调节速度（精选六篇）
调节速度 篇1
1、液压电梯PLC速度调节系统工作原理
1.1 液压电梯速度调节系统结构组成
液压电梯升降平台工作时油液由叶片泵形成一定的压力油, 经滤油器、隔爆型电磁换向阀、节流阀、液控单向阀、平衡阀进入液压缸下端, 使液压缸活塞向上运动, 提升重物, 液压缸上端的回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱, 其液压回路的额定压力可通过溢流阀进行调整。
1.油泵;2.电机;3.上升比例流量阀;4.溢流阀;5.单向阀;6.下降比例阀;7.快速切断阀;8.油缸;9.轿厢;10.容栅传感器;11.速度控制器;12.可编程控制器
以PLC为核心的液压电梯速度调节系统, 其系统结构原理如图1所示。本调节系统的轿厢速度检测采用容栅传感器, 通过其对轿厢在任意时刻的速度检测, 然后将数据送至速度控制器 (89C51单片机) 中处理, 对上、下比例阀的控制通过可编程控制器PLC来实现, 然后通过数据传输将PWM信号输出给速度控制阀, 从而实现液压电梯的速度调节。
1.2 液压电梯速度反馈系统组成
液压电梯速度反馈系统主要由PLC速度控制器、比例阀、液压驱动、轿厢负载及速度反馈等环节组成。如图2所示为液压电梯反馈系统原理图, 当可编程控制器PLC传出一个信号时, 通过I/O接口端输入到速度控制器中, 通过上、下升比例阀, 控制液压油缸伸缩, 从而驱动液压电梯轿厢的升降。液压电梯轿厢在任意时刻的速度检测结果反馈到控制器中, 通过与预先设定的速度理想曲线相比较, 从而校正与设定的理想曲线偏差来调节电梯运行速度, 确保电梯运行的舒适性。
在该系统中, 因电控部分与液压系统相比其时间常数很小, 可看作是比例环节, 因而液压控制系统模型决定着整个电梯速度控制。
2、PLC电梯控制系统设计
PLC电梯控制系统主要是采用三菱可编程控制器FX2N, 其主要由FX2N-4AD模拟量输入模块和FX2N-4DA模拟量输出模块组成。FX2N-4AD模拟量A/D转换模块可将外部模拟信号转换为数字信号输入;其共有4个输入通道 (CH1、CH2、CH3、CH4) , 四个模块可同时使用或部分使用, 可将模拟电压输入或者模拟电流输入, 由BFM (Buffer Memory) 参数决定。模拟量电压输入范围是-10V~+10V, 数字量输出范围是-2000~+2000.FX2N-4DA模拟量输出模块有四个输出通道, 将PLC内部数字量转换为相应的模拟量输出, 直流电压模拟量输出范围为-10V~+10V, 模块内部设有32个缓冲存储器。
电梯信号控制系统组成如图3所示。输入接口主要由运行方式、运行控制、安全维护组成, 用户可以通过PLC编程来实现电梯上下行的控制和轿厢的速度控制;输出接口主要由呼叫电梯指示、楼层显示、运行显示、呼梯铃以及开关门控制组成, 主要功能是给用户一个电梯运行状态的反馈和自行操作控制。
PLC楼层与速度控制原理如图4所示, K1、K2、K3、K4为开关指令。在电梯上行过程中, 当K1、K2同时闭合时, 电梯加速上行;当K1断开, K2闭合时, 电梯减速上行;当K3、K4闭合时, 电梯加速下行。
3、PLC电梯速度控制系统特性
采用PLC为核心的速度控制系统, 能有效地诊断和排除一系列问题的存在, 其功能主要体现在以下几个方面:
3.1 实时性
(1) 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提, 信号处理时间短, 速度快。所以当PLC控制器运用在液压电梯中, 能使其在工作过程中运行速度更快。
(2) 基于信号处理和程序运行的速度, PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。在电梯信号组成中, PLC输入端接一个安全维护系统, 能更有效地控制液压电梯的安全性。
3.2 可靠性
(1) 所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离, 使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离, 可以防止各电路之间的相互干扰, 从而能提高系统的性能指标。
(2) 各模块均采用屏蔽措施, 以防止噪声干扰;同时也具有良好的自诊断功能, 一旦电源或其他软、硬件发生异常情况, CPU立即采取有效措施, 以防止故障扩大。
3.3 控制系统采用结构模块化
为了适应各种工业控制需要, 除了单元式的小型控制器以外, 绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件, 包括CPU, 电源, I/O等均采用模块化设计, 由机架及电缆将各模块连接起来, 系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4、结语
采用PLC速度控制系统控制液压电梯的运行速度, 不仅能有效实现液压电梯的智能控制和轿厢速度反馈控制, 同时也具备了结构简单、通用性强, 并且也很好地防止系统内部的干扰, 确保电梯平稳有序的工作。
参考文献
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调节速度 篇2
基于PLC的船锚和起货机频率和速度调节控制系统
此文将介绍时间以继电器为基础的船锚速度控制系统所存在的难以克服的.缺点,及如何实现将可编程控制器(PLC)和变频控制技术应用于船锚的控制系统.此文还将介绍这种调节控制系统的可靠闭环速度控制这一突出特点.
