变频变压调速乘客电梯电气控制系统设计

变频变压调速乘客电梯电气控制系统设计 目 录 摘 要 .............................................................. 1 关键词 .............................................................. 1 第一章 绪论 ......................................................... 1 一、电梯的发展 .................................................... 1 二、电梯的分类 .................................................... 2 第二章 电梯的基本结构 ............................................... 3 一、电梯的主要组成部分 ............................................ 3 二、电梯的安全装置 ................................................ 4 三、机械安全装置 .................................................. 4 四、电梯控制信号 .................................................. 5 第三章 电梯的拖动控制系统 ........................................... 7 一、变频器 ........................................................ 7 PWM控制器 .................................................... 9 二、 第四章 典型VVVF电梯拖动控制系统分析 ............................... 10 一、驱动部分 ..................................................... 10 二、控制部分 ..................................................... 11 三、管理部分 ..................................................... 11 第五章 电梯的信号控制系统 .......................................... 11 一、电梯PLC控制 ................................................. 11 二、PLC与普通继电器在执行动作时的不同 ........................... 14 三、PLC接受的输入信号和驱动的负载 ............................... 14 英文翻译 ........................................................... 15 结束语 ............................................................. 25 致谢 ............................................................... 26 附图,一,变频主电路 ............................................... 27 附图 (二) 电梯的PLC控制电路原理图. ................................ 28 参 考 文 献 ........................................................ 30 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 变频变压调速乘客电梯电气控制系统设计 作 者:王志强 【摘 要】 随着我国经济的不断增长～高层建筑的迅速发展～电梯己经成为一种不可缺少的 垂直运输工具。电梯的速度和舒适度是直接面对乘客的重要问题～因此～电梯的 调速系统运行的控制方式是很重要的～是评价整个电梯系统的性能好坏的重要指 标。本文主要研究乘客电梯变频变压电气控制系统的设计～变频变压控制系统采 用了当前上海三菱电梯控制交流变频变压,VVVF,调速电梯,专用变频器控制器,。 本文对PLC与其他控制方式,PLC的具体控制和PLC与变频器控制的原理及原理图 作了具体的阐述。 【关键词】 电梯 变频变压 系统 Electrical Control System Design of VVVF Timing Passenger Lift 【Abstract】 With the rapid economy development of our country and high architecture, the elevator has becomed anindispensable the traffic tool. Speed and comfort of elevator is a very important problem for passenger.It is very significent to control means of timing system for the elevator,and is important sign to evaluate function good or bad of the whole elevator system .The design of VVVFelectric control system for Passenger lift was studied in this paper. VVVF control system has maken use of shanghai sanling elevator control VVVF timing elevator.This paper PLC and other control way、control of PLC and PLC and theory of transducer control and theory picture . 【Key words】Evaluate VVVF System 第一章 绪论 一、电梯的发展 在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑 中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。 电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的民机很小，同时通过电 气或其它的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同的楼层。基于这些优点， 在建筑业特别是高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期。 电梯的存在，使得每幢大型高楼都可以成为一座垂直的城市。20世纪初，美国出现了 1 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 曳引式电梯，其结构是:钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对重作一升一降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度与股数均不受限制，当然轿厢的载重量以及提升的高度就得到了提高，从而满足了人们对电梯的使用要求。因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。 在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯运行速度的技术相继研制成功，1933年，世界上第一台运行速度为6m/s电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。 第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯。 随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地使用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制与开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频(VVVF)调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。1993年，日本生产了12.5m/s的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速电梯领域的历史。 电梯发展到今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到了全面发展时期。随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求的不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本，提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式、合理的配置与使用、远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。 二、电梯的分类 根据国家标准GB/T7024,1997《电梯、自动扶梯、自动人行道术语》，电梯的定义:服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15?的 刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。 