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    周  杰（1981－）
男，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生，主要從事智能控制的研究。

摘要：為了減小由大型硅整流設(shè)備電機(jī)慣性引起的輸出電流超調(diào)，通過(guò)采集全程輸出范圍內(nèi)的電流值，獲得其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，用分段線(xiàn)性化模型對(duì)該非線(xiàn)性響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行描述，建立運(yùn)算簡(jiǎn)便，響應(yīng)速度快的分段線(xiàn)性脈寬調(diào)制控制策略，通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)電流的精確控制。同時(shí)介紹了該設(shè)備自動(dòng)控制的軟件設(shè)計(jì)方案，通過(guò)采集的實(shí)際輸出電流數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了這種方法的可行性。

關(guān)鍵詞：整流設(shè)備；慣性；超調(diào)；PWM；自動(dòng)控制

Abstract: To decrease the overshoot of output current caused by the motor inertia of large silicon rectifier equipment, we propose a precise current control strategy. Data of full output-scale current is sampled in order to obtain its dynamic response properties,which is nonlinear. This nonlinear response curve is then be described by using piecewise linear model. By establishing a piecewise linear Pulse Width Modulation control strategy for controling the rotation time of motor, which is easy-operating and has a fast response speed, a precise control of current is achieved.. At the same time, an introduction is given to the software design for automatic controling the equipment. This method is proved to be feasible through comparison of the collected data of output current.

Key words: rectifier equipment; inertia; overshoot; PWM; automatic control

1 引言

    某集團(tuán)表面處理車(chē)間于九十年代從瑞士引進(jìn)的一套半自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線(xiàn)，原系統(tǒng)自動(dòng)控制方式，由于種種原因目前已徹底失效，現(xiàn)場(chǎng)的控制主要還是人工操作，產(chǎn)品的質(zhì)量很大程度上取決于工人的狀態(tài)，為了提高產(chǎn)品的合格率，需要恢復(fù)電源的自動(dòng)控制。對(duì)于硅整流電源來(lái)說(shuō)，其控制量有正電、反電，電流升、電流降以及電源開(kāi)和電源關(guān)六個(gè)控制量。其測(cè)量的量有電流值、電壓值。由于現(xiàn)場(chǎng)的硅整流電源，其正電、反電以及電流的升降都采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的方式，對(duì)它的控制只需接通電動(dòng)機(jī)的電源開(kāi)關(guān)即可。

    由于電機(jī)在實(shí)現(xiàn)電流調(diào)制[1]的過(guò)程中，會(huì)有一定的慣性，因此在實(shí)際控制過(guò)程中，還需加一定的控制算法，以達(dá)到高效控制的目的。

2 電源特性分析

    被控對(duì)象為電鍍系統(tǒng)中型號(hào)為IDS Z1—01 12000/12，額定電壓為～380V，額定電流為～380A，額定頻率為50HZ，輸出電壓為2—12V，輸出電流±12000A，負(fù)載等級(jí)為1級(jí)的雙反星形帶平衡電抗器的硅整流電源。

    2.1 手動(dòng)控制簡(jiǎn)介

    通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制柜面板上的整流器開(kāi)/關(guān)、整流器升/降、整流器正/反三個(gè)旋鈕可以控制電源的輸出。其中整流器升/降旋鈕的控制直接決定著輸出電流的大小，當(dāng)該旋鈕旋轉(zhuǎn)至“升”位置時(shí)，與之相連的繼電器吸合，電源電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)使得輸出電流逐漸增大，當(dāng)該旋鈕旋轉(zhuǎn)至“降”位置時(shí)，電源電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)使得輸出電流逐漸減小。當(dāng)電流到達(dá)設(shè)定值時(shí)，將旋鈕歸位，受電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性影響，電流繼續(xù)增大，出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，此后還需要反復(fù)的微調(diào)旋鈕才能將輸出電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

    2.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

    通過(guò)采集該電源電流全程輸出過(guò)程中多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)生成的電流特性曲線(xiàn)（見(jiàn)與圖2）得知系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程呈現(xiàn)非線(xiàn)性特性，如直接采用直線(xiàn)函數(shù)近似全過(guò)程，在電流上升過(guò)程初端時(shí)刻，最大偏差達(dá)到72.3%，在電流下降過(guò)程末端，最大偏差為64.7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)精度的要求。為了獲得理想的線(xiàn)性關(guān)系，滿(mǎn)足電流精確控制[2]的需求，需對(duì)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)分段線(xiàn)性化，以不同的線(xiàn)性函數(shù)作為參考模型。

    采取分段線(xiàn)性控制策略[3]的原因是在每一個(gè)線(xiàn)性段內(nèi)電源電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)近似勻速，在該段內(nèi)由電機(jī)慣性引起的電流超調(diào)值近似相等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以采集每個(gè)段內(nèi)的電流超調(diào)值，這樣就可以計(jì)算出精確的脈寬調(diào)制[4]時(shí)間，利用時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)電流的精確控制。

圖1   電流上升過(guò)程特性曲線(xiàn)



圖2   電流下降過(guò)程特性曲線(xiàn)