作 者：安翔 作者单位：江苏海事职业技术学院,轮机系,江苏,南京,211170刊 名：中国水运(下半月)英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT年，卷(期)：9(5)分类号：U667.5关键词：PLC 船锚 起货机 频率 速度
调节速度 篇3
1.教材的地位和作用
本部分内容属于《义务教育课程标准实验教科书——生物学》七年级下册(人教版),是义务教育阶段生物课程的内容标准10个一级主题中的第5个:生物圈中的人。位于教科书第四单元的第六章《人体生命活动的调节》的第三节。人体对外界环境的感知及各种生命活动的调节时刻都离不开神经系统的作用。在教材中介绍了反射的概念、反射弧的组成、简单的反射和复杂的反射等基础知识。相对的学生比较容易理解掌握。在本节中有一个“膝跳反射”的实验和“测定反应速度”的探究活动,通过膝跳反射实验可引出反射的定义和反射弧的组成。“测定反应速度”的探究活动,不需要复杂的实验仪器和设备,只是需要二至三人一组,相互配合来完成,从而加深学生对基础知识的理解,充满情趣。培养了学生的探究能力,培养了学生乐于探索生命的奥秘,培养实事求是的态度,进行相互交流、合作的情感态度、价值观的教育。
2.教学目标
(1)知识目标:提出有关反应速度的问题,学会制定并实施探究计划。掌握探究的一般过程。(学生在以前的探究都是在教师的指导下进行的共同完成,这次是他们进行的第一次独立完成探究的全过程,所以要求他们在这个探究中获得上述的知识目标。)
(2)能力目标:通过学生自己设计探究活动,初步学会生物科学探究的一般方法,发展学生提出问题、做出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力;在探究中发展合作的能力、实践能力和创新能力;初步学会运用所学的生物学知识分析和解决某些生活、生产或社会实际问题。
(3)情感态度与价值观:体会科学家在科学研究中可能遇到的各种问题,以及怎么样通过一次一次的尝试来解决问题,帮助学生领悟科学的本质;学会合作、交流,最大限度去解除同学之间可能存在的陌生或矛盾。
3.教学重点、难点
如何通过小组独立完成探究活动。
4.(1)学情分析:我校的学生相对的生源比较好,学生的接受能力也比较强,表达能力相对的也比较顺畅。在以前的学习中,已经对有关的探究活动的一般程序和方法做出了比较多的训练,但这是学生的第一次自己设计完成,可能也存在比较大的困难。所以在探究课前我做了比较充分的准备,同时也增设了一个课本没有的用秒表、握力圈来测反应速度的探究实验,以期能更充分地调动学生的学习兴趣和运用器材能力,满足学生的求知欲。
(2)校情分析:我校属于教学设备比较齐全的学校,也专门配有生物实验室,还有多媒体教室,可以比较方便地进行多媒体教学。各个科室之间的器材可以比较方便的借到。这些条件设施都为我进行生物学教学提供了比较有利的教学条件,可以大胆地进行创新。而且学校也比较注重生物实验的开设,不仅为实验室增添了器材,也为生物实验的开设提供了必要的经费,可以使得生物学相关的探究可以比较顺利地进行。但最大的难题是每个班级的人数过多,课题的活动比较难开展,实验也比较难个别指导。
5.教具的使用:相关内容多媒体课件;探究活动用的秒表、握力圈、各种不同长度的尺子。
二、说教法和学法
1.教法:让学生自己提出问题,解决问题,教师是帮助他们完善计划和帮助他们完成探究。
2.学法指导:充分调动学生的积极性,充分发挥学生的主观能动性,让他们真正成为学习的主人;采取“自主、合作、探究”的学习方式,让学生发现问题,通过小组合作交流探讨解决问题。并在学习中学会思考、合作、交流。
3.教学时数:一课时。
三、教学程序
1.课前准备
(1)分组