显然，电梯是一种间歇动作的，垂直方向运行的，由电力驱动的，完成方便载人或运送货物任务的升降设备，在建筑设备中属于起重机械。 根据我国的行业习惯，电梯可分为: (一)按速度分类 1、低速电梯 2、快速电梯 3、高速电梯 4、超高速电梯 (二)按用途分类 1、乘客电梯 2、住宅电梯 3、观光电梯 2 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 4、载货电梯 5、客货两用电梯 6、医用电梯 7、服务(杂物)电梯 8、车辆电梯 9、自动扶梯 10、自动人行道 (三)按拖动方式分类 1、交流电梯 2、直流电梯 3、液压电梯 4、齿轮齿条电梯 5、螺杆式电梯 6、直线电动机驱动的电梯 (四)按控制方式分类 1、手柄操纵控制电梯 2、按钮控制电梯 3、信号控制电梯 4、集选控制电梯 5、并联控制电梯 6、群控电梯 7、微机控制电梯 第二章 电梯的基本结构 一、电梯的主要组成部分 1、曳引部分 由曳引机和曳引钢丝绳组成。曳引钢丝绳绕在曳引轮上。其一端与电梯轿厢相连，另一端与对主装置相连电动机带动曳引机旋转使轿厢上、下运动。 2、引导部分 由导轨和导轨架组成。垂直固定于井壁上。轿厢和对重装置在导轨上移动。用导轨稳定轿厢和对重装置的运行。 3、轿厢和厅门 轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成。厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等几种。 4、对重装置 用几十块铸铁块放于对重架中，用于平衡轿厢负荷，一般为轿厢自重加0.4,0.5倍电梯额定载重量。 5、补偿装置 当提升高度超过35米时，要加补偿链，以抵消钢丝绳和控制电缆自重对电动机负载的影响。 6、电气设备及控制装置 由曳引电动机、选层器、传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器等组成。 3 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 二、电梯的安全装置 电梯的安全可靠性是其首要指标，为此设置了一系列安全装置，分为电气及机械两个部分。 1、电磁制动器 装于曳引电动机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电上闸。 2、强迫减速开关 其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速位置而未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电气传动控制装置，使电动机强迫减速，安装位置在端站减速点之后，对于单层不能达到满速的快、高速梯要分设单层和多层强迫减速开关，以保证正常运行时不会误动作。 3、限位开关 当轿厢经过端站平层位置后的未停车，此限位开关立即动作，切断电源上闸，强迫停车。 4、行程极限开关 当限位开关不起作用，轿厢经过端站300,400毫米时，此开关动作，作第二次强迫停车。 5、急停按钮，装于轿厢司机操作盘上。发生异常情况时，按此按钮。切断电动机电源。电磁制动器制动，电梯等定停车。 6、直流电引电动机欠磁保护 当直流电动机磁场电流因故变化时，磁场电流欠流继电的动作。使电梯不能起动。如电梯正在运行，则切断控制电路，使电梯立即停车。 7、超速保护电路 当电梯运行速度超过额定速度10%时，测速发电机的反馈电压升高使超速急电器动作。立即停车。 8、测速发电机断带保护 电梯的测速发电机一般由皮带传动，当皮带断裂时，速度将骤然升速或飞车，此时下路的发电机将触动一开关使电梯立即停车上闸。 9、 电枢过电流保护。 10、电动机长期过载，热继电器保护。 11、超载开关 置于轿厢底部刚架上。当超载时轿底地板下降，压开关动作。电梯不能关门运行在高级梯中用压磁开关给出此信号。 12、关门安全开关 常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中。如安全触板碰到乘客时，发出信号。门电机停止关门，反向开门，延时后重新关门。此外，目前规定要另设不触及乘客的光电开关，或红外线开关，变容开关等。 13、厅门开关 每个厅门都装有门锁开关(即钩子锁)。仅当厅门关上，钩子搭好后才能允许电梯起动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯亦立即停车。 14、安全窗开关，安全窗是为乘客在层间停车时，不准电梯起动运行。 15、钢带轮的断带开关。 16、限速器开关 限速器主要是用来防止对重过轻，控制系统故障，且电磁制动器失灵时造成轿厢快速下落故障。当超速130%开关动作，断电抱闸。 17、选层器 相应的端站位置也设有限位开关。 三、机械安全装置 1、安全钳 主要是用于电磁制动器失灵或曳引钢丝绳全部断掉时，轿厢下降速度超过140% 4 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 时，用卡块将限速轮钢上绳卡住，使安全钳动作将轿厢可靠地卡住在导轨上。 2、缓冲器 这是最后一道机械安全装置，它设于井道底部。当轿厢由于某种原因以低于限速器工作的速度不断下滑发生蹲底现象时，它可以尽量减缓对轿厢的冲击，对主架侧也设有缓冲器，用于缓冲冲顶。 四、电梯控制信号 (一)控制信号分类和安装位置 电梯控制信号按其用途，基本上可以分为五类:1、强迫换速，急停回路;2、门机及其控制回路(与门机型号有关);3、换速，手层，校正信号;4、检修及照明回路;5、层站指示，门厅呼梯及其它信号。 厅门门锁开关 各层厅门 厅门关闭后，接点接通U:1，2、、、、 开(关)门机限位开关 开门机 门机开(关)极限位置 关门减速开关 开门机 第一(二)级减速时，凸轮将接点打开 开门减速开关 开门机 第一(二)级减速时，袄论将接点打开(闭合) 关门加速开关 开门机 关门时，凸轮将接点闭合 开门加速开关 开门机 开门加速时，凸轮将接点闭合 上(下)行高速换速开关 轿厢顶P 进入高速换速桥时，接点闭合 上(下)行中速换速开关 轿厢顶P 进入中速换速桥时，接点断开 上(下)行教正开关 轿厢顶P 进入校正桥时，接点闭合 上(下)行平层开关 轿厢顶P 进入平层桥时，接点闭合 提前开门开关 轿厢顶P 进入平层桥时，接点闭合 检修及照明 慢速上(下)行按钮 操纵盘 慢速上(下)行按钮 轿顶检修盒 检修开关 操纵盘(轿厢顶) 先修急停开关 井道底坑检修盒 检修人员操作，手动复合 底坑(轿顶)检视灯 井道底坑 (轿顶) 底坑(轿顶)检视灯开关 井道底坑 (轿顶) 底坑电源插座 井道底坑 轿顶电源插座 轿厢顶部 层站门厅及其它 层站指示灯 轿厢，厅门层灯盒 (二)井道信号 井道信号主要包括强迫换速、急停回路信号和换速、平层、校正信号两类。前者用于安全保护;后者用语调速装置的控制;有着严格的时间和空间关系，是影响电梯性能的最主要的控制信号。 信号安装位置和操作说明 名称 安装位置 操作及说明 5 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 上(下)行限位开关 井道上(下)方 端站位置保护 上(下)行高速机械换速开关 井道上(下)方 端站高速换速保护 上(下)行中速机械换速开关 井道上(下)方 端站中速换速保护 选层器钢带轮开关 井道底坑 钢带断裂时，接点断开 选层器钢带轮开关 井道底坑 钢带断裂时，接点断开 限速器胀绳轮开关 井道底坑 胀绳断裂时，接点断开 限速器开关 机房 限速器动作时，接点断开 安全轴拉杆动作开关 轿顶上梁 拉杆动作，接点断开，手动复位 安全窗开关 轿顶安全窗 开窗后接点断开 轿顶急停开关 轿顶检修盒 检修人员操作，手动复位 控制拒急停开关 机房 手动复位 轿内急停按钮 操纵盘 手动复位 门抛 开(关)门限位开关 轿顶门机 开(关)门极限位置保护 安全触拨开关 轿门 碰安全触版时，接通接点 上(下)行呼叫信号 按钮灯盒 U=1，2，3，、、、、、、(U—1) 层站选择按钮 操纵盘 U=1，2，3，、、、、、、(U—1) 上(下)行呼叫按钮 各层厅门按钮盒 U=1，2，3，、、、、、、U 层站选择记忆灯 操纵盘 U=1，2，3，、、、、、、U 底层钥匙开关 底层开关盒 用于接同电梯控制电源 有无司机转换开关 操纵盒 超载指示灯 操纵盒 轿厢超载时点亮 超载装置 轿厢底部 轿厢超载时接通接点 上(下)行方向等 层灯盒，操纵盒 轿厢照明开关 操纵盒 电扇开关 操纵盒 称重装置 轿厢底部 90%负载时，接点接通 哑铃 操纵盘 (三)轿厢信号 轿厢也是电梯控制信号比较集中的地方，控制信号主要包括选层及其记忆显示，曾站显示，安全防护，检修和其它信号，它们分别安装于轿厢内部，顶部，底部和轿门。 轿厢内部大部分控制信号均集中在操纵盒上。它们包括有无司机转换钥匙开关XZH，检修钥匙开关KJL，层站选择按钮NAC，层站选择记忆灯NEAC，慢速上(下)行按钮1AXJ(LASJ)，按钮ALJ，照明开关KEM，风扇开关KFS，超载灯ECH，哑铃LH，对讲机按钮ALJ等。此外还有参攻占指示灯NE，上(下)行指示灯ES(EX)，轿厢照明灯EM等。 轿厢顶部主要控制信号有检修开关KJLT、急停开关KTT、安全窗开关XJS、安全钳拉杆动作开关XCS、慢速上(下)行按钮2ASJ(2AXJ)、检修等JM及其开关 KJM。 (四)集选电梯的主要控制环节 6 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 主要控制环节有电梯启用、关闭;自动开、关门;内选、外呼信号登记与之消除;选层信号登记与消除，运行方向的确定。保持与改变;减速信号的产生。 1、集选控制的定义和分类 凡是电梯电气控制系统能将各个层楼厅外的向上和向下召唤信号与电梯轿厢内的指令选层信号综合在一起进行集中自动控制的电梯，均称为集选控制电梯。 全集选控制是将各个层站的厅外向上和向下召唤信号邻收集起来进行自动控制，因此，各个层站的厅外召唤按钮仅仅设置一个向下召唤按钮，而无向上召唤按钮，这种控制方式常用于住宅楼。 这样就能容易的决定出电梯的位置信号及其与内外召唤信号的比较结果——电梯的运行方向，选层器不仅可用来定向，而且还可以用来发出减速信号等。 