匡亘查塞夏耍雯墅垂旦竭
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ｉ．
文章编号：１００８－－０５７０（２００９）０９－３－００６９—０３
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控制管理
—ＩｉＩ曼！皇！曼！皇曼皇苎！！！曼曼！暑！詈！！詈詈！！曼！詈詈曼皇皇！詈詈！！皇！鼍！鼍
基于ＰＬＣ的异步电动机综合控制系统设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓＢａｓｅｄ
ｏｎ
ＰＬＣ
（北京信息科技大学）祁鲲厉虹
ＱＩＫｕｎ
ＬＩ
Ｈｏｎｇ
摘要：本文设计了一种基于ＰＬＣ的异步电动机调速与定位综合控制系统，应用模糊一ＰＩ复合控制算法实现了异步电动机的速度控制，应用比例因子自调整模糊控制算法实现了异步电动机的位置控制。该系统集异步电动机速度控制和位置控制为一体，达到了一定的控制精度。
关键词：可编程控制器；异步电动机；调速；定位中图分类号：ＴＭ３４３文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ
ＰＬＣ，ｉｓ
ｉｎｃｌｕｄｅｓ
ａｎｄ
ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆ
ｔｏ
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ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍｏｔｏｒｓ
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ｏｎ
ｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｏｆｆｕｚｚｙａｎｄＰＩｉｓａｐｐｌｉｅｄ
ｆａｃｔｏｒｓｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
ｔｏ
ｔｈｅｆｕｚｚｙａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓ，ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａ・
ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｍａｋｅｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
Ｍｏｔｏｒｓ；Ｓｐｅｅｄ
Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
１引言
随着变频调速技术的不断发展．交流传动系统的性能突飞猛进。交流异步电动机以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。在交流传动的许多应用场合中＇均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。例如在加工设备和机床的主轴伺服系统中．主轴应兼备速度和位置控制的功能：在住宅小区和高层建筑的恒压供水系统中．要求电机有较高的调速性能；在炼钢转炉的准确定位、堆垛机械的位置控制系统中，要求电机有精确的定位功能。在上述应用场合中，异步电动机以其大功率、高性价比的独特优势而占有一席之地，但同时其调速性能和定位性能却不甚完美，尚需完善。
本文提出了一种基于可编程控制器（ＰＬＣ）硬件平台的异步电动机综合控制系统．该系统在没有增加硬件投资的情况下集异步电动机速度控制和位置控制为一体。应用模糊控制策略．达到了一定的控制精度。
转编码器，分辨率为１０００Ｐ／Ｒ（采用上下计数方式可达４０００Ｐｒｏ），额定电压５ＶＤＣ一５％一２４ＶＤＣ＋５％．集电极开路输出：变频器为西门子公司的ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４４０；ＰＬＣ采用ＯＭＲＯＮＣＱＭｌＨ。
图１异步电动机综合控制系统实验装置图
