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中國風(fēng)機(jī)信息網(wǎng)編纂，圖手札息 電念頭軟啟動(dòng)器實(shí)用技術(shù)[1] 作 者： 劉利，王棟 主編出 版 社： 中國電力出書社出書時(shí)間： 2010-1-1開 本： 16開I S B N ： 9787508390321定價(jià)：￥30.00內(nèi)容簡介 本書內(nèi)容工程、各個(gè)方面，反映了最新技術(shù)，重視理論與典型使用實(shí)例相連系。本書適合于從事電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制、電氣自動(dòng)化等領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員和各工礦企業(yè)的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等黌舍自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)的參考教材。目錄 前言第1章 交流異步電念頭軟啟動(dòng)器根蒂根基1.1 引言1.2 交流異步電念頭的直接啟動(dòng)1.3 交流異步電念頭啟動(dòng)裝配的分類1.4 交流異步電念頭各類啟動(dòng)裝配的特征1.5 電念頭啟動(dòng)裝配的綜合評(píng)價(jià)1.6 交流異步電念頭各類啟動(dòng)方式的比力1.7 交流異步電念頭軟啟動(dòng)技術(shù)的成長1.8 交流異步電念頭軟啟動(dòng)器的相關(guān)尺度第2章 交流異步電念頭軟啟動(dòng)器原理2.1 交流異步電念頭的啟動(dòng)特征2.2 晶閘管交流調(diào)壓電路分析2.3 軟啟動(dòng)器的基來源根基理2.4 電念頭在軟啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械特征2.5 軟啟動(dòng)器的工程組成第3章 交流異步電念頭軟啟動(dòng)器主電路結(jié)構(gòu)3.l 諧波的影響3.2 軟啟動(dòng)器主電路的設(shè)計(jì)原則3.3 低壓軟啟動(dòng)器(1100V以下)電路結(jié)構(gòu)3.4 中高壓軟啟動(dòng)器(6000V及以上)電路結(jié)構(gòu)3.5 晶閘管的選擇與使用第4章 交流異步電念頭軟啟動(dòng)器的控制方式4.1 電壓斜坡控制方式4.2 電壓突跳控制方式4中國風(fēng)機(jī)信息網(wǎng)編纂.3 電流限幅控制方式4.4 電流斜坡控制方式4.5 具有限流功能的電壓斜坡控制方式4.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式4.7 轉(zhuǎn)矩控制方式4.8 智能控制4.9 分級(jí)變頻控制方式4.10 停車控制方式4.11 運(yùn)作控制方式第5章 軟啟動(dòng)器的功能5.1 工作方式的選擇和相關(guān)參數(shù)5.2 軟啟動(dòng)器的外接控制功能5.3 軟啟動(dòng)器的外接輸出功能5.4 軟啟動(dòng)器的監(jiān)視和控制功能5.5 鍵盤設(shè)置裝備擺設(shè)和參數(shù)設(shè)置5.6 軟啟動(dòng)器的通訊功能第6章 軟啟動(dòng)工程的庇護(hù)6.1 簡介6.2 對(duì)軟啟動(dòng)器的庇護(hù)6.3 對(duì)電路的庇護(hù)6.4 對(duì)電念頭的庇護(hù)6.5 軟啟動(dòng)器的計(jì)較機(jī)綜合庇護(hù)6.6 庇護(hù)的協(xié)調(diào)配合6.7 軟啟動(dòng)器故障庇護(hù)的處置第7章 軟啟動(dòng)器使用根蒂根基7.1 軟啟動(dòng)器的電氣數(shù)據(jù)7.2 軟啟動(dòng)器的工作情況條件7.3 生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載種類和工作制7.4 軟啟動(dòng)器的選用7.5 軟啟動(dòng)器的基本設(shè)置7.6 軟啟動(dòng)器的安裝與接地7.7 軟啟動(dòng)器的溫升和冷卻7.8 軟啟動(dòng)器的調(diào)試和測試7.9 裝備的維護(hù)7.10 標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)7.11 三相感應(yīng)電念頭軟啟動(dòng)的仿真第8章 典型使用電路8.1 基本電路8.2 軟啟動(dòng)器與多電念頭主電路方案8.3 多速電念頭軟啟動(dòng)電路8.4 正反轉(zhuǎn)控制電路8.5 內(nèi)三角聯(lián)絡(luò)電路第9章 外圍裝備及備件的選用9.1 自動(dòng)空氣斷路器9.2 隔脫離關(guān)9.3 進(jìn)線電抗器9.4 交流接觸器9.5 熔斷器9.6 熱繼電器9.7 熱敏電阻(PTC)第10章 常見問題10.1 直接啟動(dòng)和軟啟動(dòng)的選擇10.2 