2、电梯的制动减速控制 在电梯将到达目的层站前方的一定距离位置时，必须让电梯制动减速，并使电梯的运行速度尽可能的降低，以它等于零，只有这样，才能保证电梯的平层精确度，所以在电梯控制系统中，电梯的制动减速信号是一个非常主要的控制信号。 3、变比变频调速 交流异步电动机的转速是施加于其定子绕组交流电源的频率的函数，均匀和连续地改变定子供电频率，就可以平滑地改变电机的同步转速，但是，按电梯的使用要求，在调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子供电电压也要做相应的调节，因此，电梯要求其电动机的供电电源应具有能同时改变电压和频率的功能，即通常称的VVVF。 4、电梯的功能 (1)各种安全保护装置，开关，行程限位，各种照明电风扇等都具备。 (2)具备内选，外户，楼层显示功能 第三章 电梯的拖动控制系统 根据电机学公式n,60f(1,3)/p可知，交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电动机的同步转速。但是根据电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电动机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这要求定子绕组供电电压也要作相应的调节。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。 一、变频器 (一)变频器分类 异步电动机变频调速所要求的变压变频( VVVF)电源由变频器提供，现代电力电子技术的飞速发展使静止式变频器完全取代了早期的旋转变流机组。变频器有多种分类方法，通常，可按结构型式和电源性质分类。 变频器按结构型式可划分为交一直一交变频器和交一交变频器两类。 交一直一交变频器是将电网的工频交流电整流成直流电，再将此直流电逆变成频率可调的交流电，因此又称之为间接变频器，如图3-1所示。 7 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 调频功能由逆变器实现，调压功能视其实现环节不通，又对应有不同的结构形式。 图3—1 交—直—交变频器 Figure 3—1 AC—DC—AC transducer 交一交变频器是将电网的工频交流电直接变成电压和频率可调的交流电，无需中间直流环 -2所示。 节，故又称为直接变频器，如图3 图3-2 交一交变频器 Figure 3—2 AC—AC transducer 变频器按电源性质可以分为电压型变频器和电流型变频器。电压型变频器，又称为电压源变频器，具有电压源特性。电压型交一直一交变频器如图3-4所示，中间直流环节主要采用大电容滤波，这使中间直流电源近似恒压源，具有低阻抗。经过逆变器得到的交流输出电压，是通过开关动作被中间直流电源钳位的矩形波，不受负载性质影响。电压型交一交变频器如图3-5所示，图中并没有接入滤波电容器， 但供电电网相对于负载具有低阻抗，也具有电压源性质。 图3-3电压型交一直一交变频器 Figure 3—3 AC—DC—AC transducer of voltage source 图3-4电压型交一交变频器 Figure 3—4 AC—AC transducer of voltage source 电流型变频器，又称电流源变频器，具有电流源特性。电流型交一交变频器 (二)变频控制技术的研究 8 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 直一交变频器如图3-5所示，中间直流环节采用大容量电感。由于串联 大电感滤波，使中间直流电源近似恒流源。由逆变器向负载输出的交流 电流为不受负载性质影响的矩形波。 图3-5 电流型交一直一交变频器 Figure 3—5 AC—DC—AC transducer of current source 电流型交一交变频器如图2-7所示，两组变流器都经过很大的滤波电感与电网相连，强制输出电流为矩形波，从而具有电流源性质。 图3-6电流型交一交变频器 Figure 3—6 AC—AC transducer of current source 二、PWM控制器 由交,直,交变频器工作原理可知，逆变器将直流电压转变为频率不同的交流电压。但因为其输出电压是方波电压，按傅立叶级数分解，除基波外，在其电压波形中还含有较大成份的高次谐波分量。这样在曳引电动机的供电电源中存在谐波分量，是电动机运行效率降低，矩形波供电的电动机效率将比正弦波供电的效率下降5,,7,左右，功率因数下降8,左右，而电流却要增大10倍左右。虽可在逆变器的输出端采用滤波器来消除高次谐波分量，但又非常不经济，且增大了逆变器的输出阻抗，使逆变器的输出特性变坏。 由于前述原因，目前电梯用VVVF调速系统大多采用脉宽调制控制器PWM。它被一定的规律控制逆变器中功率开关元件的通与断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅而不等宽饿矩形脉冲波，用来近似等效于正弦波。 正弦波PWM的控制是利用等幅的三角波与正弦波的相交点发出触发脉冲给开关元件的，并经基极驱动电路放大后送至变频器中。即幅值和频率可变的正弦控制波与幅值恒定、频率固定的三角波进行比较，由两个波形的交点得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列。当正弦波的幅值大于三角波幅值时，输出正脉冲，可使逆变器中的功率开关管导通;当正弦波的幅值小于三角波幅值时，输出负脉冲，可使功率开关管截止。PWM的输出脉冲列的平均 9 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 值近似于正弦波。如果提高三角波的频率，则PWM的输出脉冲系列的平均值更逼近于正弦波。此时的PWM为“正弦波PWM”。 由于PWM的控制作用，在逆变器的输出端得到一组幅值等于整流电路的输出电压Ud、宽度按正弦波规律变化的矩形脉冲列。提高Ud和提高正弦调制波Umsinwt的幅值就可以提高输出矩形波的宽度，从而提高输出等效正弦波的幅值。改变正弦调制波的角频率，就可以改变输出等效正弦波的频率，从而就可以实现变压变频。 第四章 典型VVVF电梯拖动控制系统分析 采用全电脑控制方式的VVVT电梯的电气系统主要分为:驱动、控制、管理、接口、(I/O)电路等几大部分，其电气系统结构示意图4-1。 图4,1VVVF的电气控制系统示意图 一、驱动部分 驱动部分采用VVVT(变压变频)方式对曳引电机进行速度控制。 由于驱动部分采用了矢量变换和脉宽调制技术，因此与传统的电压和电流型原理有一定区别，具有减少电机发热、节能、高性能和高效率的特点。同时由i8086微处理器的DR-CPU实现了对驱动部分的控制。 速度图采用理想速度图形，由CC-CPU给出，在运行过程中CC-CPU向DR-CPU传送。由于CC-CPU与DR-CPU的运算速度和去处精度有很大差别，为了使二者能正常而正确地传送信息和提高去处精度。在传送过程中利用下述方法: 1、CC-BUS(总线)和DR-BUS(总线)之间用8212接口进行联接。8212接口相当一个信箱，CC-CPU向DR-CPU传送的信息送入8212后，8212即向DR-CPU发出可读信号，DR-CPU 10 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 接到可读信号后，便从8212中读取信息，信息取走后DR-CPU向8212发出取完信号，8212即向CC-CPU发出可送下一个信息的信号，如此不断地进行信息传送。 2、DR-CPU接收到来自CC-CPU的数据信息后，先将其放大64倍再进行16位去处，使运算精度得以提高。 二、控制部分 控制部分CC-CPU由i8085构成，控制部分的主要功能是对选 层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制。 选层器为数据运算式，主要处理层站数据、同步位置、前进位置、同步层和前进层的去处，以及选层器的修正运算等。这部分运算是控制部分中较复杂又较重要的运算，运算量也较大，因此，软件比较复杂，控制部分的程序中有相当部分是用以处理选层器运算的。 三、管理部分 管理部分负责处理电梯的各种运行，分标准设计和附加设计二大类，主要通过软件(S/W)实现，电梯的功能模块化设计也主要在管理部分实现。 第五章 电梯的信号控制系统 一、电梯PLC控制 (一)PLC的特点 1、高可靠性 2、编程简单，使用方便 可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。 3、环境要求低,适用于恶劣的工业环境。 4、体积小,重量轻 5、扩充方便，组合灵活 (二)PLC的硬件结构 1、 硬件框图 11 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 2、输入输出接口 为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。如下图，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。在光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触点输入时触点振颤及抖动等引起的误动作，因此使得PLC内部约有10ms的响应滞后。当各种传感器(如接近开关、光电开关、霍尔开关等)作为输入点时，可以用PLC机内提供的电源或外部独立电源供电，且规定了具体的接线方法，使用时应加注意。 3、输出接口电路 PLC一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。 在线路结构上都采用了隔离措施。 12 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 特点: 继电器输出:开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。 晶体管输出:开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。 晶闸管输出:开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。 