在开环控制工况下。ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４４０变频器可以通过ＢＯＰ板或者数字量输入端口接收启动、停止、正反转等指令控制电机运行方式．并通过ＢＯＰ板、模拟量输入端口和数字量输入端口三种方式接收速度调节指令。此系统实现的是闭环控制，因此由ＰＬＣ的开关量输出端口向变频器的数字量输入端口发布电机运行方式的控制指令，同时由ＰＬＣＡ／Ｄ转换模块的输出端口向变频器的模拟量输入端Ｉ：１发布速度调节指令。
ＣＱＭｌＨＰＩＥ提供了一个ＲＳ２３２Ｃ通讯口．用电缆将其与上位计算机串口相连，即可构成一个简单的监控网络。上位计算机实现监控功能，包括人机交互界面的显示、控制指令和参数的输入、复杂控制算法的实现、实验结果曲线的显示、数据的存储、打印等功能。上位机和ＰＩＧ之问的通讯采用ＣＱＭｌＨ所要求的固定格式的通讯协议。
２硬件设计
异步电动机综合控制系统硬件如图Ｉ所示。图１中，上位计算机和ＰＬＣ通过变频器对异步电动机进行速度和位置控制．通过旋转编码器的脉冲计数值可以获得异步电动机的速度和位置信息。脉冲计数由ＰＬＣ完成，并不断与上位机通讯．将计数值传送给上位机。上位机根据ＰＬＣ传送过来的脉冲计数值得到速
度和位置信息．根据不同的控制策略，得到输出控制量——速度
给定值，再传送给ＰＬＣ，经过ＰＬＣ的Ａ／Ｄ转换模块，将速度给定值的模拟量送到变频器的模拟控制端进行控制，形成闭环控制。
在系统实验中。异步电动机采用ＹＺＡ５６３４Ｓ三相１８０Ｗ异步电动机，额定电压３８０伏，额定频率５０Ｈｚ，额定转速１４００ｒ／ｍｉｎ。额定电流０．６６Ａ；旋转编码器采用的是Ｅ６８２、ＣＷＺ６Ｃ型三相旋祁鲲：讲师硕士
３软件实现
３．１通讯与监控功能的实现
为实现ＰＬＣ与上位机之间的通讯功能，必须分别对ＰＬＣ和上位机进行设定。在ＣＱＭｌＨ中，需要对系统存储区的相关字节进行设定，确定串行通讯的波特率、起始位、数据位、停止位等通讯帧格式。如将ＤＭ６６４６设定为：波特率９６００Ｋ、偶校验、起始位１位、位长７位、停止位２位等。
万方数据
（多国自撞胃邮局订阅号：８２－９４６３６０元，年一６９—
控铜Ｊ管弹
在上位计算机中。采用高级语言编写程序代码实现通讯和监控功能。这里采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ语言，该软件易于上手，既具有Ｗｉｎｄｏｗｓ所特有的优良性能和图形工作环境，又具有编程的简易性。在ｖｉｓｕａｌＢａｓｉｃ中有一个专门的串行通讯控件——ＭＳＣｏｍｍ通讯控件，通过该控件可以设定通讯帧格式，实现通讯功能。具体设定步骤如下：
ＭＳＣｏｍｍｌ．ＣｏｍｍＰｏａ＝１
‘微计算机信息》（管控一体化）２００９年第２５卷第９－３期同时考虑到模糊控制器是一个有误差控制器，达到期望速度后的稳态阶段波动比较大。而采用ＰＩ控制，当误差较小时有较高的稳态精度。故而把增量式ＰＩ控制策略引入模糊控制器，构成模糊一ＰＩ复合控制，以改善模糊控制器的稳态性能。基于模糊一ＰＩ复合控制的异步电动机调速系统如图２（ａ）所示，实验结果如图２㈣所示（给定转速１００ｒ／ｒａｉｎ，采样周期Ｔ：１５０ｍｓ，转速误差≤１．０ｒ／ｒａｉｎ）。
；设定通讯帧格式；打开通讯端口；清除接收缓冲区；清除发送缓冲区
转速给
输出
ＭＳＣｏｍｍＩ．Ｓｅｔｔｉｎｇｓ＝”９６００，ｅ，７，２”ＭＳＣｏｍｍｌ．Ｐｏｒｔ００ｅｎ：ＴｒｕｅＭＳＣｏｍｍｌ．ＩｎＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ＝０ＭＳＣｏｍｍｌ．ＯｕｔＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ＝０
ＭＳＣｏｍｍｌ．ＩｎｐｕｔＭｏｄｅ＝ＣｏｍｌｎｐｕｔＭｏｄｅＴｅｘｔ；数据以文本形
式取回
上位机对ＣＱＭＩＨ的监控方式有两种。一种是由上位机向ＰＬＣ发布初始命令，要求ＰＩＥ返回相关运行数据，进而根据该数据进行结果显示和控制运算，并向ＰＬＣ发布控制指令，直接改变ＰＬＣ的数字量或模拟量输出．实现速度和位置控制：另一种是由ＰＬＣ主动向上位机发送初始命令，提供相关运行数据．上位机接收数据并根据该数据进行结果显示和控制运算等。这里采用前者。
为与ＣＱＭｌＨ的通讯数据格式匹配，上位机发送命令的格式如下：
ｂＶ
｛毯
（ａ）系统方框图
旺喇
掣
、＿——、，——一Ｌ——、———’、————ｖ——－—√、——、，．。—一Ｌ——、ｒ—Ｊ
节点号
头代码正文
ＦＣＳ
耋辱止符
发送命令必须以＠打头，节点号指出与上位机通讯的ＰＬＣ．头代码为两字符命令代码，正文设置命令数据，ＦＣＳ为组检验序列，终止符固定设定为－与／。
ＰＬＣ的响应格式如下：
３．２．２定位算法
