異步機(jī)定位，為異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的準(zhǔn)確停車問題。應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線中。例如:在主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床停車時(shí)，由于其刀具與主軸的結(jié)合處有一個(gè)起固定作用的凸起部分，當(dāng)電機(jī)靜止時(shí)，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(jì)70年代到80年代中期，直流電氣控制系統(tǒng)占據(jù)主導(dǎo)地位，80年代以后，由于控制理論及方法均有突破性進(jìn)展，使交流電機(jī)控制得到迅速的發(fā)展，逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。交流電機(jī)定位控制的研究經(jīng)歷了較長階段，傳統(tǒng)做法是采用機(jī)械擋塊來定位。 目前，在各個(gè)行業(yè)中所用的定位方式可分為四種:機(jī)械定位，電氣定位,空氣定位，光學(xué)定位。而采用電氣方式的定位控制系統(tǒng)，現(xiàn)在世界上只有德國具有實(shí)際產(chǎn)品，在國內(nèi)尚屬空白。由于電氣定位控制系統(tǒng)一般是以數(shù)字方式工作的，故可以提高精度，十分簡便，易于和計(jì)算機(jī)，PLC等各種控制電路匹配，多用于數(shù)控機(jī)床或工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)定位機(jī)構(gòu)，適用范圍廣。
2 方案設(shè)計(jì)
在三相交流異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的開始階段，采用常用的變頻器控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至某一較低值(如50轉(zhuǎn)/分)，切換至本系統(tǒng)。由于交流電機(jī)是強(qiáng)耦合，多變量，非線性的復(fù)雜受控對(duì)象，較難建立其精確的數(shù)學(xué)模型，而模糊控制并不需要建立精確的被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的魯棒性。在實(shí)際工作中，電機(jī)所帶的負(fù)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(nèi)。交流電機(jī)的能耗制動(dòng)是電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為零時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為也零，所以，在電機(jī)的制動(dòng)方式選擇上采用能耗制動(dòng)的方式。
能耗制動(dòng)
異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)，是將電動(dòng)機(jī)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(shí)，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(diǎn)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子接到三相交流電源上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)。若要能耗制動(dòng)，則使接觸器XK的線圈斷電，電動(dòng)機(jī)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(diǎn)閉合，定子兩相繞組內(nèi)通入直流電源。
制動(dòng)的物理過程
將定子繞組從三相電源斷開，通入直流電時(shí)，定子磁場從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)變?yōu)槲恢霉潭�，大小不變恒定磁場，由于機(jī)械慣性的影響，轉(zhuǎn)子仍以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割恒定磁場。由于切割方向與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，所以產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流的方向，也與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，致使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩反向，變?yōu)槟鏁r(shí)針方向。轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n方向相反，為制動(dòng)狀態(tài)，把異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能變?yōu)殡娔�，消耗在電�?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路的電阻上，所以叫能耗制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)在其轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，很快降速。當(dāng)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不再切割磁場，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流減小到零，電動(dòng)機(jī)不再產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而可以控制生產(chǎn)機(jī)械精確停車。
