元測試操作面板如圖4所示。
PLC綜合處理由再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備發來的操作控制信號，將操作控制信號發送到外圍接口設備處理模塊，協調各分電路工作，實現各分系統信息同步：同時將相關的控制信號上傳到教學機終端，進行操作訓練監控與管理并實現多媒體教學互動。
導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備實時接收測試操作控制面板發送的控制信號，通過串口與上位機進行實時的信號傳遞，實現軟件演示系統同步刷新電路、氣路和液路工作原理演示的功能，可形象、直觀地展現再入空氣舵機各部件結構、工作過程及其連接關系，對操作號手掌握單元測試原理、認知再入空氣舵機結構組成，具有很好的支撐作用。
3 系統軟件設計與實現
為了提高編程效率，軟件系統采用了模塊化設計，主要包括主控軟件、通信軟件、故障診斷軟件、虛擬仿真軟件、教學管理軟件等，系統軟件組成框圖如圖5所不。
主控軟件：主要是配合相應的硬件電路并進行控制邏輯和操作過程的仿真，完成再入空氣舵機單元測試操作訓練過程中各種信號的采集、計算、輸出。在單元測試操作過程中，根據號手的操作動作在各顯示界面之間進行跳轉，并完成測試數據的自動判讀?？刂栖浖目刂屏鞒虉D如圖6所示。
通信軟件：主要完成PLC與上位機以及PLC與各l/O模塊之間通信，為了簡化硬件設計，該系統采用的是RS232串行通信協議。
虛擬仿真軟件：為了提高教學訓練效果，系統采用Unity3D和FlasH相結合的方法對系統的工作過程和工作原理進行動態演示，使操作號手能夠直觀的看到再入空氣舵機單元測試過程中裝備狀態的變化情況。
故障診斷軟件：主要是通過建立故障庫的方法，記錄操作動作，并結合操作流程進行分析判斷，給出測試操作成績，為操作號手的操作等級評定提供事實依據。
4 結論
本文研制的某導彈再入空氣舵機單元測試模擬訓練裝備，硬件上綜合運用了機電液一體化技術、嵌入式智能控制技術和虛擬仿真技術，集成了某導彈再入空氣舵機單元測試的操作訓練功能與理論教學功能，研制完成后的系統如圖7所示。經部隊和相關院校試用后，試驗結果表明，該系統可完成某導彈技術陣地再入空氣舵機零位測試、運行時間測試、動態性能測試、靜態性能測試等測試項目，解決了再入空氣舵機的頻率特性、階躍特性、位置特性測試過程中存在的工作過程難演示、工作原理難學習、故障現象難仿真等問題，減少了導彈部隊動用實裝訓練的次數，保證了操作號手教學訓練時間，提高了部隊的訓練效果和院校的教學質量。
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電機控制論文范文第5篇
關鍵詞：永磁同步電機,同步控制,單神經元,PID,偏差耦合
永磁同步電機( PMSM) 由于轉子結構采用永磁體替代了異步電機勵磁繞組的機構,降低了轉子的發熱問題,并且由于永磁同步電機體積小、功率因數高、密度高及低速轉矩大等優勢逐漸被應用在需要高速運行、負載變化大和短時工作制的領域,同時使得在PMSM上采用全封閉結構和直驅控制方式成為了可能。但是由于永磁同步電機自身結構對同步性的要求,每臺電機需單獨配備一套牽引變流器,并且與異步電機存在轉速、轉差不同,PMSM對轉速同步性要求較高,電機之間轉速差過大會使擦輪嚴重,如果控制不當,會降低傳動系統的性能[1~3]。因此,筆者針對以上問題提出一種多電機同步控制策略。
1永磁同步電機簡介1
多電機同步控制是指系統中的電機按照相同轉速運行,并且轉速變化是同步的[4,5]。目前多電機同步控制策略主要有并行控制方式、主從控制方式、虛擬總軸控制方式、交叉耦合控制方式及偏差耦合控制方式[6]等。
PMSM的物理結構如圖1所示。
建立數學模型之前,先做如下假設:
a. 忽略鐵心飽和,不計渦流和磁滯損耗;
b. 永磁材料的電導率為零;
c. 轉子上沒有阻尼繞組。
相繞組中感應電動勢的波形為正弦波。那么基于dq軸旋轉坐標系下的PMSM的數學模型為:
式中id、iq———d、q軸初級電流;
J ———轉動慣量;
Ld、Lq———d、q軸初級電感;
p ———電機極對數;
Rs———初級等效電阻;
Te、TL、T0———電磁轉矩、負載轉矩和空載轉矩;
ud、uq———d、q軸初級電壓;
ψd、ψq———d、q軸初級磁鏈;
ψf———永磁體有效磁鏈;
Ωr———轉子機械角速度。
2基于單神經元偏差耦合多電機控制
2.1單神經元PID控制器設計
單神經元PID控制器( 圖2) 具有自學習和自適應能力,其結構簡單、環境適應能力強,并且具有較強的魯棒性,是對傳統PID控制的一種改進和優化[7],可根據被控對象參數變化進行自適應調節,在一定程度上解決了控制對象復雜和參數慢時變對系統控制上的不足。
圖2中,xi( k) ( i = 1,2,3) 為神經元的3個輸入量,反映的是期望輸出和系統給定的偏差狀態。 在此,將系統給定設為y*( k) ,實際輸出為y( k) , 兩者的偏差為e( k) ,x1( k) 、x2( k) 、x3( k) 是偏差e( k) 經過狀態變換器,變換成神經元學習進行控制所需要的狀態,性能指標為:
神經元PID的輸出信號u( k) 為:
