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 无编码器的矢量控制,转速控制精度。

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kdrjl
至圣

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楼主    2019-10-02 20:09:29
主题:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

本问题是以异步电机的矢量控制为对象提出的。


矢量控制分有编码器反馈的闭环速度控制和无编码器反馈的开环速度控制。有编码器反馈是闭环控制,所以转速的控制精度很高。这点毋庸置疑。而无编码器反馈是开环控制,转速实际值是通过电量检测电机运行频率内部计算的,而实际的电机轴转速因为异步电机有滑差存在,所以,实际转速与设定转速之间会产生误差,这个误差是多少?就不知道了。


因此,在一些转速控制精度要求高的应用场合,应该采用有编码器反馈的闭环转速控制。那么,问题来了。编码器的安装,布线是有技术门槛的,搞不好,编码器的信号会不可靠,影响正常使用。而且从本论坛的热帖讨论,以编码器信号问题为话题的,可是不少。关注度很高呀。


有没有一个相对折中的控制策略,比较简单的办法,保证无编码器的速度控制下转速的控制精度呢?


最近一个偶然的现场问题解决方案,发现针对上述问题,有一个不错的对应方法。

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kdrjl
至圣

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1楼    2019-10-02 20:32:29
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

以G120的CU240E-2为例。它在使用说明书中“应用特色”章节,介绍了一个码盘信号输入功能。其本意是,可以通过外部的码盘(转速的脉冲)信号,监控实际转速与变频器内部计算的电机转速是否超差。如下图示:



通过一个特定端子,可以把接近开关的码盘信号输入到CU,并通过设置每周脉冲数和传动比,有参数r586直接得到转速信号,图中是推荐作为转速差监控使用的。但本问题不去监控转速差,而是将其连接到CU里的PID工艺调节器的输入。


上表是码盘转速信号相关的参数设置。


我们知道,码盘信号的特点是,信号的频率比较低,所以在较强的信号触发下,其抗干扰能力远高于编码器信号。特别是工业现场,电磁环境比较复杂的场合,接近开关的应用,还是比较成熟可靠的。



通过CU内置的PID工艺调节器,把转速设定值和实际值分别连接到它的输入端,激活PID的使能和微调功能,即可实现转速的设定值与实际值之差,随时都被工艺调节器修正。实现了转速闭环控制的目的。



红圈部分是PID工艺调节器微调进入转速设定值通道。

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kdrjl
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2楼    2019-10-02 20:36:05
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

上述内容,是针对开环矢量控制的转速控制精度问题的解决方案,对于低速特性的改善完全无作用。所以若想实现类似起升控制悬停的满转矩特性。不能用此方法。规规矩矩地使用VC控制或其他的解决方案。


所以提出本楼问题,是因为在SLVC的应用实践中发现,电机如果运行在额定转速以内,转速实际值和转速设定值之间的误差很小(即使负载变化亦如此)。但如果电机运行于额定转速以上(恒功率调速范围),转速实际值与设定值之间的误差就开始加大,随着电机弱磁升速越远,其误差就越大。因此,修正和补偿这种误差,对于有稳态精度要求的应用场合,就显得很必要了。

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kdrjl
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3楼    2019-10-03 18:07:20
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

在SINAMICS以前,MM440的技术文件里,对内置的PID用法之一,微调补偿功能,描述得很清楚。如下图示:



从图中即可看到,PID和PID微调的给定通道,清清楚楚。但到了SINAMICS,G120对工艺调节器的微调功能,在功能图上的表示就不那么明确了。如果你没有以前对MM440的使用记忆,直接上手的是G120的话,很难看到这个PID工艺调节微调的用法,是如何实现的了。


通过以上描述,我感觉,G120对MM440的升级换代,还是非常明显的换代。不论是从性能,功能上,都上了一个很高的台阶。用通用型的驱动产品现在能够完成某些过去需要工程型驱动产品才能完成的工作。确实很给力呀。