每三个同学一组。(因为班级人数过多,共20个小组)而且分组的名单由我来确定。在分组时,我强调一定要按照我分的组进行,不可以自由组合。(学生的情况可以向班主任来打听,我主要是把一些来往比较少的同学分做一组,我的目的是为了要学生学会和比较陌生的人进行交流和合作,并且使得学生间能更融洽地生活。又因为学生的生源比较复杂,有城里的、也有乡下的、有讲本地话的、壮话的、客家话的、普通话的。他们之间无形中形成了一些小团体,怎样去帮助他们消除这些不好现象一直是班主任头疼的事情,希望借这次活动能帮助他们更融洽地相处。)
(2)预习
在探究活动前我要求学生参照《实验报告册》(七年级下册)和教科书104頁的探究活动设计自己本组的探究活动。在实验报告册上写出:提出的问题、作出的假设、制定的计划。
但由于课本中所推荐的方法对于学生来说不是很难掌握,可能会出现学生学得不满足、没有趣味的情况,所以我增加了一组探究方法让学生去选择。我利用的是秒表和握力圈进行测定。两个同学比赛按秒表,看谁按一次用的时间更少来测定反应的快慢。然后再在用握力圈握20次后再测,比较没有握之前和握之后的反应速度来说明反应速度和身体状况的关系。由于这次是学生第一次进行独立的探究,所以我在他们探究之前为他们设计了探究过程的步骤表格,为他们的探究做个对照,利于探究能比较顺利地进行。但是设计这个实验要求学生能比较熟悉地用秒表,所以得在探究前做个秒表的使用介绍。对于课本的用尺子来测反应速度,我要求的是每个组都要去做,但每个组探究的问题可以不同,有关的注意问题在探究前我也做了个提醒,在探究活动中再针对出现不同的情况来纠正。
2.课堂探究
引入:馒头烫手我们会很快松手放开,膝跳反射也是在一个很突然的情况下很快跳起,在这些反射中我们都很快地做出了反应,那么,我们的反应速度有没有快慢之分呢?它们的快慢又和什么因素有关呢?我们可以通过一些活动进行探究。
(1)检查预习情况
引入新课后,我将从第一组开始,每个组一个代表起来说出他们的探究活动提出的问题、假设。我要做好记录,以便下堂指导。这里可能会出现一些组提出的问题和探究主题不相符,如果能做出更正的我尽量帮助他们做出更正,如果时间不允许我将让他们继续进行他们已定的探究,待课后再做出个别指导。
(2)进行探究
这个部分是留给学生的时间,我将只是维持好纪律,或者针对一些情况做出些个别指导。例如可能存在还有些学生不能掌握秒表的使用,或者对在用尺子测定时两次读数的读取部位不同的现象做出更正。主要的时间还是留给学生进行探究。
(3)表达和交流
探究结束后,要求每个小组都发言交流,就本组得出的结果进行分析,得出结论,看是否和假设一致,不一致找出不一致的地方,这里也可以请其他组的同学帮助分析找原因,利于他们对这个探究更全面的认识和学会表达、交流。并当堂进行小组评价,表扬表现好的小组,促进小组的合作。
在课后要求学生完成实验报告册的填写,收集上来进行检查,从中发现问题,以期改进。并依照评价参照做出学生自我评价和教师评价。(附评价参照1、2)
四、教学预测和反思
以上是对“人体神经调节的基本方式”这一节教材的认识和教学过程的设计,以《生物课程标准》内容为标准,根据我校的学生特点和我校的校情,还有我自己的自身特点对教材进行了些重组,效果怎样还有待在教学中进行检验。还有我对学生的分组还存在着很大的担忧,假如某个小组学生之间成见过大,可能不能很好的合作,那么也可能无法完成探究活动。但无论怎样都值得一试,或许不成功的探究带给他们更多的感触也不一定!还有对于探究中我增加的探究内容,也许使得有些小组不知道怎么进行有序的探究,或许对他们是一个多余的干扰,但如果能使得他们对探究活动多些兴趣,这个收获我觉得更大。对于我来说,这次的探究有太多自己无法把握的问题出现,怎样和学生一起去解决这些未知的问题,对我未尝也不是一个很大的挑战。但无论怎样,能最近地达到我的教学目标,那就是成功的了!