由式( 5) 可知,xi( k) ( i = 1,2,3) 分別對應常規PID的P項、I項、D項,改變式( 6) 中的 ωi( i = 1,2,3) 就相當于改變P、I、D這3個系數,從而形成具有自學習和自調整能力的神經元PID控制器,他們對應的權 值分別為 ω1( k) 、ω2( k) 和 ω3( k) 。筆者采用有監督Hebb學習算法,其神經元的學習過程為:
式中c ———常數,這里取c = 0;
ri( k) ———遞進信號;
z( k) ———誤差信號,z( k) = e( k) ;
η———神經元學習速率,η > 0。
因此可得:
其中K為神經元比例系數,K > 0; ηP、ηI、ηD分別為比例、積分、微分學習速率。綜合考慮多種運行狀況將 ηP、ηI、ηD和K分別設定為0. 5、0. 3、 0和0. 2,加權系數 ω1( 0) 、ω2( 0) 、ω3( 0) 分別設定為0. 3、0. 3、0. 3。
由于單神經元學習算法不能直接用傳遞函數加以描述,因此筆者采用S函數編寫模型。單神經元PID控制器仿真模型如圖3所示。
2.2偏差耦合控制器設計
電機同步控制方式中的并行控制方式是將各電機進行并聯,每個電機接收的指令來自同一指令單元,這種控制方式適用于結構簡單的系統,即系統采用同型號的電機,能保持各電機轉速同步, 但缺點是相對整個系統該控制方式沒有檢測各電機間的轉速差值,因此抗擾動能力弱[8]。
主從控制方式是設定一個主電機,其余電機轉速跟隨主電機轉速進行變化,而主電機不跟隨從電機進行變化,因此這種控制方式適用于電機有明顯主從關系的系統。
交叉耦合控制方式是在并行控制方式的基礎上增加了電機轉速的檢測和反饋。電機之間的轉速跟隨其他電機轉速的變化而變化,但是這種方式經過驗證僅適用于兩臺電機同步控制的場合。
偏差耦合控制方式是在交叉耦合控制方式的基礎上進行了改進,將各個電機轉速反饋值經MUX和DEMUX環節進行整合后,通過轉速補償對電機轉速進行調節( 圖4) 。筆者利用單神經元PID控制器替代傳統轉速補償,使其更有效地解決被控對象之間的轉速跟隨、過程跟隨及動態性能匹配等非線性問題,更好地實現了多電機間的同步控制。
筆者采用3臺永磁同步電機進行同步控制研究,同步控制方式采用偏差耦合控制方法,并用單神經元PID控制器代替傳統轉速補償模塊。系統仿真模型為: 采集各個電機轉速,經單神經元PID控制器,將調節后的轉速誤差信號與給定轉速進行負反饋后送入PMSM調速系統。
3系統仿真實驗
筆者利用Matlab7建立了永磁同步電機雙閉環控制系統模型( 圖5) ,采用有監督Hebb學習算法的單神經元PID控制器,并將其引入到傳統偏差耦合多電機同步控制中,替代了轉速補償模塊。
PMSM額定參數為: 額定電壓UN= 300V,額定頻率fN= 100Hz,定子電阻Rs= 0. 9585Ω,電感Ld= Lq= 5. 25m H,轉子永磁 體磁通 ψf= 0. 1827Wb,電機極對 數p = 4,摩擦因子F = 0. 0003035N·m·s。3臺電機轉動慣量分別為: 0. 6329、0. 6429、0. 6529g · m2。仿真實驗從以下兩個方面來驗證筆者提出方法的合理性。
轉速突變。負載轉矩TL= 2N·m,初始給定轉速n1*= 300r / min,當t = 0. 1s時,轉速變為n2*= 1000r / min,當t = 0. 3s時,轉速降低 為n3*= 100r / min。根據實驗結果分析當給定轉速變化時,各個電機轉速的響應性、跟隨性和波動性。實驗波形如圖6所示。
3臺電機在t = 0. 1s時的同步轉速誤差曲線如圖7所示。
通過圖6、7可以看出,由于采用具有監督Hebb學習方法的單神經元PID控制器替代傳統轉速補償模塊,使得基于改進的偏差耦合多電機同步控制系統具有很強的自調節能力,當轉速突變時,系統超調小、魯棒性強、電機間轉速很快達到同步。
突加負載擾動。電機以n*= 1000r / min空載啟動,當t = 0. 1s時,各電機突 加負載TL= 3N·m; 當t = 0. 3s時,各電機的負載減少為TL= 1N·m。仿真實驗轉速波形和局部放大波形如圖8所示。
從圖8可以看出,當電機給定轉速空載啟動時,各個電機轉速基本無超調,跟隨性好。當t為0. 1、0. 3s突然加減負載擾動時,電機間調節時間短、魯棒性好,很快進入同步狀態。
4結論
4.1由于采用有監督Hebb學習算法的單神經元PID控制器,學習速率ηP、ηI、ηD取值裕度比較大,而根據公式可知增益K取值非常重要,取值偏大會增大系統超調,偏小會增加系統響應時間。
4. 2建立了PMSM單神經元PID的偏差耦合控制數學模型,利用Matlab7搭建了系統仿真模型, 對轉速突變和突加、減負載兩個方面進行仿真實驗分析,通過實驗結果說明有監督Hebb學習算法的單神經元PID運用到偏差耦合多電機同步控制系統中,使系統具有良好的自適應能力,能夠有效地減小超調甚至無超調,提高系統響應能力,增加系統的魯棒性,充分驗證了筆者提出基于單神經元PID的偏差耦合多電機同步控制方法的合理性。
參考文獻
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