節(jié)能功能的使用問題10.3 電念頭軟啟動(dòng)完成時(shí)間的計(jì)較10.4 電念頭軟啟動(dòng)階段電壓的波動(dòng)率10.5 軟啟動(dòng)器的容量和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩10.6 軟啟動(dòng)器的消耗和效率10.7 電磁兼容10.8 軟啟動(dòng)器在繞線轉(zhuǎn)子電念頭上的使用問題10.9 功率因數(shù)的改良及抵償裝配的裝設(shè)10.10 漏電流和空載輸出電壓10.11 操作面板的引出距離10.12 增強(qiáng)軟啟動(dòng)工程工作靠得住性的要點(diǎn)第11章 故障診斷和維修11.1 上電故障11.2 啟動(dòng)階段中的故障11.3 運(yùn)作階段中的故障11.4 停車階段中的故障11.5 通訊故障11.6 晶閘管的故障診斷和維修11.7 斷路器常見故障及處置11.8 異步電念頭常見故障及處置第12章 典型使用典范榜樣12.1 常見生產(chǎn)機(jī)械的特征及軟啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置12.2 電念頭軟啟動(dòng)器在風(fēng)機(jī)上的使用12.3 電念頭軟啟動(dòng)器在水泵上的使用12.4 電念頭軟啟動(dòng)器在空氣壓縮機(jī)上的使用12.5 電念頭軟啟動(dòng)器在帶式輸送機(jī)上的使用12.6 其他機(jī)械的控制12.7 小容量電網(wǎng)下電念頭的軟啟動(dòng)參考文獻(xiàn)
在PID控制中，比例項(xiàng)用于糾正誤差，積分項(xiàng)用于消除工程的穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)用于減小工程的超調(diào)量，增加工程穩(wěn)定性。PID控制器的性能就決議于Kp、T1和TD這3個(gè)系數(shù)。若何選用這3個(gè)系數(shù)是PID控制的焦點(diǎn)。
1．2 數(shù)字PID控制算法選擇
設(shè)計(jì)和調(diào)整數(shù)字PID控制器的使命就是憑據(jù)被控對(duì)象和工程要求，選擇合適的PID模子，將其進(jìn)行離散化處置，編出計(jì)較機(jī)法式由微處置器實(shí)現(xiàn)，最后肯定KP、T1、TD、和T，T為采樣周期。微處置器控制是一種采樣控制，它只能憑據(jù)采樣時(shí)刻的誤差值計(jì)較控制量，是以，必需對(duì)PID模子進(jìn)行離散化處置。
用矩形方式數(shù)值積分取代式（3）中的積分項(xiàng)，對(duì)式（3）中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)用后向差分迫近，經(jīng)推理可獲得基本PID控制的位置式算法：式中 k——采樣序號(hào)，k＝0，1，2，……
U（k）——第k次采樣時(shí)刻輸出值
E（k）——第k次采樣時(shí)輸進(jìn)的誤差值
E（k－1）——第（k－1）次采樣時(shí)刻輸進(jìn)的誤差值
K1——積分系數(shù)，K1＝KpT／T1
KD——微分?jǐn)?shù)系，KD＝KpTD／T1
在數(shù)字控制工程中，PID控制紀(jì)律是用法式來實(shí)現(xiàn)的，因而具有更年夜的靈活性。由于基本PID控制中引進(jìn)了積分環(huán)節(jié)，其目的主要是為了消除靜差，提高精度。但在柴油機(jī)調(diào)速進(jìn)程中，突加突減負(fù)載時(shí)，會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)速的較年夜波動(dòng)，致使短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速泛起較年夜誤差，經(jīng)由過程PID積分運(yùn)算堆集，超調(diào)量過年夜，工程發(fā)生振蕩，嚴(yán)重影響發(fā)機(jī)電組輸出電能的品質(zhì)。
為避免PID控制中積分項(xiàng)引發(fā)的超調(diào)，提高其調(diào)理品質(zhì)，擬采用積分分手法對(duì)基本PID控制進(jìn)行改良，簡稱變速積分PID。變速積分PID的基本思緒是想法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與誤差年夜小相對(duì)應(yīng)，誤差越年夜，積分越慢；反之，則越快。式中，A、B為積分區(qū)間。
變速積分PID算法為：式中，U1（k）為第k次采樣時(shí)刻PID運(yùn)算的積分部門輸出值。
采用變速積分PID控制，工程具有以下特點(diǎn)：用比例消除年夜誤差，用積分消除小誤差，可完全消除積分飽和現(xiàn)象；各參數(shù)容易整定，易實(shí)現(xiàn)工程穩(wěn)定，而且對(duì)A、B兩參數(shù)不要求十分切確；超調(diào)量年夜年夜減小，改善了調(diào)理品質(zhì)，順應(yīng)性較強(qiáng)。變速積分PID控制算法流程圖見圖2。