汽车起重机落幅速度自调节控制 篇4
本文主要针对汽车起重机的落幅性能进行研究, 研究对象是国内某起重机公司的动力加压落幅系统。该落幅系统的主要特点是有杆腔引入压力油, 并且变幅平衡阀的控制压力来自控制手柄, 与有杆腔压力无关。传统的重力落幅系统依靠重力进行落幅, 随着起重臂角度的减小, 变幅油缸的负载不断增大, 使得落幅速度越来越快, 影响起重机的操控性和稳定性, 增大了操作手的工作强度。本文通过对落幅机构和落幅平衡阀进行研究, 得到了基于平衡阀流量压差特性的落幅速度控制方法。
1 落幅机构运动学分析
如图1所示, 根据余弦定理可得油缸的位移
将式 (1) 对时间求一阶导数可得油缸的速度
进一步可得变幅油缸无杆腔的流量
其中L1为起重臂下铰点与油缸上铰点的距离;L2为起重臂下铰点与油缸下铰点的距离;X为变幅油缸的长度;α为起重臂与水平面的夹角, 即变幅角度;β为起重臂下铰点与油缸下铰点连线与水平面的夹角。
以某型汽车起重机为研究对象, 最大起幅角度为80°。起重臂以固定的角速度匀速下落, 假设任何工况下最短的落幅时间为50s, 落幅时间仅仅与操作手柄的开度成比例。当进行落幅操作时, 则可以检测到手柄的开度, 相应的可以得到所需的落幅时间。本文以手柄最大开度为例进行说明, 则落幅角度与时间的关系式为
根据测量, 式中的各参数如下:L1=5.1m, L2=2m, β=0.36rad。利用MATLAB软件进行数值分析, 可得起重臂匀速下落时变幅油缸无杆腔的流量与变幅角度的关系如图2所示。
2 变幅平衡阀流量-压力特性
变幅平衡阀的阀芯节流槽大都为V型槽、变截面三角槽和等截面三角槽等组合而成, 因此其结构复杂, 阀芯所受液动力理论分析困难。现单以V型槽为例, 分析液流流经阀口所受稳态液动力的情况。V型槽结构简图如图3所示, 以流经阀口的液流为研究对象, 取左向为正方向, 根据动量守恒定律, 液流所受力
式中ρ—液压油密度;
qv—流经阀芯的流量;
v1—流入节流口的速度;
θ1—液流入射角;
v2—流出节流口的速度;
θ2—液流出射角。
由于液流流入节流口的速度v1相比流出速度小很多, 并且入射角1较大, 因此可以忽略液流流入的动量, 即式 (5) 可以简化为
根据牛顿作用力与反作用力定律, 可知平衡阀芯所受的作用力, 即液动力为
负号表示阀芯的液动力方向向右, 即阀口关闭的方向。
流经节流口的流量为
式中c—流量系数;
A—节流口过流面积, 与节流槽形式和阀芯位移有关。
节流口出流速度为
其中A3为液流流出阀芯的面积。
联立式 (7) 、 (8) 、 (9) 可得平衡阀芯所受稳态液动力为
由式 (10) 可知, 平衡阀芯所受的稳态液动力有使阀芯关闭的趋势, 力的大小与阀芯压差, 节流槽过流面积成正比, 与液流流出阀芯的面积和流出角度成反比。
流经平衡阀芯的流量为
由式 (11) 和式 (12) 可知, 平衡阀芯的压差和流量均为阀芯位移x的函数, 即△p=f (x) , qv=f (x) 。进一步可以得到流量-压差的函数qv=f (△p) 。
为了验证上述理论分析的正确性, 假设平衡阀芯只有V型槽, 遮盖量为0。阀芯各参数如下
利用MATLAB软件进行数值仿真, 仿真结果如图4所示。图中不同的曲线分别是控制压力不同的条件下, 变幅平衡阀的流量-压差曲线。
根据仿真结果可知, 平衡阀在压差较小时, 流量随着压差的增大而增大, 在达到流量最大值后, 流量随着压差的增大反而会减小, 这就是平衡阀的流量饱和特性。另外, 在相同的压差下, 控制压力越低, 则平衡阀的流量越小。因此, 可以利用这一点进行落幅速度的控制。
3 落幅速度控制
首先根据操作员的操作意图, 检测操控手柄的开度, 确定所需的落幅时间, 根据第一节则可得到变幅角度与油缸所需流量的关系。通过实时检测馈起重臂的变幅角度, 可得到相应的流量Q。变幅油缸无杆腔与平衡阀串联, 因此平衡阀的流量也等于Q。