注意事项: (1)PLC输出接口是成组的，每一组有一个COM口，只能使用同一种电源电压。 (2)PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。 (3)对于电感性负载应加阻容保护。 (4)负载采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可用并接续流二极管的方法改善响应时间。 (三) PLC的工作过程 输出的周期扫描方式工作，按用户程序的先后次序逐条运行。PLC大多采用成批输入/ 一个完整的周期可分为三个阶段: 1、 输入刷新阶段 程序开始时，监控程序使机器以扫描方式逐个输入所有输入端口上的信号，并依次存入对应的输入映象寄存器。 2、程序处理阶段 所有的输入端口采样结束后，即开始进行逻辑运算处理，根据用户输入的控制程序，从第一条开始，逐条加以执行，并将相应的逻辑运行结果，存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器，当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新处理。 3、输出刷新阶段 将输出元件映象寄存器的内容，从第一个输出端口开始，到最后一个结束，依次读入对应的输出锁存器，从而驱动输出器件形成可编程的实际输出。 (四) PLC的类型和结构 PLC应用范围很广，且正在日益扩大，目前，其品种越来越多，从PLC的输入、输出点数、存储容量和控制功能来分，有小型、中型、大型三种等级。通常，小型PLC常用于定时控制、顺序控制、模拟量处理等要求信号输入、输出点在128点以下的场合;中型PLC的输入、输出点数达到512点，存储器容量达到2—8K，它除可应用于小型PLC的控制功能外，还可作数据传送、数据通信等更为复杂的用途;大型PLC适用于大规模的过程控制或工厂的自动化网络，其内存容量为8K以上，输入、输出点达到512—8192点。若根据PLC的控制方式、处理速度、内部线圈(软继电器)数、自诊断功能及监控功能的主要性能指标来分，则又可把各种型号的PLC分为普及型、中档、高档三种。 低档的PLC一般为整体式结构;中档和高档的PLC为模块式结构。尽管不同型号的PLC性能有所差异，但其内部结构原理基本相同，均由中央处理单元、存储器、输入、输出接口电路、地址总线、控制总线、数据总线等器件及电路组成。 (五)PLC的工作原理 13 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 可编程序控制器是以微处理器为核心的电器设备，它由中央处理单元(微处理器)、存储器、输入输出接口电路和其他一些电路组成，使用时可把它看作是有定时器、记数器、继电器组成的一个基本控制系统，用以取代常规的电磁继电器控制电路完成某种工艺要求。 PLC内部等效于继电器，具有等效于触头通断功能。这些继电器称为软继电器或内部继电器，它与普通电磁继电器的结构有本质的区别，即一般的电磁式继电器有铁芯、线圈、动断触头、动合触头，属于硬件和硬件连线逻辑;PLC内的软继电器是靠软件实现的，即编程逻辑，以程序设计实现，而用存储器存储对应软继电器的接通或断开状态，进行类似硬件继电器的控制，其工作原理如下: 输入接口电路是用于接收现场设备控制信号的通道。现场设备的信号包括操作按钮、限位开关、传感器信号，这些输入信号通过输入接口电路送进PLC，传送的工作过程是:由输入电路把开关量或模拟量信号通过模数变换，变成中央处理单元能够接受和能够作出相应处理的数字信号。为了提高抗干扰能力，输入接口电路一般由光耦合电路和微机的输入接口电路组成，而减少了由于输入信号之间电信号直接联系带来的强电干扰问题，光电偶合电路一般由发光二极管和光电三极管组成，当有参与工艺控制的电信号从输入端送入时，发光二极管把通过的电能转换为光能(发出光亮)，光电三极管则把这个光信号接收后转换成电信号送出。虽然输入及输出的都为电信号，但其间并没有电的直接联系，而是通过“光”作中间变换量。这种光电耦合电路工作在线性区，输出信号与输入信号成线性关系，准确地反映了输入信号的变化状态。 二、 PLC与普通继电器在执行动作时的不同 普通线圈式电磁继电器是由线圈得电后，产生电磁场，带动衔铁动作，使接触点闭合或断开(只要线圈 通过合符要求的电流，继电器就动作)。这种继电器可以若干个继电器同时动作，所以往往存在触点竞争或时序失配的问题。为避免误动作，要通过线路设计作保证，例如采用连锁电路等。电磁继电器的同时工作，称为“并行”方式，而可编程序控制器是执行一定程序指令工作的，即任一时刻只能执行一条指令，执行完一条指令后，再继续执行下一条，如此逐条按顺序处理，这种工作方式称为“串行”方式，它的工作过程可分为输入采样、执行程序合输出刷新三个阶段。输入采样就是在开始新的动作时，先对所有输入端进行扫描，把各输入端的状态送到输入状态寄存器。其执行程序是这样的:把编程者所设计的程序调出来，按指令顺序逐条执行，对已采集的输入端状态信号及原输出状态信号进行比较、逻辑或算术运算，把处理的结果送到输出状态寄存器作下一部分的执行。输出刷新就是在所有的指令执行完后，把输出状态寄存器的状态通过输出装置产生能被受控设备所能接受的电流或电压信号，驱动受检设备动作，消除输出状态寄存器的信号。 可编程序控制器的这种工作方式，避免了触点竞争和时序失配的问题。 三、PLC接受的输入信号和驱动的负载 可编程序控制器有多个输入点和输出点，并可按工艺要求扩展接点，增加功能。 它所接受的输入信号有两种来源:一种是主令输入，接受从控制面板或操作器上的按钮、 14 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 按键、选择开关、数字开关发出的主控信号;另一种是从各类传感器产生的信号，如压敏开 关、温敏开关、光敏开关及机械式的行程限位开关发出的设备运行状态现场信号。 可编程序控制器在获取各方面的输入信号后，由已编定的程序指令作分析处理，送到输 出端去控制受控对象。从受控对象的类型来分，主要有两大类负载:一种是驱动负载，如电 磁阀、磁力起动器、调压器、电动机等;另一种是指示器负载:如发光二极管、数字显示仪、 指示灯等。小型和小功率的驱动负载可以由可编程序控制器直接驱动;较大功率的负载，如 三相电热加温装置、三相电动机、大功率电磁阀等，必须通过中间继电器或与负载相关的接 触器、降压启动器去驱动。 输入信号和输出信号之间的控制关系由存放在可编程序控制器内的编定程序来决定。 英文翻译: Background of control theory 1.system and control theory According to the Encylopedia Americana, a system is “an aggregation or assemblage of things so combined by nature or man as to form an integral and complex whole”. Mathematical systems theory is the study, of the interruptions and behavior of such an assemblage of “things”when subjected to certain conditions or inputs.the abstract nature of systems theory is due to the fact that it is concerned with mathematical properties rather than the physical form of the constituent parts. Control theory is more often concerned with physical applications. A control system is considered to be any system which exists for the purpose of regulating or controlling the flow of energy, information, money, other quantities in some desired fashion. In more general terms, a control system is an interconnection of many components or functionl units in such a way as to produce a desired result. In this book, control theory is assumed to encompass all questions related to desired and analysis of control systems. Fig.1 is a general representation of an open_loop control system. The input or control is selected based on the goals for the system and all available a prior konwledge about the system. The input is in no way influenced by the output of the system, represented by y(t).If unexpected disturbances act upon an open_loop system,or if its behavior is not completely understood, then the output will not behave precisely as expected. Another general class of control systems is the closed_loop or feedback control system, as illustrated in Fig.In the closed_loop system, the control is modified is often better able to cope with unexpected disurbances and uncertainties about the system’s dynamic behavior. However, it need not be true that closed_loop control is always superior to open_loop control. When the measured output has errors which are 15 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 sufficiently large, and when unexpected disturbancs are relatively unimportant, closed_loop control can have a performance which is inferior to open_loop control. 