由实践经验可知，欲使异步电动机的转轴在给定位置定位．一般的控制经验是：当转子位置距离给定位置较远（即位置误差较大）时，希望电机加大转速，提高反应速度，因而给定转速应该大一些；当位置误差较小时，希望电机转速低一些，尽量不冲过给定位置，给定转速应该小一些；当位置误差到达误差限之内时。希望电机停转，给定转速应该为零。这样，通过反复试验和修正，可以得到一张基本的一维模糊表。但实验表明这样的模糊控制在控制精度要求较高时不能满足要求。考虑通过对输出控制量的比例因子‰进行在线调整，改进模糊控制器的结构，以从根本上提高控制器的动态性能。
①考虑在特定的外界情况下（如负载转矩等因素不发生改变的情况下）在系统上升和稳定的阶段，固定的ｏｃｕ也难于同时获得满意的效果，应该对其进行在线调整。
②考虑异步电动机的负载转矩的变化，量化因子的调节应该考虑到对各种转矩的适应情况。这里主要考虑两种情况：一是
ｎ）１实验结果图
图２基于模糊一ＰＩ复合控制的异步电动机调速系统
匝正巫Ⅱ］二Ｅ巫［：：二工］二固Ｌ——Ｙ——＾——＿’一、——Ｖ———、一———’，＿————７Ｌ——、———、——Ｙ－－—Ｊ
节点号
头代码
尾代码
正文
ＦＣＳ
刍鲁止符
尾代码返回完成状态（是否有错误发生），正文只有在有数据时才返回。当数据长于１３１个字符时，可分组传送。ＰＬＣ返回的数据为ＡＳＣＩＩ形式，由于自动加入了＠、节点号、ＦＣＳ、终止符等，需要在上位机中编写相关的处理程序。在通讯正常的情况下截取所需要的数据内容。
３．２控制算法的实现
上位机具备强大而快速的运算能力．因而ＰＩＤ算法、模糊控制算法、人工神经网络控制算法、遗传算法等各种控制策略都可以方便地实现。这里主要采用模糊控制算法。
３．２．１调速算法
三相异步电动机模型是一个高阶非线性强耦合多变量的模型，进行控制时需要考虑多方面的因素。例如转子的电压、频率、磁通，以及转子转速和位置等参量之间互相影响存在耦合，绕组存在电磁惯性，转子存在机电惯性，转子的电阻值会随温度而变化，负载转矩、转动惯量等有可能出现各种随机扰动等。这些因素的影响给控制带来了困难，仅采用经典的控制方法很难达到较高的精度要求。而模糊控制算法无需被控对象的精确数学模型，且对被控对象的参数变化不敏感，鲁棒性强。因此将变频器和异步电动机看作一个整体，采用模糊控制算法实现速度控制。
一７０—３６０元１年邮局订阅号：８２．９４６
当期望的负载转矩比实际的负载转矩大时．输出的控制量——
速度给定会过大，容易在给定位置附近形成振荡：一是当期望的负载转矩比实际的负载转矩小时，速度给定会过小．很可能达不到给定位置就已停转。此时系统的鲁棒性较差。为提高系统的鲁棒性，也需要对∞。进行在线调整。
基于比例因子自调整的模糊控制系统如图３（。）所示。实验结果如图３（ｂ）所示（电机额定转速运行时定位于００．采样周期Ｔ＝１５０ｍｓ，位置误差≤０．０９０，即１个计数脉冲的位置间隔）。
万方数据
匿亘耍夏重耍雯墅亘翌
耻缓第９８页）
位
输出
控制管理
ｉｆ（ｏｘｏｏ：ｄａｔａ）
（ＲＣＳ００ＲｅｇＷｒｉｔｅ（０ｘ２２，Ｏｘ０３）；ＲＣ５００ＲｅｇＷｒｉｔｅ（０ｘ０１，０ｘ１４）；Ｄｅｌａｙ（ＯｘＦＦ）；
ｄａｔａ＝ＲＣ５００ＲｅｇＲｅａｄ（ＯｘＯＡ）；／／读寄存器
ｄａｔａ＆＝Ｏｘ４０；
ｉｆ（ｏ）【ｏｏ—ｄａｔａ）
（ａ）系统方框图
｛ｄａｔａ＝Ｃ５００ＲｅｇＲｅａｄ（Ｏｘ０９）；
ｄａｔａ＆＝Ｏｘ０８；
ｉｆ（ＯｘＯＯ！＝ｄａｔａ）
ｒｅｔｕｒｎ
Ｏｘｌ１；
｝
ｂＶ
憾幔■
掣
Ｊ
ｒｅｔｕｒｎ
０】姒：
ｌ
４结束语
介绍了一种基于ＦｒｅｅＳｃａｌｅ公司ＧＰ３２的射频卡密码认证过程的系统实现．该模块在充分挖掘ＭＦｌ卡的内部认证机制的
（ｂ）实验结果图
图３基于比例因子自调整模糊控制的异步电动机定位系统
基础之上．以ＧＰ３２为ＭＣＵ．利用基站芯片ＲＣ５００与天线技术的结合’设计出一种软硬件接口明确、使用方便的密码认证模块，该模块很好地为从事嵌入式应用领域技术人员提供二次开发的平台．经过测试。该系统具有响应速度快、使用简便、安全性高等显著特点．
本文作者创新点：以ＧＰ３２为主控芯片。利用基站芯片ＭＦＲＣ５００与天线技术的结合．使得射频信号作用距离更Ｊ匠（３０ｍｍ）；该系统具有响应速度快、使用简便、安全性高等特点．参考文献
ｆ１１王法能，孙丽飞．基于计算机网络加密接口卡的硬件实现【Ｊ】．微计算机信息．２００５．１２—１：１６３—１６４．
