基于PLC的电动挖掘机变频调速系统设计_毕业设计论文

为了计算简单不妨将K1、K2的值取成1，最终得到：

G闭环(s)?38(0.0047s?1) （4-4）

7.875s2(0.0035s?1)(0.1s?1)

4.2 PID 参数整定

PID参数整定[6]方法就是确定调节器的比例系数P、积分时间Ti和和微分时间Td，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。

经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于转速控制系统，工程上已经有大量的经验。

实验凑试法的整定步骤为\先比例，再积分，最后微分\。 (1)整定比例控制

将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

(2)整定积分环节

先将步骤(1)中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。

(3)整定微分环节

先置微分时间Td=0，逐渐加大Td，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。

第5章 硬件设计

5.1 电路设计

5.1.1 变频器和PLC的相关接口电路

变频器和PLC的相关接口电路设计作为本设计的核心部分，其合理程度直接关乎到了实验结果的成败，所以对于这部分一定要广泛收集资料，认真考虑每一个细节问题。实验采用三菱FX 2N-48MT的PLC，以及三菱FR-A740的变频器，相关电路连接如下图所示。

380VVoutCOM2RSTFX 2N-4DA前进后退踏板压力监测操作杆压力检测高速中速低速自动模式手动模式X000X001X002X003Y000Y001Y002Y0035STRSTFRHRMRLSDFR-A-740FX 2n-48MTX004X005X006X007X010X011COM+24V+24V-24VY004COMUVWFX 2N-4ADVinM液压泵转速传感器图5-1 PLC和变频器相关接口连接电路

在变频器的缺省设置基础上，做如下修改： (1)Pr30=1

表示再生功能制动选择。再生制动是电动机进行制动时把一部分动能通过电机转换为电能储存起来，回收利用。再生制动一般是和传统液压制动协调配合提供制动力的，再生制动力是为了回收能量，再生制动力越大，回收的能量越多，具体再生制动力大小是受速度、电池容量、电机等因素约束的。

(2)Pr73=1

表示选择了模拟量输入模式。

(3)Pr79=4

表示选择了外部/PU组合操作模式2，用外部输入设定运行频率。 (4)Pr.4=900；Pr.5=1600；Pr.6=2400

仅RH为ON时 频率为Pr.4所设置的值决定RH的值 仅RM为ON时 频率为Pr.5所设置的值决定RM的值 仅RL为ON时 频率为Pr.6所设置的值决定RL的值 以上参数均通过变频器的PU面板输入。

5.1.2 变量泵转速检测电路

变量泵的转速检测是否精准决定着PLC给变频器的输出值是否妥当，所以对于信号的采集和处理要认真对待。传感器接口电路下图所示。

2.7k856Vin74PLC32.7k21LM331AD10k转速传感器2.7k+-LM7412.7k

图5-2变量泵转速检测电路

一般来说传感器输出为正弦信号，需要将其进行整流、放大、AD转换，以便送入PLC进行计算。先将输出的正弦波信号通过二极管进行整流，在转速比较低的时候传感器输出的电压信号幅值比较小，为了提高灵敏度，还要对输出信号进行放大。因为FX 2N-4AD接受的是电压值，所以我们必须将频率值转化为电压值，很幸运我们在市面上找到了LM331芯片，此芯片可以将频率值转化为电压值，并且频率值和电压值承线性关系，刚好满足我们实验中的需要。

在信号放大部分，选取R0和R1的阻值分别为10 K、2.7 K。根据式(5-1)可计算出放大倍数约为5。

Auf?1?R0 (5-1) R1LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片,可用作精密频率