異步機定位，為異步電動機在運轉過程中的準確停車問題。應用于自動化生產線中。例如:在主軸高速運轉的機床停車時，由于其刀具與主軸的結合處有一個起固定作用的凸起部分，當電機靜止時，為了順利取下刀具，并換用下一刀具，要求主軸的凸起部分總是停在一固定位置，以便刀具能順利安裝吻合。

 

    20世紀70年代到80年代中期，直流電氣控制系統占據主導地位，80年代以后，由于控制理論及方法均有突破性進展，使交流電機控制得到迅速的發展，逐漸占據了主導地位。交流電機定位控制的研究經歷了較長階段，傳統做法是采用機械擋塊來定位。 目前，在各個行業中所用的定位方式可分為四種:機械定位，電氣定位,空氣定位，光學定位。而采用電氣方式的定位控制系統，現在世界上只有德國具有實際產品，在國內尚屬空白。由于電氣定位控制系統一般是以數字方式工作的，故可以提高精度，十分簡便，易于和計算機，PLC等各種控制電路匹配，多用于數控機床或工業機器人的自動定位機構，適用范圍廣。

 

2 方案設計

 

    在三相交流異步電動機制動的開始階段，采用常用的變頻器控制，當轉速降至某一較低值(如50轉/分)，切換至本系統。由于交流電機是強耦合，多變量，非線性的復雜受控對象，較難建立其精確的數學模型，而模糊控制并不需要建立精確的被控對象的數學模型，具有較強的魯棒性。在實際工作中，電機所帶的負載是不確定的，但有一定范圍的。通過模糊控制來確定定位在某一范圍內。交流電機的能耗制動是電機主軸轉速為零時，制動轉矩為也零，所以，在電機的制動方式選擇上采用能耗制動的方式。

 

能耗制動

 

    異步電動機的能耗制動，是將電動機的定子繞組從三相電源上拉開，立即給定子繞組通入直流電流。無直流電源時，可以采用圖1a所示的電路;若有直流電源，可采用圖b所示的接線方式。圖1所示的線路中，接觸器KM1的常開接點閉合時，電動機定子接到三相交流電源上，電動機運行于電動狀態。若要能耗制動，則使接觸器XK的線圈斷電，電動機脫離三相交流電源。立即使接觸器KM2的線圈有電，KM2的常開接點閉合，定子兩相繞組內通入直流電源。

 

制動的物理過程

 

    將定子繞組從三相電源斷開，通入直流電時，定子磁場從旋轉狀態變為位置固定，大小不變恒定磁場，由于機械慣性的影響，轉子仍以順時針方向旋轉，轉子導體切割恒定磁場。由于切割方向與電動狀態時相反，所以產生的轉子感應電勢和感應電流的方向，也與電動狀態時相反，致使電動機的轉矩反向，變為逆時針方向。轉矩M與轉速n方向相反，為制動狀態，把異步電動機的動能變為電能，消耗在電動機轉子電路的電阻上，所以叫能耗制動。電動機在其轉矩和負載轉矩的共同作用下，很快降速。當轉速等于零時，轉子導體不再切割磁場，轉子感應電勢和感應電流減小到零，電動機不再產生電磁轉矩，從而可以控制生產機械精確停車。

 

    分析是基于Xm =常數的條件進行的。能耗制動過程中勵磁電抗Xm不是常數。但由于Xm的變化對電機的運行影響不大，所以在理論分析時認為Xm是常數。采用能耗制動時，既要有較大的制動轉矩，又不要使定，轉子回路電流過大，對圖3所示的接線方式，可用如下關系確定異步電動機定子直流勵磁電流I_和轉子回路所串電阻RΩ。

 

鼠籠式異步電動機 I-=（4～5）I0

 

繞線式異步電動機

 

I-=（2～3）I0

 

I0為異步電動機的空載電流，一般 I0=（0.2～0.5）I1e

 