數(shù)字PID控制參數(shù)整定的使命主要是肯定數(shù)字PID的參數(shù)KP、T1、TD和T。
對(duì)于簡單控制工程，可采用理論計(jì)較方式肯定這些參數(shù)。但由于柴油機(jī)調(diào)速工程的工況較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模子并非十分切確，在此，采用工程整定經(jīng)常使用的擴(kuò)充臨界比例帶法，連系經(jīng)驗(yàn)法再對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，獲得最終的PID參數(shù)。
（1）采樣周期T的選擇
在數(shù)字控制工程中，采樣周期T是一個(gè)比力重要的身分，采樣周期的拔取，應(yīng)與PID參數(shù)的整定綜合斟酌。
首先，采樣周期T的拔取應(yīng)知足以下要求：遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)周期；比對(duì)象時(shí)間常數(shù)小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調(diào)理品質(zhì)。
該工程中，PID調(diào)理控制進(jìn)程是在按時(shí)中斷狀態(tài)下完成的，是以，采樣周期T的年夜小必需保證中斷服務(wù)法式的正常運(yùn)行。在不影響中斷法式運(yùn)行的情況下，可取采樣周期T＝0．1τ（τ為柴油機(jī)的純滯后時(shí)間）。傍邊斷法式運(yùn)行時(shí)間Tz年夜于0．1τ時(shí)，則取T＝Tz，采樣周期可按下式肯定：（2）臨界振蕩周期Ts簡直定
初始肯定數(shù)字PID參數(shù)時(shí)，在用上述方式肯定采樣周期T的條件下，從調(diào)速工程的PID調(diào)理回路中，往失落數(shù)字控制器的微分控建造用和積分控建造用，只采用比例調(diào)理環(huán)節(jié)來肯定工程的振蕩周期Ts和臨界比例系數(shù)Ks。由單片機(jī)工程自動(dòng)控制比例系數(shù)KP，并逐漸增年夜Kp，直到工程泛起延續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)工程自動(dòng)記實(shí)并顯示調(diào)速工程發(fā)生等幅振蕩時(shí)的臨界比例度δ和響應(yīng)的臨界振蕩周期Ts。式中Ks——等幅振蕩時(shí)的臨界比例系數(shù)（3）控制度的選擇
控制度就是以模擬調(diào)理器為根蒂根基，定量衡量數(shù)字控制工程與模擬調(diào)理器對(duì)統(tǒng)一對(duì)象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準(zhǔn)則，憑據(jù)工程在劃定的輸進(jìn)下的輸出響應(yīng)，使用該準(zhǔn)則取最小值時(shí)的最式中，下標(biāo)DDC和ANA劃分暗示直接數(shù)字控制和模擬調(diào)理器控制。
如前所述，采樣周期T的長短會(huì)影響工程的控制品質(zhì)，一樣是最好整定，數(shù)字控制工程的品質(zhì)要低于模擬工程的控制品質(zhì)。即控制度總是年夜于1的，且控制度越年夜，響應(yīng)的數(shù)字控制工程品質(zhì)越差。
為獲得與模擬控制器相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，控制度選為1．05。分歧控制度時(shí)，擴(kuò)充臨界比例帶法PID參數(shù)計(jì)較公式見表1。（4）KP、K1、KD、T的求取
憑據(jù)實(shí)驗(yàn)所得Ks和Ts及選定的控制度，按表1計(jì)較出數(shù)字PID參數(shù)Kp、T1、TD和T。
（5）控制效果的調(diào)理
按求得的參數(shù)值在調(diào)速控制工程中運(yùn)行，并觀察控制效果。如控制效果達(dá)不到控制要求，可基于以下原則，憑據(jù)經(jīng)驗(yàn)法對(duì)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。
①增年夜比例系數(shù)Kp，將加速工程的響應(yīng)速度，但過年夜會(huì)使工程發(fā)生較年夜超調(diào)，甚至發(fā)生振蕩。
②增年夜積分時(shí)間T1，有益于減小超調(diào)，削減振蕩，使工程加倍穩(wěn)定，但會(huì)增加工程過渡進(jìn)程時(shí)間。
③增年夜微分時(shí)間常數(shù)TD有益于加速工程的響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但工程對(duì)擾動(dòng)的抑制能力削弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。
