模糊矢量控制的多电机同步控制系统的设计方案

3.2 变频器装置

西门子6SE70系列变频器是一种电压型矢量变频器。它能利用处理器完成复杂运算、开环和闭环的控制、通讯等任务，保证生产过程控制精度和静态、动态的控制最优化。其动态响应不低于0.25%，静态精度不低于0.01%，能够满足控制系统的要求。本系统是要对交流电机实现高性能的速度控制，以实现交流电机同步速度的跟随，西门子6SE70矢量控制的标准软件包含两种基本的控制型式：频率控制适用于简单应用场合和成组传动高水平同步运转。磁场定向闭环控制(矢量控制)用于动态性能要求较高的传动系统。根据本系统的要求，我们选择闭环速度控制，这样能在较低转速时有较高的动态特性和高转速精度。其原理图如图2所示：

图2 带速度检测的闭环速度控制原理图

在6SE70变频器中，速度调节器为一个传统的比例积分(PI)调节器，无自适应能力。主要表现在两方面：

(1) PI控制器参数整定必须相对于某一系统参数己知的系统。

(2) PI控制器参数一旦整定完毕，便只能适用于已知的系统。

该实验系统中，主从电机为两台不同交流异步机，分别由两台变频调速控制器供电。主轴变频器控制信号由工控机按实验要求与合成误差控制器的叠加给定;从轴变频器控制信号是由工控机经协调控制策略，跟踪偏差实时计算后提供的;发电机分别与从电动机同轴相连的发电机作为双轴的可调负载，两个增量编码器分别与主、从轴发电机同轴相连，由此可获得速度、角位移信号及速度反馈信号。

全数字化矢量控制变频传动是指以矢量控制(VC)技术为主构成控制回路，以交流变频为主回路换能方式，控制交流电机运行。由于VC技术的采用，交流电机数学模型与直流电机有了某种程度的一致。原来高品质直流传动中使用的成熟的控制手段和控制理论得以借鉴。全数字化的应用还解决了模拟系统中电子器件参数受环境因素影响的问题，特别是温度漂移问题。从而对系统精度的不可控影响因素得以消除，控制精度仅受微机字长、检测元件精度影响，可以利用现有技术达到较高的传动性能指标。

4 系统软件设计

4.1速度闭环和矢最控制的实现

针对同步方案的结构特点和矢量控制的特点，如果能用一个模糊控制器取代变频器的速度PI调节器，能有效的提高整个系统的控制性能。而6SE70变频器是一个工业产品，可通过参数设置，将速度PI调节器的积分部分关闭，将比例环节增益设置为1，同时将模糊控制器的输出作为变频器电流调节器的输入，这样就实现了交流电机速度控制环的模糊控制。其相关参数设置如下：

(1) 设置P315=1。P315为Pl调节器增益的功能参数;

(2) 设置P240为23001。P240为速度调节器积分时间功能参数，此设置封锁积分作用;

(3) 设置P220=0。读入速度调节器转速实际值;

(4) 将参数自调整模糊控制器的输出写入P438。

其中第1步、第2步的设置关闭了变频器的速度调节器，第3步设置关闭了速度反馈环节，第4步设置则用参数自调整模糊控制器取代了原有的速度调节器，完成了速度的闭环控制。

为了实现变频器的矢量控制，就必须对变频器的参数进行设置，选择相应的控制方式。设置步骤如下：

(1) 选择功能参数菜单。P060有8个参数值，分别对应8种不同的功能菜单，我们选择P060=5进入系统设置菜单;

(2) 选择开环/闭环控制方式。P100有5个参数值，分别对应着V/F控制、V/F控制(纺织工业用)、V/F控制+速度控制、无测速机的速度控制、有测速机的速度控制和转矩控制，其中后3个属于矢量控制。根据系统的要求我们选择了有测速机的速度控制，即选择Pl00=4;

(3) 输入交流电机参数。在P101、P102、P107和P108，分别输入交流电机的额定电压、额定电流、额定频率和额定转速。而P103的电机励磁电流和P109电机极对数会由系统自动计算;

(4) 选择工艺条件。根据本系统的特点，我们选择Pll4=0，即选择快速加速系统;

(5) 电机编码器的选择。选择P130=11，即选择脉冲编码器;

(6) 返回到参数菜单。选择P060=1，即退出了系统设置回到参数菜单，此时输入的参数值将被检验是否合理。