然后通过检测无杆腔的压力Q, 则可得到实时的压差△p=p-p0, 其中p0为背压, 可看作固定值。结合平衡阀的流量-压差特性, 对于每一个点 (Q, △p) , 都可以在图4中找到相应的曲线穿过该点, 则该曲线对应的控制压力就是匀速落幅所需的控制压力。
因此, 通过不断地反馈操控手柄开度、变幅角度和变幅油缸无杆腔压力, 实时自动改变变幅平衡阀的控制压力, 就可以实现起重臂落幅速度的匀速控制。
图4是平衡阀的控制压力、流量和压差的图谱, 图谱越精密, 即控制压力细分越精细, 则控制效果越理想。同时, 根据控制器的精度可以采用插值法对控制压力进行估值。
为了实现变幅平衡阀的控制压力的实时调整, 需要对系统进行一些改进, 如图5所示, 在平衡阀的控制油路上增加1个电控减压阀, 实时改变平衡阀的控制压力, 从而达到控制落幅速度的目的。控制流程图如图6所示。
4 结论
论文首先对汽车起重机的变幅机构进行了分析, 得到了匀速落幅所需的变幅油缸无杆腔流量。然后论文对变幅平衡阀进行了动力学研究, 得到了其流量-压差特性曲线, 并且分析了流量-压差特性与控制压力之间的关系。论文利用变幅平衡阀的流量压差图谱, 通过实时监测变幅角度和油缸无杆腔压力, 得到相应的平衡阀控制压力, 实现了落幅的匀速自适应控制, 提高了操作舒适性。
参考文献
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调节速度 篇5
长定子直线同步电机因其效率高、爬坡能力强、转弯半径小等优点被应用于磁悬浮列车和一些城市轨道列车中作为驱动装置。随着通信、微处理器和控制技术的发展, 长距离直线电机的控制技术也得到长足进步, 例如动子磁场定向控制已经被成功应用于德国TransRapid系列磁悬浮列车牵引控制中。
磁悬浮列车要采用动子磁场定向控制, 必须要获知车体的位置信息, 同时, 这些信息又是保障列车安全运行所需要的控制参数。在实际系统中, 列车位置信息和其它运行参数均通过车载设备检测得到, 并以固定频率通过微波传输给地面控制中心。这种方法存在以下几点不足:1) 微波传输易受天气和环境因素影响;2) 列车运行在高速时固定频率的位置反馈会引发相位延迟;3) 无法扩展冗余, 由于车载容量有限, 车载检测设备的冗余受到限制。
考虑到以上方面, 如果在列车高速运行时控制侧使用无速度传感器技术, 则可以通过实时检测到的定子电压和电流来获取列车位置和速度信息。这样不仅避免了高速下数据传输所引发的延迟, 也增加了系统的冗余, 提高了整体的安全性。
为了达到以上目的, 本文提出一种简单而有效的无速度传感器算法。该算法基于估计得到的d轴电流与实际d轴电流之间的误差来获取位置变化量。该位置变化量通过PI控制器组成的锁相环回路可以得到电机动子的速度和位置信息。仿真和实验结果表明该算法能够很好地追踪动子的速度和位置信息。
2 电机模型
为了便于分析长定子直线同步电机的电机模型, 做出如下假设:1) 由于动子侧长度较长, 忽略端部效应;2) 定子与动子之间气隙较大, 忽略d, q轴的凸极效应;3) 磁路线性, 且无涡流和磁滞损耗。
长定子直线同步电机在转子坐标系中的电压方程为
undefined
式中:Ls, Rs分别为定子自感和电阻;λm为动子磁链;τ为定子极距;v为动子线速度。
v与同步电角速度的关系为
undefined
运动方程为
undefined
式中:m为电机质量;Fx为直线电机的牵引力;Fl为负载阻力;kw为风阻系数。
3 无速度传感器算法
由图1所示, 电机动子相对相位用直轴d所处位置表示。在实际中该位置未知, 我们用观测坐标系δγ来近似, 设δγ与实际dq坐标之间的角度误差为Δθ, 电机模型在δγ坐标系里的动态方程为
undefined
式中, iδ和iγ分别是电流矢量在观测坐标系δγ中的轴分量。