這樣確定I_后，可使最大轉矩:Mmm=（1.25～2.2）Me

 

即可實現快速停車。

 

模糊控制器

 

模糊控制設計基本方法為:

 

(1)確定模糊控制器的輸入變量與輸出變量

 

(2)設計模糊控制器的控制規則

 

(3)確立模糊化與非模糊化的方法

 

(4)選擇模糊控制器的輸入變量和輸出變量的論域并確定模糊控制器的參數(量化因子,比例因子)

 

(5)編制模糊控制算法的應用程序

 

(6)合理選擇模糊控制算法的采樣時間

 

    一般使用二維模糊控制器,以誤差和誤差的變化為輸入變量,以控制量的變化為輸出量。模糊控制規則的設計一般包括:選擇描述輸入輸出變量的詞集,定義一個模糊變量的模糊字集及建立模糊控制器的控制規則。輸入輸出變量的詞集一般為{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB}。定義模糊變量的模糊子集就是要確定模糊子集隸屬函數的形狀。一般用正態分布�？刂埔巹t可用條件語句描述,即If A and B Then C等,然后建立控制規則表。模糊化就是把精確量轉為模糊量,可采用公式:Y=12[X(a+b)/2]/(b-a)精確量實際變化范圍是[a,b]。模糊控制的輸出是一個模糊量,它不能直接控制被控對象,需要將其轉為精確量。方法有三:

 

(1) 選取最大隸屬度法。該法簡單易行,但利用信息少;

 

(2) 取中位數法;

 

(3) 加權平均判決法,該法利用信息多,但計算量大。

 

    控制器的控制算法可寫成 if E=A(i)then EC=B(j) then U=C(ij)(i=1,2,3,…m;j=1,2,3,…n)根據采樣得到的誤差,誤差變化,可計算出相應的控制量變化,對所有X,Y中的元素的所有組合全部算出相應的控制量變化,可寫成矩陣U(ij)(n*m)將矩陣制成表,為查詢表,將其存于內存中。實時控制中,根據模糊量化后的誤差值及誤差變化值直接查表,再集比例因子即可作為輸出去控制被控對象。

 

3 程序設計

 

    異步電動機在低速運轉時，當旋轉編碼器的Z相檢測到定位位置信號時，置位25200復位高速計數器，開始計數脈沖，用PLC開始計數從旋轉編碼器的A相進入PLC的IN04的脈沖，高速計數器計到1000個脈沖，PLC高速計時器算出所需時間T1，把T1與模糊查詢表相比較，找出與T1相對應的時間提前量T2，啟動定時器，使PLC的繼電器開關IR10007在延遲T2時間后關閉，接通直流電源，開啟能耗制動，向異步電動機通入直流，電機在能耗制動下慢慢地停下來。，然后根據停的位置在標準位置的前后的多少來調整提前量時間T2 ，使電機停在較為理想的位置。

 

    以上過程都是在空載下進行的。但是電機是要帶負載的，慢慢地向電機加負載，重復前面的步驟。考慮到電機的轉速降至50-60轉/分時，電機在能耗制動下馬上停車，當負載加到使電機的轉速變為50轉/分時，高速計數器計滿1000個脈沖后，立即進行能耗制動，不需要任何提前量。

 

    經過多次實驗后，數據修正得差不多。隨意加一個負載，執行PLC中的程序，電機就會停在令人滿意的位置上。

 

4 流程圖設計

 

5 設計結果及效果分析

 

    (1) 由于定位精度無從測量，只能通過眼觀來判斷定位的精確性，把標準位置的兩側90度之內的部分分別等份，最小單位為1度，通過觀察，設計結果令人滿意，誤差為0.5%。

 

    (2) 由于修正數據時，不能很好地把握某區域的中間量，致使有時誤差偏大。修正數據時，在一個區間內常常取五個數，執行PLC中的程序，比較誰更合適。取得良好的效果。