變頻器PID閉環(huán)控制功能在恒壓供水中的應(yīng)用

易驅(qū)變頻器PID閉環(huán)控制功能在恒壓供水中的應(yīng)用

發(fā)布日期：[2007-10-28]    共閱[33]次

恒壓供水方案－PID閉環(huán)控制功能應(yīng)用。一般按照工藝對(duì)控制性能的要求，來(lái)選擇比例常數(shù)Kp和積分常數(shù)Ki。比例控制KP加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。當(dāng)KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢;積分環(huán)節(jié)Ki通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ki太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ki偏大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)Ki合適時(shí)，過(guò)渡過(guò)程比較合理。微分控制Kd可以改善動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)Kd偏大時(shí)，超調(diào)量δd較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)Kd偏小時(shí)，超調(diào)量δp也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)，只有Kd合適時(shí)，可以得到比較滿意的過(guò)渡過(guò)程。
PID調(diào)節(jié)過(guò)程首先引入比例控制KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，但是加大KP只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。然后引入積分控制Ki，消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。最后引入微分控制Kd，減小超調(diào)量，改善系統(tǒng)品質(zhì)。變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)是按照工業(yè)供水需求設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)控制品質(zhì)良好，響應(yīng)速度快。實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中取得了良好的效果。本系統(tǒng)只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。

　概況
●三臺(tái)立式離心泵由變頻器和可編程控制器為主體的控制柜控制取水灌溉，管道以環(huán)狀網(wǎng)為主體，主干管為直徑150、200和250mm的球墨鑄鐵管，支干管為直徑90mm的塑料管。全網(wǎng)裝有一百多個(gè)閘閥把水送到每個(gè)地塊，在閥門后接上水管配備微噴灌設(shè)施就可以灌溉。
　控制要求
●維持水壓恒定
●手動(dòng)－自動(dòng)供水選通運(yùn)用手動(dòng)，自動(dòng)兩種方式進(jìn)行供水。
●三臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行當(dāng)正在運(yùn)行的水泵不能滿足恒壓供水要求時(shí)，自動(dòng)增減運(yùn)行泵。由于系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器控制三臺(tái)水泵，而變頻器每次只能控制一臺(tái)水泵，因此除改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速外，還要在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)增加和減少在工頻運(yùn)行的水泵的臺(tái)數(shù)來(lái)維持水壓恒定。所以事先確定增減水泵臺(tái)數(shù)的條件和次序非常重要。當(dāng)正在控制某臺(tái)水泵運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到頻率上限，而管道中壓力傳感器反饋的電流信號(hào)值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)出加泵信號(hào)，將變頻器控制下運(yùn)行的水泵投入工頻，并啟動(dòng)下一臺(tái)泵供水。當(dāng)管道中壓力傳感器反饋的電流信號(hào)值達(dá)到預(yù)設(shè)值，正在控制某臺(tái)水泵運(yùn)行的變頻器輸出頻率降到頻率下限時(shí)，發(fā)出減泵信號(hào)，切除在工頻運(yùn)行的一臺(tái)泵，若只有一臺(tái)泵運(yùn)行，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。
●當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水時(shí)自動(dòng)喚醒。
●泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警
●考慮到水泵電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)危險(xiǎn)，必須保證其頻率不低于10Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。
●系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過(guò)程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動(dòng)盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動(dòng)作過(guò)程太快，會(huì)有回流損壞變頻器。
●考慮到管網(wǎng)覆蓋面積大，泵站海拔相對(duì)低，遠(yuǎn)端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必須維持5kg(均為壓力表的顯示值)。
　變頻器PID控制原理簡(jiǎn)介
變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號(hào)供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。
水壓由安裝在管網(wǎng)的干線上壓力傳感器檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)，反饋給變頻器和PLC。變頻器根據(jù)設(shè)定的給定值（變頻器控制端口AI1設(shè)定）和反饋的實(shí)際值（變頻器控制端口AI2反饋），即根據(jù)恒壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號(hào)，利用PID控制自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來(lái)調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題分析

    步進(jìn)電機(jī)作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候，
感覺電機(jī)工作時(shí)有較大的發(fā)熱，心存疑慮，不知這種現(xiàn)象是否正常。實(shí)際上發(fā)熱是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，
但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進(jìn)電機(jī)發(fā)  
1，步進(jìn)電機(jī)為什么會(huì)發(fā)熱？

任何電機(jī)都會(huì)發(fā)熱，只是發(fā)熱程度不同罷了。對(duì)于各種步進(jìn)電機(jī)而言，內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，
通電會(huì)產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說(shuō)的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，
還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。
銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，
電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。  
3，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱的合理范圍？
  電機(jī)發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機(jī)內(nèi)部絕緣等級(jí)。內(nèi)部絕緣性能在高溫下（130度以上）才會(huì)被破壞。
所以只要內(nèi)部不超過(guò)130度，電機(jī)便不會(huì)損壞，而這時(shí)表面溫度會(huì)在90度以下。所以，步進(jìn)電機(jī)表面溫度在70-80度都是正常的
簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量方法有用點(diǎn)溫計(jì)的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不超過(guò)60度；用手只能碰一下，大約在70-80度；
滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。

4，步進(jìn)電機(jī)工作方式不同，發(fā)熱也不同。

  遇采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在靜態(tài)和低速下，電流會(huì)維持相對(duì)恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，
電機(jī)內(nèi)部反電勢(shì)升高，電流將逐步下降，力矩也會(huì)下降。因此，因銅損帶來(lái)的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時(shí)一般發(fā)熱高，
高速時(shí)發(fā)熱低。但是鐵損（雖然占的比例較�。┳兓�的情況卻不盡然，而電機(jī)整個(gè)的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。  
  5，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱會(huì)影響步進(jìn)電機(jī)的工作壽命嗎？  
電機(jī)發(fā)熱雖然一般不會(huì)影響電機(jī)的壽命，對(duì)大多數(shù)客戶來(lái)說(shuō)沒必要理會(huì)。但是，嚴(yán)重的發(fā)熱會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。
如電機(jī)內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化，會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高速會(huì)容易失步。
又如有些場(chǎng)合不允許電機(jī)的過(guò)度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測(cè)試設(shè)備等。因此對(duì)電機(jī)的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制。
我們的步進(jìn)電機(jī)用在鋼鐵機(jī)器人上，環(huán)境溫度100多度，至今工作正常。  
  6，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題的解決方案？  

  1，如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有自動(dòng)半流模式，盡量讓其工作在半流狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)步進(jìn)電機(jī)全流工作發(fā)熱最大 。

  2，如果負(fù)載力矩范圍允許的情況下，可以把電機(jī)額定電流降下來(lái)，比如5A電機(jī)，讓其工作在4A狀態(tài)下；
步進(jìn)電機(jī)的工作電壓越高，其高速

  3，選擇低電阻，低電流的步進(jìn)電機(jī)，減少銅損和鐵損。

  4，加裝風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制散熱。