在采用转子磁场定向控制时, 往往控制d轴电流值为0, 这是为了达到最大的牵引力电流比。当d轴电流为0时, 电流空间矢量即为iq。
假设上一周期观测坐标系已收敛至d-q轴, 而且d轴和q轴电流均已调节到给定值。则新的采样时刻, 动子位置发生Δθ位移, 而观测坐标系还没有更新, 则:
undefined
当Δθ足够小时, 有
Δid=id_ref-iδ
=0-iq_refsin (Δθ)
≈-iq_refΔθ
于是, 角度改变量可以计算得:
undefined
当电机处于匀速运行时, iq_ref会很小, 为了避免除法带来的干扰, 给分母绝对值abs (iq_ref) 设定一个下限Kl, 上式变为
undefined
为了消除角度变化量, 即观测到新的d-q轴位置, 采用了锁相环回路。该回路通过对误差角度变化量的PI调节, 从而得到新的估算位置undefined和速度值undefined。
以上角度观测器传递方程为
undefined
式中:Kp, Ki分别为PI控制器的比例和积分系数。
同样, 速度观测器的传递函数亦为上式。在该二阶系统中:
Kp=2ζnωnKi=ωundefined
式中:ζn为阻尼比;ωn为自然频率。
通过设定系统参数ζn和ωn, 就确定了PI调节器的参数。
以上所述无速度传感器算法框图如图2所示。
4 实验
4.1 硬件系统
实验平台为基于VME总线的控制系统和一台长定子直线同步电机组成, 如图3所示。该控制系统采用VMIC公司的VMIVME-7750 CPU 板, 开发语言为C。程序主要分为磁场定向控制和位置观测两部分, 在磁场定向控制中, 速度环和电流控制环均为PI调节器。由电流环产生的电压给定值通过双端口RAM传送给DSP控制芯片TMS320LF2812产生SVPWM开关脉冲, 用以驱动逆变器开关。
实验电机为长定子同步直线电机, 动子侧采用电励磁, 电机参数为:定子极距τ=258 mm;定子电阻Rs=0.149 Ω;定子电感Ls=1.92 mH;动子励磁磁链λm=0.495 Wb。
4.2 实验结果
图4为电机运动的实际速度和估计速度, 可以看出, 在零速时, 对速度的观测有较大误差, 当动子开始运动后, 误差很小。在这种情况下, 电机的启动需要额外的策略, 在本次实验中采用位置传感器信号反馈, 当速度达到一定值后, 切换至无速度传感器算法。
图5所示为动子匀速运行状态下对位置的观测, 可以看到位置观测器与实际位置电角度误差在-3°～+3°之间。观测效果良好。
5 结论
本文针对长定子直线同步电机的矢量控制提出了基于PI调节器的速度和位置估算算法。该算法通过调节观测到的d轴电流到实际给定值的方法来获得速度和位置信息。并搭建基于VME总线的长定子直线电机试验平台验证该算法。由实验结果可以看出, 本文所采用的速度和位置观测方法能够实现对速度和位置很好的估算。
摘要：针对长定子直线电机的动子磁场定向控制, 提出了一种简单有效的无速度传感器算法。该方法通过计算观测得到的d轴电流和d轴给定电流之间的误差来获得观测角度与实际角度之间的误差量, 通过PI控制环的调节, 该误差量会收敛到零, PI的输出就是动子的速度, 对其进行积分就得到位置的观测量。为了验证本算法, 搭建了基于VME总线的电机控制系统。实验结果表明本算法可以很好的对速度和位置进行跟踪。
关键词：PI跟踪,无速度传感器矢量控制,直线同步电机
参考文献
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调节速度 篇6
速度调节阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀,主要用于气动系统中控制气缸活塞运动的速度。根据安装方式的不同分为进气节流和排气节流两种类型[1]。在对速度调节阀的实际应用中,更多关注的是它对气缸速度的调节功能,而忽略了两种安装方式对气缸速度调节的不同效果。现实使用速度调节阀中,不合适的安装方式往往造成气缸运动的不稳定,造成不必要的损失。