【２］ＭＣ６８ＨＣ９０８ＧＰ３２ｔｅｃｈｎｉｃａｌｄａｔａ．［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｒｅｅｓｃａｌｅ．ｃｏｗ．／『３１唐承佩，倪江群．基于ＭＦ－ＲＣ５００的通用射频卡读写模块的设计【Ｊ】．仪表技术与传感器，２００５，７：３６—３９．［４］Ｐｈｉｌｉｐｓ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＭＦＲＣ５００Ｍａｔｃｈｉｎｇ
４结语
一直以来可编程控制器ＰＬＣ以其较高的可靠性和较强的抗干扰能力在环境恶劣的工业生产中得到了广泛的应用。本文基于ＰＬＣ硬件平台．充分利用ＰＬＣ自身资源．设计了异步电动机的速度和位置综合控制系统。实验表明该系统达到了一定的控制精度，具有一定的实用参考价值。
本文作者创新点：本文基于ＰＬＣ，将模糊一ＰＩ复合控制、比例因子自调整模糊控制算法应用到异步电动机的速度和位置控制中，实现了异步电动机的综合控制。参考文献
『１１张风池等．模糊控制在鼠笼式异步电动机定位系统中的应用ｆＪｌ．电气传动，２００２，３２（６）：１６—１９
【２１章卫国等．模糊控制理论与应用［Ｍ】．西安：西北工业大学出版社．１９９９
ｆ３］朱四华等．ＢＬＤＣＭ调速系统模糊一ＰＩ混合控制的建模与仿真叨．微计算机信息，２００３，６：４－５
【４】厉虹等．ＰＬＣ参数自调整模糊控制定位系统研究忉．电气应用，２００６，２５（７）：１
１９—１２２
Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
ａｎｄＡｎｔｅｎｎａｓ．ＰｈｉｌｉｐｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００１：１－５．
［５１ｔ：宜怀，刘晓升．嵌入式应用技术基础教程ｆＭｌ．北京：清华大学出版社．２００５：４０１—４０５．
作者简介：王志超（１９７４一），男，江苏宿迁人，宿迁学院讲师，硕士，主要研究方向为嵌入式开发。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＡＮＧＺｈｉ－ｃｈａｏ（１９７４－），Ｍａｌｅ，Ｓｕｑｉａｎ，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｓｕｑｉａｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ。Ｌｅｃｔｕｒｅｒ。Ｍａｓｔｅｒ，Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ：ｔｈｅＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ．
作者简介：祁鲲（１９７８一），女，汉族，山西襄汾人，北京信息科技大学自动化学院电气工程系，讲师，工学硕士，主要研究方向：电气控
（２２３８００江苏宿迁宿迁学院计算机科学系）王志超
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｕｑｉａｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｕＱｉａｎ，
制；Ｊ腼（１９６０－），女，汉族，浙江温州人，北京信息科技大学自动化
学院电气工程系，教授。主要研究方向：电机控制与电气传动。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＱｉＫｕｎ（１９７８一），Ｆｅｍａｌｅ（Ｈａｎｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ），ＳｈａｎＸｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
２２３８∞，Ｃｈｉｎａ）ＷＡＮＧ
Ｚｈｉ－ｃｈａｏ
通讯地址：（２２３８００江苏宿迁宿迁学院计算机科学系）王志超
ｆ收稿日期：２００８．１１．１３）ｆ修稿日期：２００９．０２．１３）
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
ａｒｅａ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒ０１．
（１∞１９２北京北京信息科技大学）祁鲲厉虹∞ｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ）ＱＩＫｕｎ