当然作为工程型的驱动,S120的功能和性能,就更好了。只要借助于DCC,它无所不能。最近发现,如果利用编码器模块SMC,它可以直接读取100kHz以上的高频脉冲数。这个功能也是很有用的。对于那些采用高频脉冲信号作为传感器输出场合,过去都没办法直接把信号引到驱动装置里来。现在就可以了。

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HUANGZE75
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4楼    2019-10-10 09:05:38
精华帖  主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

看了K版的这个帖子,感触很深啊,西门子博大精深,只要肯努力学习实践,贴近实际另辟蹊径可以获得成果啊,当然创新方法及思维是建立在对事物深厚认知的基础上的。

kdrjl
至圣

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5楼    2019-10-10 09:26:27
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

关键是要用心琢磨,追求卓越,做好自己的事情。

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HUANGZE75
至圣

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6楼    2019-10-10 09:46:19
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

简单的这19个字,道出了一个做好一个技术工程师说必须具备的素质。特别是最后一句做好自己的事情,浮躁的社会能够甘于寂寞静下心来实实在在做事人不是很多啊。点赞

愁容骑士
侠圣

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7楼    2019-10-10 13:38:58
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

用心琢磨,追去卓越。

z349568117
侠士

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8楼    2019-10-10 20:40:48
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

为什么码盘发出脉冲比编码器抗干扰性更好?好像没什么道理吧?

码盘是安装在哪里的?码盘与电机转速什么关系?

希望楼主补充下码盘配合接近开关的细节,没太看懂。

okayly
奇侠

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9楼    2019-10-11 08:25:26
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

码盘就是类似于霍尔传感器的东西。

kdrjl
至圣

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10楼    2019-10-11 09:46:03
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

“码盘”,这是用的西门子的说明书里的术语,我们通常叫“接近开关”,“霍尔开关”等等。它是测试旋转轴转速信号常用的简易传感器。每周1-n个脉冲信号。我这一般是把一个同轴连接的连接器外圆洗两个对称的扁平面,即可实现每周两个脉冲信号了。传感器是安装在附近的固定底座上。调整传感器接近开关探头与联轴器金属外圆突出部位2mm左右间距即可。


这种接近开关,只有一路信号即可,不能旋转判定方向。而且触发信号很强。相比编码器每周成百上千个脉冲信号,而且还需要起码两路以上,判别方向。不论是安装接线和处理EMC,都要简单的多了。

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kdrjl
至圣

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11楼    2019-10-11 09:54:47
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

关于“码盘”注释,如楼上所述。


它的抗干扰能力比编码器强有几点:

第一,信号的频率低,脉冲触发能力强;

第二,只需一路信号,无需专用电缆;

第三,没有同轴安装的问题。传感器固定在旋转轴附近,旋转轴安装金属突出部位即可实现信号测试。

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洛理书生
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12楼    2019-10-11 10:01:51
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

高压电机的调速方式有内反馈斩波调速及变频调速,内反馈斩波调速就是通过接近开关的速度反馈,实行闭环控制的。而现在的变频器要么是开环控制,要么是编码器反馈闭环控制。

一世温柔暖一人
kdrjl
至圣

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13楼    2019-10-11 11:15:07
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

在对转速控制精度有要求的场合应用,无编码器的SLVC会因为有转速误差满足不了要求。需要有实际转速的监控和修正。或者直接用编码器反馈的控制方式。


一般的应用场合,对速度差,要求都不高。比如,风机泵类,比如辊道控制,传送带控制等。所以,SLVC的方式也就足够用了。

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Ready_OK
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14楼    2019-10-11 13:55:33
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

 为版主点赞!谢谢分享!

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ZD_JY
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15楼    2019-10-11 15:46:40
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

有一个问题,这个PID的输入,设定值和实际值是不是都是绝对值形式的?因为这个码盘没法判断方向啊,是不是这么理解的?谢谢

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kdrjl
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16楼    2019-10-11 15:49:58
主题:回复:无编码器的矢量控制,转速控制精度。

是。PID设定值和实际值都是0-100%。如果电机需要反向运行,可以通过P1113去反向。PID设定值和实际值要根据逻辑正确设置。

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