1 两种节流方式调速效果的理论分析
单向节流阀又叫速度调节阀,它的构造图和实物图如图1所示。实际使用中有进气节流和排气节流两种安装方式,如图2所示。
1.1 气缸速度的数学模型分析
每种型号的气缸都有其相对应的理论基准速度。理论基准速度是指气缸排气侧声速排气、无负载,并且有一定气源压力的情况下求出的气缸速度,计算公式如下[2]。
式中:1 920—常数系数;
A—排气侧活塞有效面积,mm2;
S—排气回路有效合成截面积,mm2;
v0—理论基准速度,mm/s。
气缸空载时最大速度vm值与理论基准速度v0很接近。当气缸负载增大时,气缸最大速度vm的值将减小。
一般讨论的气缸速度指的是气缸的平均速度v,计算公式如下:
式中:v—平均速度,mm/s;
L—气缸行程长度,mm;
t—完成行程长度所用的时间,s。
一般在粗略计算时,气缸的最大速度与平均速度关系式如下:
vm≈1.4v。
式中:v—平均速度,mm/s;
vm—最大速度,mm/s。
由上述的公式分析可得:气缸的平均速度与理论基准速度成正比例关系。在气缸型号确定的情况下,排气侧的活塞有效面积保持不变,理论基准速度主要由排气回路的有效合成截面积决定。由此可以推出,气缸的平均速度主要由排气回路的有效合成截面积决定,排气回路有效面积越大,平均速度越大,反之亦然。
1.2 进气节流调速效果的理论分析
进气节流安装调速阀情况下,在进气时,气流将节流阀阀芯(唇形密封圈)封闭,气体只能通过调节阀阀芯开口处进入气缸;而排气时,气流将单向阀芯(唇形密封圈)打开,气体可以通过节流阀阀芯开口和单向阀两处排气,排气回路的有效面积较大,气缸的平均速度较大。
当气缸使用进气节流方式安装调速阀时,进气量比较小,进气腔体压力上升缓慢;而排气量比较大,排气腔体压力迅速降至很低,所以活塞的运动主要是由进气腔体内压缩空气膨胀决定的。这种节流方式下,气缸的输出力和速度均不稳定。
1.3 排气节流调速效果的理论分析
排气节流安装调速阀情况下,在进气时,气流将单向阀芯(唇形密封圈)打开,气体可以通过节流阀阀芯开口和单向阀两处进气;在排气时,气流将节流阀阀芯(唇形密封圈)封闭,气体只能通过调节阀阀芯开口处排出气缸,排气回路的有效面积较小,气缸的平均速度较小。
当气缸使用排气节流方式安装调速阀时,进气量比较大,进气腔体压力上升迅速;而排气量比较小,排气腔体压力下降缓慢;所以,活塞两侧腔体压力差稳定,活塞运行速度和输出力均会比较稳定。排气节流型是较好的速度控制方式。
2 两种节流方式调速效果的仿真
利用SMC公司的ModelSelectionVer4.0仿真软件对两种节流方式在同样条件参数下进行仿真,通过仿真结果对比两种调速方式的效果。参数设定为气缸行程为250 mm,动作方向为向左伸出,供给压力0.5 MPa,环境温度20 ℃,配管左右全长均为6.0 m,速度控制阀安装在气缸上,其开度均为50%,负载质量为5 kg。其它辅助元件型号完全相同,区别是节流方式分别为进气节流型和排气节流型。仿真结果如图3所示。
仿真结果显示:采用排气节流型方式最大速度831 mm/s,平均速度459 mm/s,最大加速度14 m/s2(绿线所示),全行程时间0.54 s,活塞始动时间0.1 s,行程终点速度534 mm/s。而采用进气节流型方式最大速度为1 215 mm/s,平均速度637 mm/s,最大加速度51.8 m/s2(绿线所示),全行程时间0.39 s,活塞始动时间0.1 s,行程终点速度1 208 mm/s。
由上述数据可以看出,气缸速度大、行程时间短是进气节流型方式的主要特点。通过观察仿真速度曲线(红色所示)可知,使用进气节流型时,速度全程一直在增加,几乎在末端达到最大速度为1 208 mm/s,而使用排气节流型在运行达到最大速度后回落,速度在后半程维持在500 mm/s上下,行程末端速度为534 m/s。这说明排气节流时速度变化更平稳。