ａｎｄＬＩ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉ・
（ＰＬＣ技术应用２００例》将出版，每册定价５５元（含邮费），汇至
地址：北京市海淀区中关村南大街乙１２号天作１号楼Ｂ座８１２室电话：０１０．６２１３２４３６
微计算机信息
邮编：１０００８１
Ｈｏｎｇ
通讯地址：（１００１９２北京北京信息科技大学１５３信箱）祁鲲
（收稿日期：２００９．０８．３１）（修稿日期：２００９．０９．１５１
０１０－８２１６８２９７（Ｔ／Ｆ）
万方数据
＠啪一邮局订峨８２躺３６０，，＇Ｌ／－７１—
匡亘查塞夏耍雯墅垂旦竭
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文章编号：１００８－－０５７０（２００９）０９－３－００６９—０３
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控制管理
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基于ＰＬＣ的异步电动机综合控制系统设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓＢａｓｅｄ
ｏｎ
ＰＬＣ
（北京信息科技大学）祁鲲厉虹
ＱＩＫｕｎ
ＬＩ
Ｈｏｎｇ
摘要：本文设计了一种基于ＰＬＣ的异步电动机调速与定位综合控制系统，应用模糊一ＰＩ复合控制算法实现了异步电动机的速度控制，应用比例因子自调整模糊控制算法实现了异步电动机的位置控制。该系统集异步电动机速度控制和位置控制为一体，达到了一定的控制精度。
关键词：可编程控制器；异步电动机；调速；定位中图分类号：ＴＭ３４３文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ
ＰＬＣ，ｉｓ
ｉｎｃｌｕｄｅｓ
ａｎｄ
ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆ
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ｓｐｅｅｄ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｍｏｔｏｒｓ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｏｆｆｕｚｚｙａｎｄＰＩｉｓａｐｐｌｉｅｄ
ｆａｃｔｏｒｓｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
ｔｏ
ｔｈｅｆｕｚｚｙａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓ，ａｎｄ
ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａ・
ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｍａｋｅｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
Ｍｏｔｏｒｓ；Ｓｐｅｅｄ
Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
１引言
随着变频调速技术的不断发展．交流传动系统的性能突飞猛进。交流异步电动机以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。在交流传动的许多应用场合中＇均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。例如在加工设备和机床的主轴伺服系统中．主轴应兼备速度和位置控制的功能：在住宅小区和高层建筑的恒压供水系统中．要求电机有较高的调速性能；在炼钢转炉的准确定位、堆垛机械的位置控制系统中，要求电机有精确的定位功能。在上述应用场合中，异步电动机以其大功率、高性价比的独特优势而占有一席之地，但同时其调速性能和定位性能却不甚完美，尚需完善。
本文提出了一种基于可编程控制器（ＰＬＣ）硬件平台的异步电动机综合控制系统．该系统在没有增加硬件投资的情况下集异步电动机速度控制和位置控制为一体。应用模糊控制策略．达到了一定的控制精度。
转编码器，分辨率为１０００Ｐ／Ｒ（采用上下计数方式可达４０００Ｐｒｏ），额定电压５ＶＤＣ一５％一２４ＶＤＣ＋５％．集电极开路输出：变频器为西门子公司的ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４４０；ＰＬＣ采用ＯＭＲＯＮＣＱＭｌＨ。