2.Introduction to modern control theory Several factors provided the stimulus for the development of modern control theory: (a) The necessity of dsaling with more realistis models of systems. (b) The shift in emphasis towards optimal control and oplimal systems design. (c) The contionuing developments in digital computuer technology. (d) The shortcomings of previous approaches (e) A recognition of the applicability of well_know metheds in other fields of Knowledge. The transition from simple approximate models, which are easy to work with,to more relistic models produces two effects.First,a larger number of variables must be included in the models.Second,a more realistic model is more likely to contain nonlinearities and time_varying parameters.Previously ignored aspects of the system,such as interactions and feedback through the environment,are more likely to be included. Which an advancing technongical society, there is a trend towards more ambitious goals. This also means dealing with complex systems with a large mumber of interacting components. The need for greater accuracy and efficiency has changed the emphasis on control system performance. The classical specifications in terms of percent overshoot, settling time, bandwidth, etc., have in many cases given way to optimal criteria such as minimum energy, minimum cost, and minimum time operation. Optimization of these criteria makes it even more difficult to avoid dealing with unpleasant nonlinearities. Optimal control theory often dictates that nonlinear time_varying control laws be used,even if the basic system is linear and time_invariant. The continuing advances in computer techonogy have had three principal effects on the controls field. One of these relates to the gigantic supercomputers. The size and class of problems that can now be modeled, analyzed, and controlled are considerably large that they were when the first of this book was written. The second impact of computer technolgy has to do with the proliferation and wide availability of microcomputers in homes and in the work place. Classical control theory was dominated by graphical methods because at the time that was the only way to solve certain problems. Now every control designer has easy access to powerful computer packages for system analysis and design. The old grphic methods have not yet disappeared, but have been automated. They survive because of the insight and intuition that they can provide. However, some different techniques are often better 16 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 suited to a computer. Although a computer can be used to carry out the classical transform_invers transform methods.it is usually more efficient for a computer to integrate differential equations directly. The third major impact okf computers is that they are now so commonly used as just another component in the control system. This cost, size and reliability make it possible to use them routinely in many systems. This means that the discrete_time and digital system control now deserves much more attention that it did in the past. Model control theory is well suited to the above trends because its time_domain techniques and its mathematical language are ideal when dealing with a computer. Computers are a major reason for the existence of state variable methods. Most classical control techniques were development for linear constant coefficient systems with one input and one output. The language of classical techniques is the Laplace or z_transtorm and transfer functions. When nonlinearities and time varations are present, the very basic for these classical techniques is removed. Some successful techniques such as phase_plane methods, describing functions, and other ad hoc methods, have been developed to alleviate this shortcoming. However the greatest success has been limited to low_order systems. The state variable approach of modern control theory provides a uniform and powerful method of representing systems of