另外末端速度的区别造成活塞杆吸收动能的区别,仿真数据显示,进气节流型时,吸收动能3.91 J,超过允许动能2.20 J,需要使用附加缓冲装置。而排气节流型时,吸收动能0.76 J,在允许范围之内。另外,可以观察到活塞两侧腔体压力变化趋势(蓝线所示),使用排气节流方式时,两侧压力差维持稳定,而使用进气节流方式时,进气缓慢、 排气迅
速,两侧压力差变化较大,这会导致气缸运行不平稳的现象发生。
通过上述仿真分析说明,采用进气节流方式无法良好控制气缸速度,气缸运行不平稳;采用排气节流方式能很好地控制调节气缸速度,气缸运行平稳,这与理论分析的结果相同。
3 两种节流方式调速效果的试验分析
3.1 试验条件的选择
在试验中尽量使试验条件与仿真条件相同,这样可以与仿真结果进行更好的对比。气缸选用SMC公司生产的MBF 32—250型号双作用气缸,行程为250 mm,使其带5 kg负载,运行频率为0.5 Hz。其他气动元件的选型与仿真中相同。特别注意的是,要保证进气节流和排气节流两种方式时,速度调节阀的开启程度相同。
试验系统的电气控制采用可编程控制器来完成,通过PLC编程使电磁阀按设定的频率通断,来控制气缸的换向。
3.2 试验数据的采集
气缸两个通气口的气压变化的采集使用两个压力传感器来完成,压力传感器的型号为PSE300。气缸活塞杆的位置变化使用IL300高精度激光位移传感器采集。使用双踪示波器显示这三个传感器输出的模拟量,分析两种节流方式下气缸活塞杆位置和通气口压力随时间的变化情况。其中IL300高精度位移传感器的模拟输出为-5 V~+5 V,量程为160 mm~450 mm;在量程内,被测物体与激光位移传感器距离越近,模拟输出越大。
3.3 试验结果与分析
通过试验得到进气节流时的位移/时间波形,如图4所示,使用示波器的测量功能得到该节流方式下的伸出行程时间为460 ms,缩回行程时间为420 ms。排气节流时的位移/时间波形如图5所示,
这种节流方式下,伸出行程时间为900 ms,缩回行程时间为860 ms。
由上述结果可以看出,在其他试验条件相同的情况下,只改变速度调节阀的节流方式,进气节流时气缸的平均速度要大于排气节流时气缸的平均速度,这也就说明了进气节流的调速效果没有排气节流的调速效果明显。
通过压力传感器采集气缸两个通气口的气压值,由示波器显示出来的压力/时间波形如图6所示。图中,黄色曲线是有杆腔通气口的气压变化情况,蓝色曲线是是无杆腔通气口的气压变化情况。
分析压力/时间波形,可以得出进气节流时两通气口的压力波动较大,并且每个周期有两个压力峰值,这样会导致每个周期中气缸活塞杆输出的压力不稳定。排气节流时,有杆腔压力波形很稳定;虽然无杆腔的压力没有保持恒定,但和进气节流时的压力相比,幅值和波动均较小。所以,在每个周期中输出的压力比进气节流时稳定。
4 结束语
本文通过理论分析、软件仿真、试验三种途径,对速度调节阀的两种安装方式的不同调速效果做了分析。三种方法得出了同样的结论:进气节流方式下,输出压力不稳定,速度调节效果不理想;排气节流方式下,输出压力较为稳定,速度调节效果良好。所以,在实际使用速度调节阀时,应注意这两种不同的安装方式,选用排气节流方式,以获得良好的速度调节效果和稳定的输出压力,保证气动系统的稳定性。
摘要：速度调节阀用以调节气动系统中气动执行元件的运动速度。它有进气节流和排气节流两种安装方式。虽然这两种安装方式都可以调节气动执行元件的速度,但调节效果有着很大不同。通过理论分析、软件仿真、试验分析三种方法对这两种节流方式的调速效果进行比较和分析,得出了排气节流的效果要好于进气节流的结论。
关键词：速度调节阀,进气节流,排气节流,调速效果
参考文献
[1]徐永生.液压与气动.北京:高等教育出版社,1998:49—62