关于变频器参数与传送带机构定位原理的研究

黎建军

摘要：伺服系统是定位控制工程的首选，它最大的特点就是定位精准，但对设备的要求高，投入的资金也是巨大的。而在控制要求没有那么苛刻，误差在毫米级的一些工程中，采用变频器拖动交流异步电机通过一些数据方面的处理，是完全能胜任精准定位控制的。本文重点分析了变频器在停止对电机输出时的特点同时还对数据处理的方法作了进一步的介绍。

关键词：变频器；频率；斜坡；电机；精准定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.102

变频器在运动控制中的定位一直是它的软肋，时常也让设计人员绞尽脑汁却难以实现精准的定位。所以人们在大多数精准位置控制系统中不得已采用伺服系统来实现这一功能，这样位置的控制要求绝对是达到了，但成本却成倍的在增加。有没有用变频器也能实现的精准位置控制的方案呢？答案是肯定的。

1变频器控制电机不同的停止方式的特点

（1）两种电机停止方式的介绍。变频器在驱动电动机运行中，最难让人捕捉到它特点的时段是电动机停机的那段时间。这段时间，电动机一般有两种停机方式，一种是自由惯性停机；另一种是按斜坡下降有规律的停机。前者牵涉到的因素比较多，首先是前进运动的阻力，其次还有运动物体的质量，还有停止前的运动速度等等，都会影响到该物体在变频器没有驱动的情况下的运动的距离。从能量的角度来看，我们可以理解为物体的动能转化了克服阻力所移动的距离所做的功。然而运动的阻力，运动的速度都是一个不确定的参数，让人难以捉摸，也难找到一个准确的数学模型。但后者的按斜坡下降有规律停机则可以让设计人员比较容易找到一些规律。下面我们主要研究变频器在斜坡下降阶段电机运动距离的计算。

（2）变频器的两种参数的设置对电机停止运动情况的影响。在变频器的参数设置中，有两个重要参数，一个是斜坡上升时间，另一个是斜坡下降时间。西门子MM420的这两个参数的默认值是10s，这意味着变频器的在启动电机的运行过程，速度在逐渐的增加，当10s到达后，变频器的频率从0Hz上升到了额定频率50Hz（这里设置的最高频率是50Hz），同样的，当变频器停止对电机的驱动时，它的频率会从50Hz降到OHz。在变频器输出50Hz时，电机的运动速度是最快的，相反，当输出频率为0Hz时，电动机处于停止状态。通过多次的测试，在启动与停止的这段时间，电机的运动是很接近匀加速和匀减速运动的。运动情况与图1相似。有了这一规律性的结论，下面的工作也就相对的简单了。

2如何实现电机的精准定位

在电机启动到稳定，这时电机的运转频率是50Hz吗？当然不可能是这个数值，不然的话，这台变频电机就成了同步电机了。它的运转频率是要小于50Hz的，那它的数值是多少，这个数值得想办法测试到。

（1）如何求出电机匀速运动的速度。如何测试到匀速运行速度，这不是一个难事。在电机的运动轴上加装一个编码器，在稳定运行时段利用定时中断，将高速计数器的数据记录下来，每段时间的速度保存在一段存储空间中，在稳定运行中对这个速度数据进行滤波，滚动的求出最接近的速度数据作为定位的依据。根据图1中所示的运动情况，画出的流程图如图2-1、2-2所示。通过这种方法可以很方便的求出匀速段的平均速度。

（2）定位数据的处理。我们的准备工作已就绪，接下来要进行的是定位的数据处理。从图1可以看出，斜坡下降阶段电机所走的距离S3=1/2Vmax*T，公式中的Vmax在上一步中已求出，T为10s。如果电机要走的距离为S，变频器停止电机后，电机还要走完这个斜坡下降的距离S3。很明显，S1+S2=S-S3，而S1+S2的距离是可以通过编码器测试出来的。有了前面的这些数据，电机停止的时刻就清楚了，利用求出停止运行的脉冲数，就可以在某一脉冲数时停止电机的运行。这样就可以精准的控制设备所走的距离了。

（3）定位误差修正的办法。通过实际操作，在大多数情况下，上述理论能满足精准的定位控制。有时也会出现没有达到定位点、或超过了定位点就停下来的情况，当然此时的误差已是很小了。最后还有一个误差修正的办法。用实验法找出电机没有到达定位点就停机的这段最大的距离，同时将此距离的数值保存在控制器（PLC或单片机）里作为一个修改误差的参数。如果让电机多走出这个长度，就不会出现没有走到定位点的情况。当然有时也会造成电機要多运动一些距离而越过目标点。通过前面的数据处理，这个修改参数并不大，这样电机运动到终点时它的运动速度也就很低，几乎接近到0速。当电机到达目标点时，果断地让电机停下来。因速度极小是不会出现过冲的现象。这里可以采用机械制动的方法实现来对误差的最小控制。

3结论

在实际采用变频器对定位控制的项目中，虽然这种控制的效果没有伺服驱动机构那样精准，但它的控制效果还是非常明显的，运行的过程也很平稳，可以达到对大多数设备的定位控制要求，是一种成本较低而控制效果理想的方案。望读者能体会到这种控制理论的原理，并在实际项目中加以灵活应用，特别是在一些只能采用变频器的定位控制方案中。