基于上述原則，調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，應(yīng)先比例、后積分、再微分進(jìn)行調(diào)整。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 陶永華，尹怡欣，葛蘆生．新型PID控制及其運(yùn)用［M］．機(jī)械工業(yè)出書社，1998．
［2］ 王福瑞．單片微機(jī)測控工程設(shè)計(jì)年夜全［M］．北京航空航天年夜學(xué)出書社，1998．
［3］ 王勝洪．CU673C電子調(diào)速器性能、原理、使用及調(diào)整［J］．移動(dòng)電源與車輛，1995．
［4］ 趙志強(qiáng)，韓秀坤，程昌圻．一種新的數(shù)字調(diào)速器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)［J］．北京理工年夜學(xué)學(xué)報(bào)，1998．(
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柴油發(fā)機(jī)電組數(shù)字調(diào)速工程研制進(jìn)程中發(fā)現(xiàn)，采用普通PID運(yùn)算，振蕩及超調(diào)時(shí)有發(fā)生，為了改善調(diào)速工程性能，采用了變速積分PID及模糊PID。變速積分PID用來調(diào)理積分系數(shù)，模糊PID用來調(diào)理比例系數(shù)。
1 變速積分PID原理
1．1 PID控制原理［1，2］
常規(guī)PID控制工程原理框圖如圖1所示。
在PID控制中，比例項(xiàng)用于糾正誤差，積分項(xiàng)用于消除工程的穩(wěn)態(tài)誤差，微分項(xiàng)用于減小工程的超調(diào)量，增加工程穩(wěn)定性。PID控制器的性能就決議于Kp、T1和TD這3個(gè)系數(shù)。若何選用這3個(gè)系數(shù)是PID控制的焦點(diǎn)。
1．2 數(shù)字PID控制算法選擇
設(shè)計(jì)和調(diào)整數(shù)字PID控制器的使命就是憑據(jù)被控對(duì)象和工程要求，選擇合適的PID模子，將其進(jìn)行離散化處置，編出計(jì)較機(jī)法式由微處置器實(shí)現(xiàn)，最后肯定KP、T1、TD、和T，T為采樣周期。微處置器控制是一種采樣控制，它只能憑據(jù)采樣時(shí)刻的誤差值計(jì)較控制量，是以，必需對(duì)PID模子進(jìn)行離散化處置。
用矩形方式數(shù)值積分取代式（3）中的積分項(xiàng)，對(duì)式（3）中的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)用后向差分迫近，經(jīng)推理可獲得基本PID控制的位置式算法：式中 k——采樣序號(hào)，k＝0，1，2，……
U（k）——第k次采樣時(shí)刻輸出值
E（k）——第k次采樣時(shí)輸進(jìn)的誤差值
E（k－1）——第（k－1）次采樣時(shí)刻輸進(jìn)的誤差值
K1——積分系數(shù)，K1＝KpT／T1
KD——微分?jǐn)?shù)系，KD＝KpTD／T1
在數(shù)字控制工程中，PID控制紀(jì)律是用法式來實(shí)現(xiàn)的，因而具有更年夜的靈活性。由于基本PID控制中引進(jìn)了積分環(huán)節(jié)，其目的主要是為了消除靜差，提高精度。但在柴油機(jī)調(diào)速進(jìn)程中，突加突減負(fù)載時(shí)，會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)速的較年夜波動(dòng)，致使短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速泛起較年夜誤差，經(jīng)由過程PID積分運(yùn)算堆集，超調(diào)量過年夜，工程發(fā)生振蕩，嚴(yán)重影響發(fā)機(jī)電組輸出電能的品質(zhì)。
為避免PID控制中積分項(xiàng)引發(fā)的超調(diào)，提高其調(diào)理品質(zhì)，擬采用積分分手法對(duì)基本PID控制進(jìn)行改良，簡稱變速積分PID。變速積分PID的基本思緒是想法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與誤差年夜小相對(duì)應(yīng)，誤差越年夜，積分越慢；反之，則越快。式中，A、B為積分區(qū)間。
變速積分PID算法為：式中，U1（k）為第k次采樣時(shí)刻PID運(yùn)算的積分部門輸出值。
采用變速積分PID控制，工程具有以下特點(diǎn)：用比例消除年夜誤差，用積分消除小誤差，可完全消除積分飽和現(xiàn)象；各參數(shù)容易整定，易實(shí)現(xiàn)工程穩(wěn)定，而且對(duì)A、B兩參數(shù)不要求十分切確；超調(diào)量年夜年夜減小，改善了調(diào)理品質(zhì)，順應(yīng)性較強(qiáng)。變速積分PID控制算法流程圖見圖2。
數(shù)字PID控制參數(shù)整定的使命主要是肯定數(shù)字PID的參數(shù)KP、T1、TD和T。
