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基于ROCKWELL三层网络的电机控制

作　者: 应慧娟
导　师: 汪伟
学　校: 中国计量科学研究院
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 三层网络 ControlLogix系统 PoweFlex40变频器异步电机 PID控制模糊控制
分类号: TM301.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电机作为机械运动的驱动设备，一直起着非常重要的作用。目前，电机控制正向着交流化、网络化和智能化的方向发展。将电机进行网络化控制是满足复杂大系统控制和远程控制系统的客观需求，也是发展趋势。本课题借助中国计量学院机电工程学院罗克韦尔自动化实验室的三层网络平台，设计完成了基于ROCKWELL三层网络的电机控制系统。本文首先对系统进行设计与构建。选择合适的器件，在熟悉各器件原理和构造的基础上，搭建以ControlLogix系统为中心，以DevieceNet为纽带，以ControlLogix 5555 PLC为控制器，以三相异步电机的转速为控制对象，以PoweFlex 40变频器为执行机构，以光电编码器和MicroLogix 1000 PLC为检测机构，以磁粉制动器为外加负载，通过Ethernet／IP上的上位机和ControlNet上的PanelView Plus 700触摸屏进行远程监控的系统。系统设备间网络通讯的实现。为利用网络实现控制数据的传输与交换，通过RSLinx软件建立通讯通道，RSNetworx软件对DevieceNet和ControlNet进行组态和配置，RSLogix 500和RSLogix 5000对控制器进行逻辑编程，RSView 32和RSView Studio对上位机和触摸屏的人机监控进行设计，实现了不同网络上各设备的相互通讯。系统数学模型的建立和控制算法的实现。在对电机变频调速系统进行机理分析的基础上，考虑DevieceNet上网络延时的因素得到电机变频调速控制系统的网络模型。通过MATLAB的Simulink工具将仿真结果与实际结果进行比较，证明了所得模型的有效性；为实现对电机转速的精确控制，在系统中加入PID控制、模糊控制和PID与模糊复合控制算法，借助MATLAB的Simulink工具选择合适的参数，达到了良好的控制效果。并对三种控制算法的效果进行了动态性能和稳态性能的比较分析。本文成功的实现了电机转速的网络控制。此系统开放灵活，易于扩展和改造，可以将其广泛地应用到实际工业场合，具有很好的应用价值。本文的创新之处：采用三层网络进行控制；将智能控制算法应用于网络控制系统；考虑了网络延时。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究目的和意义  8-10
  1.2 电机控制研究现状及发展趋势  10-12
    1.2.1 电机控制的发展趋势  10
    1.2.2 变频调速技术的国内外现状  10-11
    1.2.3 ROCKWELL三层网络在电机控制系统中的应用  11-12
  1.3 本文主要工作和内容安排  12-14
第二章系统通信网络架构  14-27
  2.1 NetLinx三层网络架构  15-25
    2.1.1 通用工业协议CIP  16-19
    2.1.2 设备网DeviceNet  19-21
    2.1.3 控制网ControlNet  21-23
    2.1.4 工业以太网EtherNet/IP  23-25
  2.2 ControlLogix系统  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章基于三层网络的电机控制系统设计  27-50
  3.1 系统总体方案设计  28-30
    3.1.1 变频调速原理与优势  28-29
    3.1.2 系统总体结构  29-30
  3.2 系统硬件设计  30-38
    3.2.1 控制器  30-31
    3.2.2 执行机构  31-33
    3.2.3 检测机构  33-36
    3.2.4 监控设备  36-37
    3.2.5 外加负载  37-38
  3.3 系统软件设计  38-49
    3.3.1 驱动通讯  38-39
    3.3.2 网络组态  39-42
    3.3.3 程序编程  42-46
    3.3.4 人机界面  46-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章系统建模、仿真与算法实现  50-79
  4.1 系统建模  50-58
    4.1.1 异步电机变频调速系统建模  50-53
    4.1.2 网络延时分析  53-58
  4.2 PID控制  58-65
    4.2.1 PID控制基本原理  58-59
    4.2.2 K_p、T_i、T_d对控制质量的影响  59-60
    4.2.3 PID控制实现  60-62
    4.2.4 PID控制MATLAB仿真  62-64
    4.2.5 PID控制实验结果  64-65
  4.3 模糊控制  65-74
    4.3.1 模糊控制基本原理  66-67
    4.3.2 K_e、K_(ec)、K_u对控制质量的影响  67-68
    4.3.3 模糊控制实现  68-72
    4.3.4 模糊控制MATLAB仿真  72-73
    4.3.5 模糊控制实验结果  73-74
  4.4 PID与模糊复合控制  74-77
    4.4.1 PID与模糊复合控制基本原理  74
    4.4.2 PID与模糊复合控制实现  74-75
    4.4.3 PID与模糊复合控制MATLAB仿真  75-76
    4.4.4 PID与模糊复合控制实验结果  76-77
  4.5 各控制算法比较  77-78
  4.6 本章小结  78-79
第五章总结与展望  79-81
  5.1 总结  79-80
  5.2 展望  80-81
参考文献  81-85
硕士期间发表的论文和参加科研情况  85-86
致谢  86

基于ROCKWELL三层网络的电机控制

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