(完整word版)西門子標(biāo)準(zhǔn)變頻器控制方法描述

1、西門子標(biāo)準(zhǔn)變頻器控制方法描述 第一節(jié) 速度矢量控制( MM440) 在矢量控制中， 速度控制器影響系統(tǒng)的動態(tài)特性。特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，速 度閉環(huán)控制有利于改善系統(tǒng)的運(yùn)動精度和跟隨性能。 在矢量控制過程中， 速度控 制器的配置是重要的環(huán)節(jié)。 根據(jù)速度控制器的反饋信號來源， 可以將速度矢量控制分為帶傳感器的矢 量控制(VC)與無傳感器的矢量控制(SLVC)兩種。 編碼器的反饋信號 (VC)：P1300=20 觀測器模型的反饋信號 (SLVC)：P1300=21 在快速調(diào)試和電機(jī)參數(shù)優(yōu)化的過程中， 變頻器會根據(jù)負(fù)載參數(shù)自動辨識系 統(tǒng)模型，建立模型觀測器， 在沒有傳感器的情況下， 系統(tǒng)也會根據(jù)輸出電流來

2、計 算當(dāng)前速度，作為速度反饋來構(gòu)成速度閉環(huán)。 速度控制器的設(shè)定方式 (P1460,P1462,P1470,P147)2 手動調(diào)節(jié) 可根據(jù)經(jīng)驗對速度控制器的比例與積分參數(shù)進(jìn)行整定 PID 自整定 設(shè)定參數(shù)： P1400 當(dāng)P1400.0=1,使能速度控制器的增益自適應(yīng)功能，即根據(jù)系統(tǒng)偏差的 大小來自動調(diào)節(jié)比例增益系數(shù) Kp。在弱磁區(qū)，增益系數(shù)隨磁通的降低 而減小。 當(dāng)P1400.1=1,速度控制器的積分被凍結(jié)，只有比例增益，即對開環(huán)運(yùn) 行的電動機(jī)加上滑差補(bǔ)償。 優(yōu)化方式自整定 通過設(shè)置P1960=1,變頻器會自動對速度控制器的各參數(shù)進(jìn)行整定。 特性下垂 第二節(jié)轉(zhuǎn)矩控制（MM440 ） 矢量控制分

3、為速度矢量控制與轉(zhuǎn)矩矢量控制，轉(zhuǎn)矩控制與速度矢量控制的 主要區(qū)別是閉環(huán)調(diào)節(jié)是基于轉(zhuǎn)矩物理量進(jìn)行運(yùn)算的。 在某些特殊的場合，系統(tǒng)對加速度預(yù)控 電壓預(yù)控 速度控制器 轉(zhuǎn)拒控制 電流控制器 弱磁控制器 變頻器輸出轉(zhuǎn)矩的要求比較嚴(yán)格。因此在 MM440變頻器中又實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩設(shè)置功 能。同速度矢量控制一樣，轉(zhuǎn)矩控制也分為無傳感器矢量控制和帶傳感器的矢量 控制。 在無傳感器的轉(zhuǎn)矩控制過程中，系統(tǒng)根據(jù)觀測器模型來計算當(dāng)前頻率，與 加速度轉(zhuǎn)矩控制輸出頻率進(jìn)行預(yù)算后，反饋到調(diào)制器。 帶傳感器的轉(zhuǎn)矩控制，將編碼器測得的信號與觀測器模型進(jìn)行運(yùn)算后直接 反饋到調(diào)制器。 一速度控制與轉(zhuǎn)矩控制的切換 通過設(shè)置P1501=1