分析是基于Xm =常數(shù)的條件進(jìn)行的。能耗制動(dòng)過程中勵(lì)磁電抗Xm不是常數(shù)。但由于Xm的變化對(duì)電機(jī)的運(yùn)行影響不大，所以在理論分析時(shí)認(rèn)為Xm是常數(shù)。采用能耗制動(dòng)時(shí)，既要有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又不要使定，轉(zhuǎn)子回路電流過大，對(duì)圖3所示的接線方式，可用如下關(guān)系確定異步電動(dòng)機(jī)定子直流勵(lì)磁電流I_和轉(zhuǎn)子回路所串電阻RΩ。
鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) I-=（4～5）I0
繞線式異步電動(dòng)機(jī)
I-=（2～3）I0
I0為異步電動(dòng)機(jī)的空載電流，一般 I0=（0.2～0.5）I1e
這樣確定I_后，可使最大轉(zhuǎn)矩:Mmm=（1.25～2.2）Me
即可實(shí)現(xiàn)快速停車。
模糊控制器
模糊控制設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)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(shù)(量化因子,比例因子)
(5)編制模糊控制算法的應(yīng)用程序
(6)合理選擇模糊控制算法的采樣時(shí)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(guī)則的設(shè)計(jì)一般包括:選擇描述輸入輸出變量的詞集,定義一個(gè)模糊變量的模糊字集及建立模糊控制器的控制規(guī)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(shù)的形狀。一般用正態(tài)分布。控制規(guī)則可用條件語句描述,即If A and B Then C等,然后建立控制規(guī)則表。模糊化就是把精確量轉(zhuǎn)為模糊量,可采用公式:Y=12[X(a+b)/2]/(b-a)精確量實(shí)際變化范圍是[a,b]。模糊控制的輸出是一個(gè)模糊量,它不能直接控制被控對(duì)象,需要將其轉(zhuǎn)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(shù)法;
(3) 加權(quán)平均判決法,該法利用信息多,但計(jì)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(jù)采樣得到的誤差,誤差變化,可計(jì)算出相應(yīng)的控制量變化,對(duì)所有X,Y中的元素的所有組合全部算出相應(yīng)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(nèi)存中。實(shí)時(shí)控制中,根據(jù)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(duì)象。
3 程序設(shè)計(jì)
異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器的Z相檢測到定位位置信號(hào)時(shí)，置位25200復(fù)位高速計(jì)數(shù)器，開始計(jì)數(shù)脈沖，用PLC開始計(jì)數(shù)從旋轉(zhuǎn)編碼器的A相進(jìn)入PLC的IN04的脈沖，高速計(jì)數(shù)器計(jì)到1000個(gè)脈沖，PLC高速計(jì)時(shí)器算出所需時(shí)間T1，把T1與模糊查詢表相比較，找出與T1相對(duì)應(yīng)的時(shí)間提前量T2，啟動(dòng)定時(shí)器，使PLC的繼電器開關(guān)IR10007在延遲T2時(shí)間后關(guān)閉，接通直流電源，開啟能耗制動(dòng)，向異步電動(dòng)機(jī)通入直流，電機(jī)在能耗制動(dòng)下慢慢地停下來。，然后根據(jù)停的位置在標(biāo)準(zhǔn)位置的前后的多少來調(diào)整提前量時(shí)間T2 ，使電機(jī)停在較為理想的位置。
以上過程都是在空載下進(jìn)行的。但是電機(jī)是要帶負(fù)載的，慢慢地向電機(jī)加負(fù)載，重復(fù)前面的步驟�？紤]到電機(jī)的轉(zhuǎn)速降至50-60轉(zhuǎn)/分時(shí)，電機(jī)在能耗制動(dòng)下馬上停車，當(dāng)負(fù)載加到使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變?yōu)?0轉(zhuǎn)/分時(shí)，高速計(jì)數(shù)器計(jì)滿1000個(gè)脈沖后，立即進(jìn)行能耗制動(dòng)，不需要任何提前量。
經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后，數(shù)據(jù)修正得差不多。隨意加一個(gè)負(fù)載，執(zhí)行PLC中的程序，電機(jī)就會(huì)停在令人滿意的位置上。
4 流程圖設(shè)計(jì)
5 設(shè)計(jì)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)位置的兩側(cè)90度之內(nèi)的部分分別等份，最小單位為1度，通過觀察，設(shè)計(jì)結(jié)果令人滿意，誤差為0.5%。
(2) 由于修正數(shù)據(jù)時(shí)，不能很好地把握某區(qū)域的中間量，致使有時(shí)誤差偏大。修正數(shù)據(jù)時(shí)，在一個(gè)區(qū)間內(nèi)常常取五個(gè)數(shù)，執(zhí)行PLC中的程序，比較誰更合適。取得良好的效果。