图１异步电动机综合控制系统实验装置图
在开环控制工况下。ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４４０变频器可以通过ＢＯＰ板或者数字量输入端口接收启动、停止、正反转等指令控制电机运行方式．并通过ＢＯＰ板、模拟量输入端口和数字量输入端口三种方式接收速度调节指令。此系统实现的是闭环控制，因此由ＰＬＣ的开关量输出端口向变频器的数字量输入端口发布电机运行方式的控制指令，同时由ＰＬＣＡ／Ｄ转换模块的输出端口向变频器的模拟量输入端Ｉ：１发布速度调节指令。
ＣＱＭｌＨＰＩＥ提供了一个ＲＳ２３２Ｃ通讯口．用电缆将其与上位计算机串口相连，即可构成一个简单的监控网络。上位计算机实现监控功能，包括人机交互界面的显示、控制指令和参数的输入、复杂控制算法的实现、实验结果曲线的显示、数据的存储、打印等功能。上位机和ＰＩＧ之问的通讯采用ＣＱＭｌＨ所要求的固定格式的通讯协议。
２硬件设计
异步电动机综合控制系统硬件如图Ｉ所示。图１中，上位计算机和ＰＬＣ通过变频器对异步电动机进行速度和位置控制．通过旋转编码器的脉冲计数值可以获得异步电动机的速度和位置信息。脉冲计数由ＰＬＣ完成，并不断与上位机通讯．将计数值传送给上位机。上位机根据ＰＬＣ传送过来的脉冲计数值得到速
度和位置信息．根据不同的控制策略，得到输出控制量——速度
给定值，再传送给ＰＬＣ，经过ＰＬＣ的Ａ／Ｄ转换模块，将速度给定值的模拟量送到变频器的模拟控制端进行控制，形成闭环控制。
在系统实验中。异步电动机采用ＹＺＡ５６３４Ｓ三相１８０Ｗ异步电动机，额定电压３８０伏，额定频率５０Ｈｚ，额定转速１４００ｒ／ｍｉｎ。额定电流０．６６Ａ；旋转编码器采用的是Ｅ６８２、ＣＷＺ６Ｃ型三相旋祁鲲：讲师硕士
３软件实现
３．１通讯与监控功能的实现
为实现ＰＬＣ与上位机之间的通讯功能，必须分别对ＰＬＣ和上位机进行设定。在ＣＱＭｌＨ中，需要对系统存储区的相关字节进行设定，确定串行通讯的波特率、起始位、数据位、停止位等通讯帧格式。如将ＤＭ６６４６设定为：波特率９６００Ｋ、偶校验、起始位１位、位长７位、停止位２位等。
万方数据
（多国自撞胃邮局订阅号：８２－９４６３６０元，年一６９—
控铜Ｊ管弹
在上位计算机中。采用高级语言编写程序代码实现通讯和监控功能。这里采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ语言，该软件易于上手，既具有Ｗｉｎｄｏｗｓ所特有的优良性能和图形工作环境，又具有编程的简易性。在ｖｉｓｕａｌＢａｓｉｃ中有一个专门的串行通讯控件——ＭＳＣｏｍｍ通讯控件，通过该控件可以设定通讯帧格式，实现通讯功能。具体设定步骤如下：
ＭＳＣｏｍｍｌ．ＣｏｍｍＰｏａ＝１
‘微计算机信息》（管控一体化）２００９年第２５卷第９－３期同时考虑到模糊控制器是一个有误差控制器，达到期望速度后的稳态阶段波动比较大。而采用ＰＩ控制，当误差较小时有较高的稳态精度。故而把增量式ＰＩ控制策略引入模糊控制器，构成模糊一ＰＩ复合控制，以改善模糊控制器的稳态性能。基于模糊一ＰＩ复合控制的异步电动机调速系统如图２（ａ）所示，实验结果如图２㈣所示（给定转速１００ｒ／ｒａｉｎ，采样周期Ｔ：１５０ｍｓ，转速误差≤１．０ｒ／ｒａｉｎ）。
；设定通讯帧格式；打开通讯端口；清除接收缓冲区；清除发送缓冲区
转速给
输出
ＭＳＣｏｍｍＩ．Ｓｅｔｔｉｎｇｓ＝”９６００，ｅ，７，２”ＭＳＣｏｍｍｌ．Ｐｏｒｔ００ｅｎ：ＴｒｕｅＭＳＣｏｍｍｌ．ＩｎＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ＝０ＭＳＣｏｍｍｌ．ＯｕｔＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ＝０
ＭＳＣｏｍｍｌ．ＩｎｐｕｔＭｏｄｅ＝ＣｏｍｌｎｐｕｔＭｏｄｅＴｅｘｔ；数据以文本形
式取回
上位机对ＣＱＭＩＨ的监控方式有两种。一种是由上位机向ＰＬＣ发布初始命令，要求ＰＩＥ返回相关运行数据，进而根据该数据进行结果显示和控制运算，并向ＰＬＣ发布控制指令，直接改变ＰＬＣ的数字量或模拟量输出．实现速度和位置控制：另一种是由ＰＬＣ主动向上位机发送初始命令，提供相关运行数据．上位机接收数据并根据该数据进行结果显示和控制运算等。这里采用前者。
为与ＣＱＭｌＨ的通讯数据格式匹配，上位机发送命令的格式如下：