arbitrary order,linear or nonlinear,which time_varying or constant coefficients.It provides an ideal formulation for computer implementation and is responsible for much of the progress in optimization theory. Modern control theory is a recent development in the field of control. Therefore, the name is justified at least as a descriptive title. However, the foundation of modern control theory is to be found in other well_established fields. Representing a system in terms of state varisble is equivalent to the approach of Hamiltonaion mechanics, using generalized coordinates and generalized momenta. The advantages of this approach have been well known in classical physics for many years. The advantages of using matrices when deal with simultaneous equations of various kinds have long been appreciated in applied mathematics. The field of linear algebra also contributes heavily to modern control theory. This due to the concise notation, the generality of the results, and the economy of thought that linear algebra provides. Introduction to System Modeling 1 Modeling Engineers and scientists are frequently confronted with the task of analyzing problems in the real world, synthesizing solutions to these problems, or developing theories to explain them. One of the first step in any such task is the development of a mathematical model of the phenomenon being studied. This model must not be 17 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 oversimplified, or conclusions drawn from it will not be valid in the real world. The model should not be so complex as to complicate unnecessarily the analysis. System modeds can be developed by two distinct methods. Analytical modeling consists of a systematic application of basic physical laws to system components and the interconnection of these components. Experimental modeling, or modeling by syntheses,is the selection of mathematical relationship which seems to fit observed input_output data. 2 Classification of System The types of equations required to describe a system depend entirely on the types of elemental equations and the types of inputs from the environment. System models are classified according to the types of equations used to describe them. The family tree shown in Fig illustration the major system classifications. Combinations of these classes can also occur. The most significant combination is the continous _time system and digital controller. The digital signals are discrete_time in nature,that is,they only change at discrete time points.The most common approach to these problems is to represent the continuous_time part of the system by a discrete_time approximate model and then proceed with a totally discrete problem. In Fig dashed lines indicate the existence of subdivisions similar to the others shown on the same level. Distributed parameter systems require partial differential equations for their description,for example,as in the description of currents and voltages at every spatial point along a transmission line.These will not be considered further ,but can often be approximated by lumped_parameter models.Lumped parameter systems are those for which all energy storage or dissipation can be lumped into a finite number of discrete spatial locations.They are described by ordinary difference equations,or in some cases by purely algebraic equations.Discrete component electric circuits fall into this category. Systems which contain parameters or signals which can only be described in a probablilistic fashion are called stochastic or random systems. Because random process theory is not an assumed prerequisite for this text, emphasis will be on deterministic lumped parameter systems. There will be a few occasions, such as in the discussion of noisy measurements, where the random nature of certain error signals cannot be ignored. If all elemental equation are defined for all time, then the system is a continuous_time system. If, as in sampling or digital systems, some elemental equations are defined or used only at discrete points in time, a discrete_time system is the result. Continuous_time systems are described by differential equations, discrete _time systems by difference equations. 