3 分段線(xiàn)性脈寬調(diào)制控制

    對(duì)于電流全程上升調(diào)節(jié)過(guò)程，以1s為采集周期紀(jì)錄電流從零上升至最大輸出過(guò)程中每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)t_(i)對(duì)應(yīng)的電流值y_(i)，重復(fù)采集過(guò)程n次，對(duì)于每一個(gè)特定的時(shí)間t_(i)求出與之對(duì)應(yīng)的n次電流平均值，通過(guò)相鄰電流差值與時(shí)間差值（因以1s為采集周期，故=1）可以確定各分段點(diǎn)的電流值及對(duì)應(yīng)的時(shí)間值。表1中紀(jì)錄了求出的5個(gè)段點(diǎn)的數(shù)據(jù)，其中表示電流從0上升到y(tǒng)_(i)時(shí)的時(shí)間。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以采集到每個(gè)近似線(xiàn)性段內(nèi)的電流超調(diào)量，這里記為y_(i)。

    表1   分段線(xiàn)性點(diǎn)紀(jì)錄

    Table 1 Segment Point Record of sub-sectional

    在電流上升調(diào)節(jié)的過(guò)程中，首先判斷電流設(shè)定值Ys所在的分段區(qū)間(y_(i),y_(i+1)]，從理論上說(shuō)電流調(diào)節(jié)時(shí)間t等于設(shè)定值Ys所在區(qū)間的低段點(diǎn)的時(shí)間值t_(i)加上分段區(qū)間內(nèi)按線(xiàn)性模型計(jì)算出的時(shí)間，再減去電流從0上升至當(dāng)前電流值Yc所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，考慮到電源電機(jī)的慣性，實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)將設(shè)定值減去超調(diào)值即Ys=Ys-Y_(i)，由此確定的電流上升過(guò)程分段線(xiàn)性脈寬模型為：

      （1）

    式中,t_(k)為當(dāng)前電流值Yc所在分段區(qū)間(y_(k),y_(k+1)]的低段點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，為設(shè)定電流值所在分段區(qū)間的時(shí)間差，為當(dāng)前電流所在分段區(qū)間的時(shí)間差。

    同樣，對(duì)于電流下降過(guò)程也需要建立類(lèi)似于表1的分段時(shí)間對(duì)應(yīng)表，確定了分段區(qū)間后上述分段線(xiàn)性脈寬模型同樣適用，考慮到電源電機(jī)的慣性，實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)Ys=Ys+Y_(j)由于電流下降過(guò)程中Yc>Ys，其分段線(xiàn)性脈寬模型描述如下：

       （2）

    在實(shí)際控制策略實(shí)現(xiàn)過(guò)程中為了便于程序設(shè)計(jì)，電流調(diào)制時(shí)間都取其整數(shù)部分，由此引起的誤差可以在電流調(diào)制時(shí)間到時(shí)再進(jìn)行微調(diào)控制。

4 軟件設(shè)計(jì)方案

    對(duì)于硅整流設(shè)備的控制采用電流粗調(diào)和精調(diào)結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以保證電流調(diào)節(jié)的快速性與準(zhǔn)確性。

    （1）電流粗調(diào)。在電流調(diào)節(jié)時(shí)首先進(jìn)行粗調(diào)，即電流調(diào)節(jié)時(shí)間為根據(jù)電流設(shè)定值的大小由分段線(xiàn)性模型計(jì)算出的時(shí)間，粗調(diào)能有效的克服由電源電機(jī)慣性引起的大幅度電流超調(diào)現(xiàn)象且電流調(diào)節(jié)速度快。

    （2）電流精調(diào)。粗調(diào)完成后及時(shí)判斷此時(shí)的電流輸出值與設(shè)定值的偏差是否在允許的范圍內(nèi)，如超出了精度范圍便執(zhí)行電流精調(diào)，即瞬時(shí)控制電源電機(jī)的轉(zhuǎn)停，使輸出值最大限度地逼近設(shè)定值，從而保證控制的精確度。

    通過(guò)組態(tài)軟件WinCC (Windows Control Center)在線(xiàn)趨勢(shì)控件[5]采集的在手動(dòng)和自動(dòng)狀態(tài)下階梯電流調(diào)節(jié)曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3、圖4）對(duì)比，可以看出建立的分段線(xiàn)性脈寬調(diào)制控制策略很有效的控制電流超調(diào)量現(xiàn)象。

圖3   手動(dòng)電流調(diào)節(jié)曲線(xiàn)



圖4   自動(dòng)電流調(diào)節(jié)曲線(xiàn)

5 結(jié)語(yǔ)

    對(duì)于大型硅整流設(shè)備，通過(guò)其特性分析，建立運(yùn)算簡(jiǎn)便，響應(yīng)速度快的分段線(xiàn)性脈寬調(diào)制控制策略可以在很大程度上減小因電源電機(jī)慣性引起的電流超調(diào)現(xiàn)象，保證了電流調(diào)節(jié)的快速性和精確性。將該方法成功運(yùn)用到某集團(tuán)電鍍系統(tǒng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)大型硅整流電源的自動(dòng)控制，用戶(hù)反映效果良好。

作者信息:

    周  杰，潘宏俠，郭彥青  （中北大學(xué) 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化學(xué)院，山西  太原  030051）

參考文獻(xiàn)

    [1] 肖 燦，江永清，肖耀友. 利用脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)PG電機(jī)的平穩(wěn)調(diào)速[J].微特電機(jī)，2004，4：24-26.

    [2] 張 莉, 王 旭, 劉宗富. 電流型脈寬調(diào)制在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制中的應(yīng)用[J].控制與決策,2005,20(3):349-352.

    [3] 黃 偉，鄧輝文. 氣動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的線(xiàn)性化脈寬調(diào)制控制策略研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，31(4):112-115.

    [4] 金 英，潘在平. 脈寬調(diào)制控制方法研究[J].科技通報(bào)，2005，21(1):31-33.

    [5] 蘇昆哲.深入淺出西門(mén)子WinCCV6[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004. 45-80.