PID控制在變頻調(diào)速中的應用研究

1、    pid控制在變頻調(diào)速中的應用研究    【摘 要】本文以恒壓供水為例，介紹了pid控制在變頻調(diào)速中的應用研究，包括變頻調(diào)速的節(jié)能分析、pid 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)實驗裝置的設計，并給出了實際調(diào)試變頻調(diào)速的參數(shù)，分析了參數(shù)整定時遇到的問題?！娟P鍵詞】pid 控制；變頻調(diào)速；節(jié)能一、引言在大多數(shù)的恒壓供水系統(tǒng)的設計中，pid控制算法是設計人員常常采用的恒壓控制算法。常見的pid控制器控制形式主要有通用pid溫控器，使用離散形式的pid控制算法在可編程序控制器上做pid控制器以及使用變頻器內(nèi)置pid控制功能等三種方法。但現(xiàn)在的大多數(shù)變頻器，無論是水泵風機專

2、用型，還是通用型都內(nèi)置了pid控制功能，這對節(jié)省系統(tǒng)的成本很有利。本文以西門子mm440變頻器，通過內(nèi)置的pid控制功能，實現(xiàn)恒壓供水。二、恒壓供水系統(tǒng)本文選取經(jīng)典的恒壓供水系統(tǒng)作為實例，主要是由于恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設備損壞。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。在恒壓供水系統(tǒng)中，將通往用戶的用水水管中的壓力變化經(jīng)壓力傳感器采集給變頻器，再通過變頻器與變頻器中的設定

3、值進行比較，根據(jù)變頻器內(nèi)置的pid功能進行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結果以運行頻率的形式進行輸出，供水系統(tǒng)方案如圖1所示。三、恒壓供水變頻節(jié)能原理變頻供水系統(tǒng)是通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉速， 從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此， 供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速， 而異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速， 從而實現(xiàn)調(diào)速的。根據(jù)異步電動機轉差率的定義：當電動機選定之后，s、p為固定值，電動機轉速n和交流電頻率f成正比。因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉速，從而調(diào)節(jié)轉子的轉速。變頻調(diào)速時，從高速到低速可以保持有限的轉差率，因而變頻調(diào)

4、速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，已成為交流調(diào)速的首選方案和主要發(fā)展方向。因此，隨著變頻器輸出頻率的降低，水泵的轉速亦相應降低，而水泵所消耗的功率也相應地大幅度降低。用變頻器改變其轉速，可以獲得顯著的節(jié)能效果。恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速如下圖2所示。1.目標信號sp該信號是一個與壓力的控制目標相對應的值，通常用百分數(shù)表示。變頻器目標信號可由鍵盤直接給定，也可以通過外接電位器來給定。2.反饋信號pv是壓力變送器ps反饋回來的信號，該信號是一個反映實際壓力的信號。3.目標信號的確定目標信號的大小除了和所要求的壓力的控制目標有關外，還和壓力變送器ps的量程有關。舉例說明

5、如下：設用戶要求的供水壓力為0.7mpa，壓力變送器ps的量程為（0-1） mpa，那么目標值應設定為70%。四、內(nèi)置pid調(diào)節(jié)西門子變頻器內(nèi)置pid控制，它是使控制系統(tǒng)的被控量迅速而準確地無限接近目標值的一種手段，即實時地將傳感器反饋回來的信號與被控量的目標信號相比較，以判斷是否達到預期的目標，如未達到則根據(jù)兩者偏差繼續(xù)調(diào)整，直至達到預定的控制目標為止。如恒壓供水，為了保證出口壓一定，采用壓力傳感器裝在水泵附近的主出水管，感受到的壓力轉化為電信號作為反饋信號。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算，其結果作為頻率指令輸送給變頻器，調(diào)節(jié)水泵

6、的轉速使出口壓力保持一定。即當用水量增加，水壓降低時，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率增加，電機拖動水泵加速，水壓增大；反之，當用水量減少，水壓上升，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率減少，電機拖動水泵減速，水壓減小。下面介紹一下西門子micro master440 變頻器內(nèi)置pid參數(shù)的設置。micro master440 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列，具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置，具有全面而完善的控制功能，在設置相關參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。五、結束語本文主要介紹了經(jīng)典的恒壓供水系統(tǒng)中pid控制在變頻調(diào)速中的應用，闡述了 pid 控制的基本原理，給出了 pid 控制在恒壓供水系統(tǒng)中的應用設計，并實際動手設置，使用變頻器內(nèi)自帶的 pid 控制搭建了閉環(huán)系統(tǒng)，而在實際調(diào)速中，由于實際系統(tǒng)