對(duì)于簡單控制工程，可采用理論計(jì)較方式肯定這些參數(shù)。但由于柴油機(jī)調(diào)速工程的工況較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模子并非十分切確，在此，采用工程整定經(jīng)常使用的擴(kuò)充臨界比例帶法，連系經(jīng)驗(yàn)法再對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，獲得最終的PID參數(shù)。
（1）采樣周期T的選擇
在數(shù)字控制工程中，采樣周期T是一個(gè)比力重要的身分，采樣周期的拔取，應(yīng)與PID參數(shù)的整定綜合斟酌。
首先，采樣周期T的拔取應(yīng)知足以下要求：遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)周期；比對(duì)象時(shí)間常數(shù)小得多；盡量縮短采樣周期，以改善調(diào)理品質(zhì)。
該工程中，PID調(diào)理控制進(jìn)程是在按時(shí)中斷狀態(tài)下完成的，是以，采樣周期T的年夜小必需保證中斷服務(wù)法式的正常運(yùn)行。在不影響中斷法式運(yùn)行的情況下，可取采樣周期T＝0．1τ（τ為柴油機(jī)的純滯后時(shí)間）。傍邊斷法式運(yùn)行時(shí)間Tz年夜于0．1τ時(shí)，則取T＝Tz，采樣周期可按下式肯定：（2）臨界振蕩周期Ts簡直定
初始肯定數(shù)字PID參數(shù)時(shí)，在用上述方式肯定采樣周期T的條件下，從調(diào)速工程的PID調(diào)理回路中，往失落數(shù)字控制器的微分控建造用和積分控建造用，只采用比例調(diào)理環(huán)節(jié)來肯定工程的振蕩周期Ts和臨界比例系數(shù)Ks。由單片機(jī)工程自動(dòng)控制比例系數(shù)KP，并逐漸增年夜Kp，直到工程泛起延續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)工程自動(dòng)記實(shí)并顯示調(diào)速工程發(fā)生等幅振蕩時(shí)的臨界比例度δ和響應(yīng)的臨界振蕩周期Ts。式中Ks——等幅振蕩時(shí)的臨界比例系數(shù)（3）控制度的選擇
控制度就是以模擬調(diào)理器為根蒂根基，定量衡量數(shù)字控制工程與模擬調(diào)理器對(duì)統(tǒng)一對(duì)象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準(zhǔn)則，憑據(jù)工程在劃定的輸進(jìn)下的輸出響應(yīng)，使用該準(zhǔn)則取最小值時(shí)的最式中，下標(biāo)DDC和ANA劃分暗示直接數(shù)字控制和模擬調(diào)理器控制。
如前所述，采樣周期T的長短會(huì)影響工程的控制品質(zhì)，一樣是最好整定，數(shù)字控制工程的品質(zhì)要低于模擬工程的控制品質(zhì)。即控制度總是年夜于1的，且控制度越年夜，響應(yīng)的數(shù)字控制工程品質(zhì)越差。
為獲得與模擬控制器相當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)，控制度選為1．05。分歧控制度時(shí)，擴(kuò)充臨界比例帶法PID參數(shù)計(jì)較公式見表1。（4）KP、K1、KD、T的求取
憑據(jù)實(shí)驗(yàn)所得Ks和Ts及選定的控制度，按表1計(jì)較出數(shù)字PID參數(shù)Kp、T1、TD和T。
（5）控制效果的調(diào)理
按求得的參數(shù)值在調(diào)速控制工程中運(yùn)行，并觀察控制效果。如控制效果達(dá)不到控制要求，可基于以下原則，憑據(jù)經(jīng)驗(yàn)法對(duì)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。
①增年夜比例系數(shù)Kp，將加速工程的響應(yīng)速度，但過年夜會(huì)使工程發(fā)生較年夜超調(diào)，甚至發(fā)生振蕩。
②增年夜積分時(shí)間T1，有益于減小超調(diào)，削減振蕩，使工程加倍穩(wěn)定，但會(huì)增加工程過渡進(jìn)程時(shí)間。
③增年夜微分時(shí)間常數(shù)TD有益于加速工程的響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加，但工程對(duì)擾動(dòng)的抑制能力削弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。
基于上述原則，調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，應(yīng)先比例、后積分、再微分進(jìn)行調(diào)整。
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