ｂＶ
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（ａ）系统方框图
旺喇
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、＿——、，——一Ｌ——、———’、————ｖ——－—√、——、，．。—一Ｌ——、ｒ—Ｊ
节点号
头代码正文
ＦＣＳ
耋辱止符
发送命令必须以＠打头，节点号指出与上位机通讯的ＰＬＣ．头代码为两字符命令代码，正文设置命令数据，ＦＣＳ为组检验序列，终止符固定设定为－与／。
ＰＬＣ的响应格式如下：
３．２．２定位算法
由实践经验可知，欲使异步电动机的转轴在给定位置定位．一般的控制经验是：当转子位置距离给定位置较远（即位置误差较大）时，希望电机加大转速，提高反应速度，因而给定转速应该大一些；当位置误差较小时，希望电机转速低一些，尽量不冲过给定位置，给定转速应该小一些；当位置误差到达误差限之内时。希望电机停转，给定转速应该为零。这样，通过反复试验和修正，可以得到一张基本的一维模糊表。但实验表明这样的模糊控制在控制精度要求较高时不能满足要求。考虑通过对输出控制量的比例因子‰进行在线调整，改进模糊控制器的结构，以从根本上提高控制器的动态性能。
①考虑在特定的外界情况下（如负载转矩等因素不发生改变的情况下）在系统上升和稳定的阶段，固定的ｏｃｕ也难于同时获得满意的效果，应该对其进行在线调整。
②考虑异步电动机的负载转矩的变化，量化因子的调节应该考虑到对各种转矩的适应情况。这里主要考虑两种情况：一是
ｎ）１实验结果图
图２基于模糊一ＰＩ复合控制的异步电动机调速系统
匝正巫Ⅱ］二Ｅ巫［：：二工］二固Ｌ——Ｙ——＾——＿’一、——Ｖ———、一———’，＿————７Ｌ——、———、——Ｙ－－—Ｊ
节点号
头代码
尾代码
正文
ＦＣＳ
刍鲁止符
尾代码返回完成状态（是否有错误发生），正文只有在有数据时才返回。当数据长于１３１个字符时，可分组传送。ＰＬＣ返回的数据为ＡＳＣＩＩ形式，由于自动加入了＠、节点号、ＦＣＳ、终止符等，需要在上位机中编写相关的处理程序。在通讯正常的情况下截取所需要的数据内容。
３．２控制算法的实现
上位机具备强大而快速的运算能力．因而ＰＩＤ算法、模糊控制算法、人工神经网络控制算法、遗传算法等各种控制策略都可以方便地实现。这里主要采用模糊控制算法。
３．２．１调速算法
三相异步电动机模型是一个高阶非线性强耦合多变量的模型，进行控制时需要考虑多方面的因素。例如转子的电压、频率、磁通，以及转子转速和位置等参量之间互相影响存在耦合，绕组存在电磁惯性，转子存在机电惯性，转子的电阻值会随温度而变化，负载转矩、转动惯量等有可能出现各种随机扰动等。这些因素的影响给控制带来了困难，仅采用经典的控制方法很难达到较高的精度要求。而模糊控制算法无需被控对象的精确数学模型，且对被控对象的参数变化不敏感，鲁棒性强。因此将变频器和异步电动机看作一个整体，采用模糊控制算法实现速度控制。
一７０—３６０元１年邮局订阅号：８２．９４６
当期望的负载转矩比实际的负载转矩大时．输出的控制量——
速度给定会过大，容易在给定位置附近形成振荡：一是当期望的负载转矩比实际的负载转矩小时，速度给定会过小．很可能达不到给定位置就已停转。此时系统的鲁棒性较差。为提高系统的鲁棒性，也需要对∞。进行在线调整。
基于比例因子自调整的模糊控制系统如图３（。）所示。实验结果如图３（ｂ）所示（电机额定转速运行时定位于００．采样周期Ｔ＝１５０ｍｓ，位置误差≤０．０９０，即１个计数脉冲的位置间隔）。
万方数据
匿亘耍夏重耍雯墅亘翌
耻缓第９８页）
位
输出
控制管理
ｉｆ（ｏｘｏｏ：ｄａｔａ）
（ＲＣＳ００ＲｅｇＷｒｉｔｅ（０ｘ２２，Ｏｘ０３）；ＲＣ５００ＲｅｇＷｒｉｔｅ（０ｘ０１，０ｘ１４）；Ｄｅｌａｙ（ＯｘＦＦ）；
ｄａｔａ＝ＲＣ５００ＲｅｇＲｅａｄ（ＯｘＯＡ）；／／读寄存器
ｄａｔａ＆＝Ｏｘ４０；
ｉｆ（ｏ）【ｏｏ—ｄａｔａ）
（ａ）系统方框图
｛ｄａｔａ＝Ｃ５００ＲｅｇＲｅａｄ（Ｏｘ０９）；
ｄａｔａ＆＝Ｏｘ０８；
ｉｆ（ＯｘＯＯ！＝ｄａｔａ）
ｒｅｔｕｒｎ
Ｏｘｌ１；
｝
ｂＶ
憾幔■
掣
Ｊ
ｒｅｔｕｒｎ
０】姒：
ｌ
４结束语
介绍了一种基于ＦｒｅｅＳｃａｌｅ公司ＧＰ３２的射频卡密码认证过程的系统实现．该模块在充分挖掘ＭＦｌ卡的内部认证机制的
（ｂ）实验结果图
图３基于比例因子自调整模糊控制的异步电动机定位系统