4、,或者P1501=722.X來實現(xiàn)速度控制到轉(zhuǎn)矩控制的切換 二轉(zhuǎn)矩的設(shè)定 通過P1500來選擇轉(zhuǎn)矩設(shè)定源或者直接在 P1503中設(shè)定相應(yīng)轉(zhuǎn)矩值。 三附加轉(zhuǎn)矩設(shè)定值 注：在速度控制與轉(zhuǎn)矩控制中都可以選擇轉(zhuǎn)矩作為附加設(shè)定值。至變犠冃限制 第四節(jié) 加速度預(yù)控在矢量控制中的應(yīng)用（MM440） 第三節(jié)振蕩阻尼與諧振阻尼 一 V V/f/f 控制方式下的諧振阻尼 在MM4系列變頻其中，在V/f控制方式下，提供參數(shù)P1338來對系統(tǒng)的電 流進(jìn)行監(jiān)控，如果電流變化幅度比較大，即 di/dt變化比較大的情況下，通過調(diào) 整P1338來降低變頻器的輸出頻率。通過降低輸出頻率的方法來限制變頻器的輸 出電流，從而避免過

5、電流。如果 P1338越大，頻率降低的幅度越大，相當(dāng)于控制 在無傳感器矢量控制中，根據(jù)系統(tǒng)電流模型以及觀測器模型得到的速度自適 應(yīng)控制器的輸出后要經(jīng)過振蕩阻尼 P1740的修正后作為實際輸出頻率。振蕩阻尼 相當(dāng)于控制器的速度微分項，振蕩阻尼的設(shè)定影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)穩(wěn)定 性。 在矢量控制中，速度控制器與轉(zhuǎn)矩控制是可以通過參數(shù)（ P1501 ）進(jìn)行切換 的。而在速度控制其中，西門子 MM440變頻器也設(shè)計了加速度預(yù)控與特性下垂 功能。這里對加速度預(yù)控的應(yīng)用進(jìn)行探討。 一簡介： 加速度預(yù)控即控制理論中的前饋補(bǔ)償功能， 根據(jù)經(jīng)過標(biāo)定的加速度值與驅(qū)動 系統(tǒng)的總慣量求出相應(yīng)力矩，同速度控制器的輸出轉(zhuǎn)

6、矩相加后作為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè) 定值。 二加速度預(yù)控的作用： 加速度預(yù)控同速度控制器一同構(gòu)成復(fù)合控制，它能在不影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的 前提下，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，補(bǔ)償系統(tǒng)的動態(tài)滯后，準(zhǔn)確的加速度標(biāo)定能夠提 高系統(tǒng)控制精度。 三應(yīng)用舉例： 應(yīng)用場景：MM440用于控制拉絲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 現(xiàn)象：在低頻時投入矢量控制器，在 5HZ左右系統(tǒng)輸出會有抖動，從而影響 拉絲機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。用示波器測得系統(tǒng)輸出頻率變化過程如下： 其中黑線表示禁 止預(yù)控情況下品率上升曲線。 解決辦法：設(shè)置P1496=20,投入加速度預(yù)控，則頻率在上升的過程中，抖動減 小。其頻率上升曲線如圖中紅線所示 四結(jié)果分析： 由于在低頻時系統(tǒng)的開環(huán)增益較小

7、，動態(tài)性能較差，因此系統(tǒng)在投入 PID時 會存在超調(diào)和動態(tài)滯后，因為速度控制器通過優(yōu)化得到，因此調(diào)整的裕量不大， 可以嘗試在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，增大比例系數(shù)與減小積分時間。但調(diào)整裕量較小。 投入加速度預(yù)控，有助于補(bǔ)償系統(tǒng)動態(tài)滯后，即在PID發(fā)生作用之前給系統(tǒng)一定 第五節(jié) PID 功能概述(MM420,430,440) 一功能介紹 西門子變頻器的 PID控制屬于閉環(huán)控制，是使控制系統(tǒng)的被控量迅速而 準(zhǔn)確地?zé)o限接近目標(biāo)值的一種手段。即實時地將傳感器反饋回來的信號與被 控量的目標(biāo)信號相比較，以判斷是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，如未達(dá)到則根據(jù)兩者 偏差繼續(xù)調(diào)整，直至達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)為止。如恒壓供水，為了保證出口

