變頻器的閉環控制

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成千上萬的變頻器和電機在主要機場運送行李 成千上萬的變頻器和電機在主要機場運送行李

我們已經提到過幾次如何使用閉環控制來保持恒定的溫度,壓力等,以及大多數變頻器是如何在變頻器中內置此功能的,因此幾乎不需要外部器件。讓我們詳細了解一下。

首先,讓我們談談開環和閉環控制之間的區別。如果我們使用泵來維持壓力,則可以將泵的速度設置為我們認為可以完成的速度,并希望達到最佳狀態,甚至在晚上將其調低一點。這是一個開環控制。

更好的解決方案是安裝壓力傳感器,并將其連接到控制泵的變頻器?,F在,變頻器會將這個實際(即測得)的壓力值與所需的壓力值(設定值)進行比較,并會連續調整泵的速度以將壓力保持在此水平(假設您已正確設置)。由于壓力傳感器的連接完成了回路(變頻器–電機–泵輸出–變送器–變頻器),因此該系統稱為閉環控制系統,如圖1所示。

Open and Closed Loop Control Systems圖-1 開/閉環控制系統


從飛機穩定系統到繞線系統中的張力控制,以及在保持壓力,流速,速度或溫度等更明顯的應用中,閉環控制無處不在。

閉環控制的關鍵問題是穩定性。如果您試圖控制一艘狹窄的船,您將了解這一點;拉舵柄,什么也沒發生;你再拉一點,船就開始轉彎。您回退舵柄,但是船繼續轉彎。您用另一種方法用力拉,最終將其拉直。沿著運河振蕩,直到您掌握了系統的延遲。在閉環系統中,可以通過仔細處理誤差來建立穩定性。誤差是設定值(期望值)和實際(反饋)值之間的差。該誤差適用于控制系統–船上的操縱桿,或工業上的變頻器。因此,在狹窄的船上,船指向的位置(實際值)和沿運河的正下方(設定點)的差就是誤差。

在典型的變頻器應用中,可以通過模擬輸入或固定值來設置設定值(例如壓力),而實際值可以通過連接到另一個模擬輸入的壓力傳感器來設置。然后,該誤差會不斷調整電機速度?,F在要獲得良好的控制和穩定性,您需要處理誤差信號。在狹窄的船上,您很快就學會不要將舵柄轉動得太快,并放慢對誤差的反應。變頻器通過控制誤差信號的比例增益和積分(濾波值)來實現此目的。誤差的微分值很少使用,但是比例,積分和微分這三個術語是閉環控制系統的代名詞;PID系統。

讓我們仔細看看。如果我們將誤差乘以一個常數,則代表增益。如果此常數是一個很高的值,那么誤差會很小,我們將在狹窄的船上將舵柄搖晃。顯然潛在地不穩定。如果常數是一個低值,我們的響應將不足以糾正誤差。

如果現在通過積分誤差來添加一個“阻尼”因子,這將減慢系統的響應速度,這在控制時間以秒為單位的狹窄船只上很有用。再次,積分項太高,響應將太慢;值太低,我們將再次振蕩,因為系統阻尼不足。

如果我們區分錯誤信號,這將對必須限制過沖的一些系統有所幫助,但這是非常不尋常的。

顯然,窄船的P,I和D值將與快速系統(例如,繞線機張力控制)的P,I和D值不同。因此,變頻器中的通用控制系統允許設置P,I和D值,從而幾乎可以穩定任何閉環系統。圖2顯示了在典型的PID系統中如何處理錯誤。

Error Processing圖-2 錯誤處理


在實踐中,我們如何使用變頻器?我們在變頻器中內置了PID控制器(或E3變頻器上的PI控制器),因此我們只需要合適的傳感器或反饋信號即可控制變量。像大多數工程學一樣,如果基礎知識正確,其余的工作就很簡單。確保來自傳感器的反饋信號能夠為您提供期望的值,并確保在加速和減速電機時,電機以可預測的方式變化。首先開環運行系統以進行檢查。如果傳感器信號為2.3至5.7V,則可以相應地縮放與其連接的模擬輸入。如果傳感器電壓隨著電機速度的增加而增加,則很好;如果它掉落(也許您正在使用真空泵),則需要更改參數(E3上的P-43,P2和Eco上的P3-04)以告訴變頻器以這種方式工作。您還可以更改反饋信號和設定值信號的來源,這樣設定值可以來自固定的存儲值。

一旦傳感器信號看起來不錯,就可以在變頻器中啟用閉環控制并查看會發生什么(E3上的P-12 = 5,P2和Eco上的P1-12 = 3)。 它可能會保持良好和穩定,不需要任何調整。如果不穩定,您可以嘗試調整P和I項;如前所述,通常不需要D項。在E3變頻器上,P和I分別通過參數P-41和P-42進行調整。在P2和Eco P3-01,P3-02和P3-03上調整P,I和D –所有閉環參數均為P3-XX組。

一個建議是增加P項直到其振蕩,將其稍微回退并增加一點I。這有點像妖術,但是不要偏離默認設置太遠并且可以從經驗中學習??刂篇M窄的船可能會比較困難,但至少您可以在酒吧停下來沉醉一下。

閉環控制通常用于控制溫度,壓力或流速的應用中,但是還有許多其他應用; 例如,在纏繞系統中保持張力,如圖3所示。跳動臂移動電位器,該電位器產生一個信號,指示被纏繞材料的張力。這被反饋到變頻器,該變頻器調整卷繞機的速度以保持張力恒定。

Tension Control in a winding application圖-3 繞組應用中的張力控制


在Eco和P2變頻器上,還有一些其他有用的參數??梢躁P閉斜坡以提高響應速度,可以設置各種限制,如果出現諸如爆管的問題,變頻器可以檢測到并關閉它,而不是平整運轉并淹沒該位置。Eco變頻器具有其他功能,例如級聯控制和PID休眠功能。這些參數是通用閉環控制器的實用補充。

許多變頻器應用是在開環或與其他控制系統結合使用的,但是對于簡單的應用,內置的閉環控制可能非常有用。