基础之上．以ＧＰ３２为ＭＣＵ．利用基站芯片ＲＣ５００与天线技术的结合’设计出一种软硬件接口明确、使用方便的密码认证模块，该模块很好地为从事嵌入式应用领域技术人员提供二次开发的平台．经过测试。该系统具有响应速度快、使用简便、安全性高等显著特点．
本文作者创新点：以ＧＰ３２为主控芯片。利用基站芯片ＭＦＲＣ５００与天线技术的结合．使得射频信号作用距离更Ｊ匠（３０ｍｍ）；该系统具有响应速度快、使用简便、安全性高等特点．参考文献
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ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＭＦＲＣ５００Ｍａｔｃｈｉｎｇ
４结语
一直以来可编程控制器ＰＬＣ以其较高的可靠性和较强的抗干扰能力在环境恶劣的工业生产中得到了广泛的应用。本文基于ＰＬＣ硬件平台．充分利用ＰＬＣ自身资源．设计了异步电动机的速度和位置综合控制系统。实验表明该系统达到了一定的控制精度，具有一定的实用参考价值。
本文作者创新点：本文基于ＰＬＣ，将模糊一ＰＩ复合控制、比例因子自调整模糊控制算法应用到异步电动机的速度和位置控制中，实现了异步电动机的综合控制。参考文献
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作者简介：王志超（１９７４一），男，江苏宿迁人，宿迁学院讲师，硕士，主要研究方向为嵌入式开发。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＡＮＧＺｈｉ－ｃｈａｏ（１９７４－），Ｍａｌｅ，Ｓｕｑｉａｎ，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｓｕｑｉａｎ
Ｃｏｌｌｅｇｅ。Ｌｅｃｔｕｒｅｒ。Ｍａｓｔｅｒ，Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ：ｔｈｅＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ．
作者简介：祁鲲（１９７８一），女，汉族，山西襄汾人，北京信息科技大学自动化学院电气工程系，讲师，工学硕士，主要研究方向：电气控
（２２３８００江苏宿迁宿迁学院计算机科学系）王志超
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｕｑｉａｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｕＱｉａｎ，
制；Ｊ腼（１９６０－），女，汉族，浙江温州人，北京信息科技大学自动化
学院电气工程系，教授。主要研究方向：电机控制与电气传动。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＱｉＫｕｎ（１９７８一），Ｆｅｍａｌｅ（Ｈａｎｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ），ＳｈａｎＸｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
２２３８∞，Ｃｈｉｎａ）ＷＡＮＧ
Ｚｈｉ－ｃｈａｏ
通讯地址：（２２３８００江苏宿迁宿迁学院计算机科学系）王志超
ｆ收稿日期：２００８．１１．１３）ｆ修稿日期：２００９．０２．１３）
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
ａｒｅａ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒ０１．
（１∞１９２北京北京信息科技大学）祁鲲厉虹∞ｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ）ＱＩＫｕｎ
ａｎｄＬＩ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉ・
（ＰＬＣ技术应用２００例》将出版，每册定价５５元（含邮费），汇至
地址：北京市海淀区中关村南大街乙１２号天作１号楼Ｂ座８１２室电话：０１０．６２１３２４３６
微计算机信息
邮编：１０００８１
Ｈｏｎｇ
通讯地址：（１００１９２北京北京信息科技大学１５３信箱）祁鲲
（收稿日期：２００９．０８．３１）（修稿日期：２００９．０９．１５１
０１０－８２１６８２９７（Ｔ／Ｆ）
万方数据
＠啪一邮局订峨８２躺３６０，，＇Ｌ／－７１—