8、 壓一定。采用壓力傳感器裝在水泵附近的主出水管，感受到的壓力轉(zhuǎn)化為電 信號(BCAD48 )作為反饋信號。變頻器內(nèi)置調(diào)節(jié)器作為壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié) 器將來自壓力傳感器的壓力反饋信號與出口壓力給定值比較運(yùn)算，其結(jié)果作 為頻率指令輸送給變頻器，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速使出口壓保持一定。即當(dāng)用水量 增加，水壓降低時，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率增加，電機(jī)拖動水泵加速，水 壓增大；反之，當(dāng)用水量減少，水壓上升，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率減少， 電機(jī)拖動水泵減速，水壓減小。另外， PID閉環(huán)控制功能也用于其他被控量 的控制，如溫度，速度等等。具體參數(shù)設(shè)置如下圖所示: PID設(shè)定值信號源（P2253） 在MM係列變頻器中，主設(shè)定

9、值的給定主要通過以下幾種方式: 1. 模擬輸入 2. 固定PID設(shè)定值 3. 已激活的PID設(shè)定值 反饋通道的設(shè)定（P2264） 通過各種傳感器、編碼器采集的信號或者變頻器的模擬輸出信號，均可 以作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號，反饋通道的設(shè)定同主設(shè)定值相同 四PID固定頻率的設(shè)定 直接選擇(P070仁15或P0702=15) 在這種方式下，一個數(shù)字輸入選擇一個固定 PID頻率。 直接選擇+0N命令(P070仁16或P0702=16) 每個數(shù)字輸入在選擇一個固定頻率的同時，還帶有運(yùn)行命令。 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)選擇 +0N命令(P0701=17-P0706=17) 使用這種選擇固定頻率，最多可以選擇 1

10、5不同的頻率值，請參見手 冊。 令 P0701=99,P1020=722.0,P1016=1, 則選通 P2201 的頻率設(shè)定值。 令 P0701=99,P2220=722.0,P2016=1，則選通 P2201 的頻率設(shè)定值。 五PID控制器的設(shè)計 PID比例增益系數(shù)P( P2280)的作用使得控制器的輸入輸出成比例關(guān)系 , 一一對應(yīng)，一有偏差立即會產(chǎn)生控制作用 ，當(dāng)偏差為0時控制作用也就為 0, 因此，比例控制是基于偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的 ，是有差調(diào)節(jié)，為了盡量減小偏差同時 也為了加快響應(yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)時間，就需要增大P,但是P又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性 的限制，不能任意增大，如果系統(tǒng)容易遭受突然跳變的反饋

11、信號，一般情況下 應(yīng)將比例項P設(shè)定為較小的數(shù)值(0.5 )。注意，如果在P2280為零的情況下， 積分項的作用是誤差信號的平方。 PID的積分作用l(P2285)是為了消除靜差而引入的,然而，I的引入使得 響應(yīng)的快速性下降，穩(wěn)定性變差，尤其在大偏差階段的積分往往使得系統(tǒng)響 應(yīng)出現(xiàn)過大的超調(diào)，調(diào)節(jié)時間變長，因此可以通過增大積分時間來減少積分 作用，從而增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。注意當(dāng)積分時間 P2285 為零的情況下，并不投 入積分項。 微分作用 D(P2274) 的引入使之能夠根據(jù)偏差變化的趨勢做出反應(yīng) , 加快 了對偏差 變化的反應(yīng)速度 ,能夠有效地減小超調(diào) , 縮小最大動態(tài)偏差 , 但同時 又使系統(tǒng)

