3.2 變頻器裝置

西門子6SE70系列變頻器是一種電壓型矢量變頻器。它能利用處理器完成復雜運算、開環和閉環的控制、通訊等任務，保證生產過程控制精度和靜態、動態的控制最優化。其動態響應不低于0.25%，靜態精度不低于0.01%，能夠滿足控制系統的要求。本系統是要對交流電機實現高性能的速度控制，以實現交流電機同步速度的跟隨，西門子6SE70矢量控制的標準軟件包含兩種基本的控制型式：頻率控制適用于簡單應用場合和成組傳動高水平同步運轉。磁場定向閉環控制(矢量控制)用于動態性能要求較高的傳動系統。根據本系統的要求，我們選擇閉環速度控制，這樣能在較低轉速時有較高的動態特性和高轉速精度。其原理圖如圖2所示：

圖2 帶速度檢測的閉環速度控制原理圖

在6SE70變頻器中，速度調節器為一個傳統的比例積分(PI)調節器，無自適應能力。主要表現在兩方面：

(1) PI控制器參數整定必須相對于某一系統參數己知的系統。

(2) PI控制器參數一旦整定完畢，便只能適用于已知的系統。

該實驗系統中，主從電機為兩臺不同交流異步機，分別由兩臺變頻調速控制器供電。主軸變頻器控制信號由工控機按實驗要求與合成誤差控制器的疊加給定;從軸變頻器控制信號是由工控機經協調控制策略，跟蹤偏差實時計算后提供的;發電機分別與從電動機同軸相連的發電機作為雙軸的可調負載，兩個增量編碼器分別與主、從軸發電機同軸相連，由此可獲得速度、角位移信號及速度反饋信號。

全數字化矢量控制變頻傳動是指以矢量控制(VC)技術為主構成控制回路，以交流變頻為主回路換能方式，控制交流電機運行。由于VC技術的采用，交流電機數學模型與直流電機有了某種程度的一致。原來高品質直流傳動中使用的成熟的控制手段和控制理論得以借鑒。全數字化的應用還解決了模擬系統中電子器件參數受環境因素影響的問題，特別是溫度漂移問題。從而對系統精度的不可控影響因素得以消除，控制精度僅受微機字長、檢測元件精度影響，可以利用現有技術達到較高的傳動性能指標。

4 系統軟件設計

4.1速度閉環和矢最控制的實現

針對同步方案的結構特點和矢量控制的特點，如果能用一個模糊控制器取代變頻器的速度PI調節器，能有效的提高整個系統的控制性能。而6SE70變頻器是一個工業產品，可通過參數設置，將速度PI調節器的積分部分關閉，將比例環節增益設置為1，同時將模糊控制器的輸出作為變頻器電流調節器的輸入，這樣就實現了交流電機速度控制環的模糊控制。其相關參數設置如下：

(1) 設置P315=1。P315為Pl調節器增益的功能參數;

(2) 設置P240為23001。P240為速度調節器積分時間功能參數，此設置封鎖積分作用;

(3) 設置P220=0。讀入速度調節器轉速實際值;

(4) 將參數自調整模糊控制器的輸出寫入P438。

其中第1步、第2步的設置關閉了變頻器的速度調節器，第3步設置關閉了速度反饋環節，第4步設置則用參數自調整模糊控制器取代了原有的速度調節器，完成了速度的閉環控制。

為了實現變頻器的矢量控制，就必須對變頻器的參數進行設置，選擇相應的控制方式。設置步驟如下：

(1) 選擇功能參數菜單。P060有8個參數值，分別對應8種不同的功能菜單，我們選擇P060=5進入系統設置菜單;

(2) 選擇開環/閉環控制方式。P100有5個參數值，分別對應著V/F控制、V/F控制(紡織工業用)、V/F控制+速度控制、無測速機的速度控制、有測速機的速度控制和轉矩控制，其中后3個屬于矢量控制。根據系統的要求我們選擇了有測速機的速度控制，即選擇Pl00=4;

(3) 輸入交流電機參數。在P101、P102、P107和P108，分別輸入交流電機的額定電壓、額定電流、額定頻率和額定轉速。而P103的電機勵磁電流和P109電機極對數會由系統自動計算;

(4) 選擇工藝條件。根據本系統的特點，我們選擇Pll4=0，即選擇快速加速系統;

(5) 電機編碼器的選擇。選擇P130=11，即選擇脈沖編碼器;

(6) 返回到參數菜單。選擇P060=1，即退出了系統設置回到參數菜單，此時輸入的參數值將被檢驗是否合理。