12、 容易 受到 高頻 干擾 的影響 。 通常 情況下， 并不投 入微分項， 即 P2274=0。 因此 ,只有合理地整定這三個參數(shù) , 才能獲得比較滿意的控制性能。 六 PID 控制器類型的選擇( P2263 ) 1. P2263=0 對反饋信號進(jìn)行微分的控制器， 即微分先行控制器， 為了避 免大幅度改變給定值所引起的振蕩現(xiàn)象。 2. P2263=1 對誤差信號進(jìn)行微分的控制器。 七 濾波 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中， 無論是傳感器測量， 主設(shè)定值的給定， 都不可避免 引入系統(tǒng)噪聲， 噪聲的引入會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定和精度下降。 因此西門子 MM4 系列變頻器在 PID 控制器的功能中又加入了濾波環(huán)節(jié)。 為了平

13、滑 PID 的設(shè)定 值，設(shè)置P2261為一時間常數(shù)。為了平滑 PID反饋信號，設(shè)置參數(shù) P2265為 相應(yīng)時間常數(shù)。 八 PID 自整定 在 MICROMASTER440 中， PID 參數(shù)自整定是按照 Ziegler Nichols 標(biāo)準(zhǔn)根 據(jù)系統(tǒng)的 開環(huán) 特性 來確 定控 制器比 例 增益系數(shù) 和積分 時間。與此 同時， MICROMASTER440 對 PID 參數(shù)進(jìn)行自整定的時候，以階躍響應(yīng)的超調(diào)和響 應(yīng)時間為依據(jù)，通過選擇不同的命令源來設(shè)定不同積分、微分系數(shù)和比例增 益的大小。 令P2350=1,使能PID自整定功能。通過設(shè)置不同的 P2350的值，可以使 系統(tǒng)具有不同的超調(diào)和阻尼

14、九 PID trim PID trim （微調(diào)） PID閉環(huán)控制既可以適用于主設(shè)定回路控制，也可以作為微調(diào)控制，微調(diào)控 制需設(shè)定以下參數(shù)。 P2251=1 P2254選擇微調(diào)回路的設(shè)定值。 十舉例 利用MM440的兩路模擬輸入通道來實現(xiàn)閉環(huán)控制 設(shè)定參數(shù)如下: P0700=2 P1000=2 P2200=1 P2253=755.0 P2264=755.1 P2280=0.5 P2285=5 第六節(jié) MM430 節(jié)能控制功能 在PID控制過程中，當(dāng)反饋信號大于主設(shè)定頻率時，系統(tǒng)偏差（ 4P） 為負(fù)，此時電動機(jī)的頻率逐漸降低，但仍在不停運(yùn)轉(zhuǎn)，在系統(tǒng)偏差不斷調(diào)節(jié)的 同時，系統(tǒng)不斷消耗電能。為了實現(xiàn)節(jié)

15、能，西門子對 MM430變頻器設(shè)計了節(jié) 能控制功能。出發(fā)點如下：當(dāng)電機(jī)的頻率降低到某一比較頻率（ P2390）時，激 活節(jié)能定時器（P2391），當(dāng)定時時間到期時，按斜坡下降時間停車，即輸出功 率為零，在無輸出的情況下，系統(tǒng)偏差會迅速從負(fù)到正變化，當(dāng)偏差超過某一 設(shè)定值（P2392）時，再起動電機(jī)，當(dāng)電機(jī)頻率按斜坡上升時間升到某一值時 （此 值稍大于P2390設(shè)定頻率），投入PID，使系統(tǒng)恢復(fù)正?？刂?。 參數(shù)設(shè)定方法： P2390P2390 要低于PID主設(shè)定值所對應(yīng)頻率一定幅度，以保證系統(tǒng)實現(xiàn)正常的 PID控制，如果P2390太小，節(jié)能又不易投入，因此 P2390要根據(jù)經(jīng)驗來 進(jìn)行整定，通常情況下，取 P2390= 主設(shè)定值對應(yīng)頻率：2025Hz。 P2391P2391 定時器時間的設(shè)定要依據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，如果系統(tǒng)響應(yīng)時間快， 則P2391應(yīng)設(shè)定較小的值。通常供水系統(tǒng)中，P2391大于200秒。 P2392P2392 比較