18 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 If all elemental equations are linear, so is the system. If one or more elemental equations are nonlinear,as is the case for a diode, then the overall system is nonlinear.When all elemntal equations can be described by a set of constant parameter values,as in the familiar PRC circuit,the system is said to be stationary or time_invariant or constant coefficient.If one or more parameters,or the very form of an elemental equation,very in a known fashion with time,the system is said to be time_varying.Finally,if there are no external inputs and the system behavior is determined entirely by its initial conditions,the system is said to be homogeneous or unforced.With forcing functions acting ,a nonhomogeneous system must be considered. One additional distiction not shown in Fig could be made between large_scale systems and small_scale systems. The degree of difficulty in analysis varies greatly among these system classifications. These differences have motivated different methods of approach. Modern control theory provides one of the most general approaches. 3 Mathematical Representations of Systems During the modeling process, equations are developed which describe the behavior of each individual system element and also equations which describe the interconnections of these elements. These equations, or for that matter the corresponding linear graph, could be taken as the mathematical representation of the system. Normally, however, additional manipulations will be performed before the mathematical representation of the model is in final form. Many forms are possible, but generally they divide into one of two categories: (a)input_output equations,and(b) equations which reveal the internal behavior of the system as well as input_output terminal characteristics. Input_output equations are divided by a process of elimination of all system variables except those constituting inputs and those considered as outputs. The input_output equations could constitute one or more differental or difference equations in any of the classes show in Fig. The independent variable is usually time,the dependent variables are the system outputs,and the inputs act as forcing functions. When the constituent equations are linear with constant coefficients, Laplace or z_transforms can be used to define input_output transfer functions. When more than one input and more than one output must be treated, matrix notation and the concepts of transfer matrices are convenient. It is assumed that the Laplace transform is a tool familiar to most readers. The z_transform may be less familiar,and so a bare_bones minimum introduction to it is contained in the problems.Although time_domain methods will be stressed in this chapter,transform and transfer functions will at times 19 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 be useful.A reader with noprior exposure should also consult the references. Equations which reveal the internal behavior of the system,and not just the terminal characteristics, can take several forms. Loop equations, involving all unknown loop currents, or node equation, involving all unknown nodal voltages, can be written. The choice between alternatives may depend on the number of loops versus the number of nodes. If everything is linear, transform techniques lead to the consepts of impedence and admittance matrices. Hybrid combinations of voltage and current equations are also used. The state space approach provides another type of system representation. Modern control theory is almost synonymous with the state space approach. This will be developed extensively in the remainder of this book. At this time it is sufficient to say that state variables consist of some minimum set of variables which are essential for completely describing the internal state, i.e., state of the system. 20 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 控制理论基础 1. 系统及控制理论 按照美国大白科全 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 的解释,所谓系统就是指“一个各种物体的集合,根据其性质或人的愿望而结合起来以至形成一个集中,复杂的整体”.数学中的系统理论就是对这种由若干物体构成的集合当其受到某些条件时和输入作用的影响后的行为和阻断进行研究的一门学问.系统理论的抽象性质源于这样一个事实:系统理论更关心物体组成部件的数学性质而不是其物理形式。 控制理论通常与实际行动有关。一般认为,控制系统是任意一个这样的系统:其目的是为了某种期望的方式来调节或控制诸如能量、信息、资金等等物理量的流动.从更一般的意义上讲，控制系统就是一个按照一定方式由很多元件或功能单元构成的结合体,其目的是为了获得期望的结果.本书中,假定控制理论包括所有与控制系统设计和分析问题有关的内容. 对开环控制系统的一般表示,输入变量或控制作用是根据本系统的目标及所有可获取的先验知识而选定的.输入变量决不会受到系统输出变量的影响.如果有不期望的扰动作用在开环系统上,或者其行为不能完全掌握的话,则该系统的输出就不会完全如预期般动作. 另一类常见的控制系统是闭环或反馈控制系统.闭环控制系统中,控制作用被一某中方式由于系统输出行为有关的信息所校正,一个反馈系统经常能更好地应付不期望的扰动作用以及系统动态性能的不确定性.然而,闭环控制系统并不一定总是优于开环控制系统.当输出的测量误差足够大或不期望的扰动无关紧要时,闭环控制的性能就比开环控制差。 2(现代控制理论导论 有几个因素激励现代控制理论的发展: (a)处理更加真实的系统模型的必要性。 (b)研究重点向最优控制和最优系统的转移. (c)数字计算机技术的不断发展. (d)对于将熟知方法在其他知识领域中的应用的广泛认同. 这种从简单、易用的近似模型到更加真实模型的转移产生了两个方面的影响.首先,模型中必须包含众多的变量.其次,更为真实的模型往往具有非线形和时变参数.以前往往忽略了一些系统问题,例如关联问题以及通过环境形成的反馈等,现在却需要考虑. 在不断发展的先进技术中,向着更加宏伟的目标发展趋势是明显的也就意味着要处理具有大量相互关联的部件的复杂系统.对于更加精确和更加有效的需求已改变了对控制系统性能要求的重点.以百分超调量、调节时间、宽带等来表示的经典技术指标已经在很多场合让位于最优性准则，例如最小耗、最低成本和最短时间操作等。依据这些准则的最优化使得想要避免处理讨厌的非线性——事变的更为困难。即使基本受控系统是线形和时不变的，最优控制理论也经常规定要采用非线形、时变的控制规律。 计算机技术的不断发展，已经对控制领域产生三个方面的影响，影响之一与超大规模的巨型机有关。现在能够进行建模，分析和控制研究的问题的额规模和困难级别都已大大的超过了本书的第一版情况。 计算机技术的第二个影响与微型机在数量上的激增以及其在家庭、工作场所随处可用的便利性紧密相关，经典控制理论中图解方法站主导地位，这是因为当时图解是解决某些问题 21 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 的唯一方法。现在，每一个控制工程人员都很容易获得功能强大的软件包，用于进行系统的分析和设计工作。老的图解方法并没有消亡，不过已经能够进行自动工作了。它们之所以仍然存在的原因是其所具有的直观性和指导性。然而一些完全不同的技术经常对计算机更加适合。尽管计算机可以用于执行经典的变换-反变换运算，然而用计算机对微分方程直接进行微分则往往更加有效。 第三方面计算机的影响来自于如今计算机就像在控制系统中其他常规元件应用的一样普及。计算机在成本、规模和可靠性方面的优势使其能够更普遍的应用于很多系统中。这就意味着离散时间和数字的控制系统现在应受到远胜于以往的重视。 大多数经典控制技术都是带有一个输入、一个输出的线形、常系数而发展起来的。经典技术语的表述语言是拉普拉斯或Z变换以及传递函数。一旦出现非线形和时变性，经典技术最根本的基础就不复存在了。诸如相平面方法、描述函数方法和其他有关的方法这样一些很成功的技术能够得以发展的原因就是为了弥补这一短处，然而经典的控制理论最大的成功也是局限于降阶系统中，现代控制理论的状态变量法提供了一种统一高效的方法来描述的具有任意阶次、线形或非线形、时变或常数的各种系统。它也为计算机提供了一种理想的表示方法，并引起了许多方面最优化理论的进展。 现代控制理论是在控制领域中的新发展。因此，可以说它是名副其实。然而，现代控制理论的基础却应该在其他一些发展成熟的领域中寻找。状态变量的形式来表示一个系统的方法完全等价于在哈密尔顿力学中采用坐标和通用动量的方法。这种方法的优越性在经典物理学中多年来已经众所周知。当处理各种联立方程是采用矩阵的好处在应用数学领域中也依久为人知。现行代数对现代控制理论的发展更是功不可没。其原因在于现行代数所提供的见解的表达，通用的结果以及高效的思路。 系统模型化简介 1 模型化 工程师和化学家经常会面临一些任务，需要解决诸如对客观世界进行分析、综合分析或提出对其加以解决的理论等一类问题。执行这类任务的首要工作之一就是要对所研究的现象建立数学模型。这一模型不能过于简单，否则由此所得的结论就不能有效反映客观世界。但此模型决不能太复杂，以至于无必要的工作分析工作复杂化。 系统的模型可以通过两类截然不同的方法来建立。解析建模是将物理学基本定律系统性的应用于系统各组成部分及其相互之间的关联关系进而获取结果的方法。经验建模，或叫综合建模，是一种通过寻找数学关系而建立模型的方法，这种数学关系应该能够与输入-输出观测数据相配合。 2 系统分类 用以描述系统所需方程的类型完全取决于基础方程的类型以及来自环境的输入数据的类型。系统模型按照用语、描述该系统的方程类型而加以分类。图所示的主要类型分类的树型结构图。也可以存在多种类型的混合形式。最具有意义的混合型是时间连续系统和数字是控制的联合体。数字信号本质上是时间离散的，即该信号只在离散的时间点上发生变化。处理此类为问题的方法是将该系统中的时间连续部分用一个时间离散的近似模型来取代，然后 22 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 将整个系统作为离散系统处理。 图中的虚线表示还有类似于同层次的其他实践部分表示的数字类型的存在。 分布参数系统需要用偏微分的参数来描述。例如，对于沿一条传输导线上的每一点的电压、电流的描述就是一例。关于此类问题，不再多加考虑，但对于其经常可以采用的分段集中参数模型来近似的。分段集中参数系统是指那些所有的能量积累和耗散都能划分在有限个离散空间局部位置的系统。这些系统能够用定常差分方程，有时能够用代数方程来描述。分离元件电路就属于这一类。 包含有就能用概率统计方式来描述的参数或信号的系统就称为随机系统。因为随机过程理论并不是本文要求的先修课程，所以本文的重点是将放在确定性的分段集中参数系统上。不排除有个别场合，例如在讨论噪音的测量问题时，某些误差信号随机性不容忽视。如果所有基础方程都定义于整个时间过程，那么，该系统就是连续的时间系统。而假如，在采样问题上或数字系统中常见这种情况，有些基础方程仅定义于，或仅能应用于离散的时间的点上，这就导致了离散时间系统。连续时间系统用微分方程描述，而离散时间系统则用差分方程描述。 如果所有的基础方程都是线性的，那么该系统也是如此。如果一个或多个基础方程是非线性的，例如在应用二极管的场合，那么整个系统也就成了非线性的。当所有基础方程都能用一组定常参数来描述，正如熟知的RLC电路情况，就称该系统是稳定的。或是不变的，或常系数的。如果有一个或多个参数，甚至连基本的方程本身都以一种已知的方式随时而变化，则此系统就成为事变系统。最后，如果没有外部输入信号，系统的输入条件完全由自己的初始条件来确定，该系统就成为齐次或非强迫系统。又强迫系统作用于上的，则系统必须作为齐次的来考虑。 图中没有表示出来的另一种分类是大规模系统与小规模系统。不同的系统类型，对其进行分析的难度相差很大。这些差别一进促进了不同方法的发展。现代控制理论提供了一般性的方法。 3 系统的数学表示 在系统的模型化过程中，建立了一些描述系统各个单元行为以及各单元之间关联关系的方程。这些方程式，后相应的关系状态土，都可以认为是对系统的数学表示。然而一半而言，在模型的数学表示形成之前，还要进行另外的处理工作。 模型可以有多种形式，但一般将其分为两类:(a)输入-输出方程和(b)揭示系统内部行为以及输入-输出两端特性的方程。 输入-输出方程是通过这样一个过程而获得的:消去所有系统变量，只保留那些构成输入的变量以及认为是输出的变量。输入-输出方程可以有一个或多个任何类型的差分或微分方程而构成。其独立变量通常时间，因变量是系统的输出以及作为激励函数作用在系统上的输入。 当所有的方程都是带有系数的线性方程时，可以利用拉普拉斯变换或Z变换来定义输入-输出的传递函数。当必须处理输入或输出多于一个情况时，矩阵记法和传递函数矩阵概念就提供了很大的方便。这里假定拉普拉斯变换对大多数读者而言都是非常熟悉的数学工具。Z变换可能较为生疏，所以在下述问题中仅仅梗概地涉及到Z变换。虽然本文的重点是时间 23 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 域的方法，但变换和传递函数也一直会用到。没有这一方面先期准备的读者也应查阅参考文献。 揭示了系统内部特性而不仅仅是外部特性的方程，可以取几种不同的形式。可以对系统列写回路方程，包括所有未知的回路电流，或者可以列写节点方程，包括所有未知的节点电压。两者之间选择取决于回路数与节点数的比较。如果每一元件都是线性的，利用变换技术就导致了阻抗河道那句真的概念。电压和电流方程也可以混合使用。 状态空间法提供了另一类空间表示方法。现代控制理论与状态空间方法几乎是同义语。关于这一点，还将在其他部分展开讨论。现在，仅需指出:状态变量有最小一组变量组成，这组变量对于完全描述内部状态而言是必不可少的。 24 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 结束语 本论文详细论述了电梯变频变压调速控制系统的设计，在理论上与实际上对整个系统进行了详细而深入的探讨和实现。对变频控制技术，PLC控制等理论上进行了研究和分析。 由于变频变压控制系统是一个较复杂的系统，可以这样说，本论文的研究的变频调速电梯是近几年才发展起来的新型电梯。上海三菱电梯有限公司首先从日本三菱引进技术，在国内电梯行业率先推出了全计算机交流变频变压(VVVF)调速电梯(专用变频器控制)，在电梯行业引起轰动。之后，VVVF控制技术的电梯已成为电梯行业的追求，并得到了普遍应用。目前国内VVVF电梯控制系统主要有两种类型:专用变频器控制和通用变频器加PLC控制，而大部分电梯制造商的VVVF控制技术还停留字应用变频器加PLC的技术上。 本论文就主要对专用变频器控制的电梯进行了研究和分析，但由于本人水平有限和时间的仓促，还存在些不完善的地方，望老师给予指点。 25 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 致谢 四年的大学生学习生活即将结束了，在这四年的学习生活中，得到了许多人的帮助和指导，对我来说，是一笔巨大的财富。 首先感谢我的指导师肖宝兴老师，感谢肖老师两个多月来对我的毕业论文的学习和设计 提供的帮助，肖老师和蔼可亲的为人和严谨的治学态度，是我永远学习的榜样。 另外，还得感谢自动化全体教师，感谢他们在我大学学习过程中提供的帮助，感谢他们在生活方面对我的关心。 还要感谢全院的领导，培养我们成材，为我们提供各种丰富多彩的文娱活动，使我在各方面得到锻炼。 最后感谢我的同窗好友，有他们的陪伴，使我的大学生活丰富多彩。 谨此， 再次感谢所有给我关心和支持的老师、同学、朋友和亲人。 26 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 附图,一,变频主电路 27 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 附图 (二) 电梯的PLC控制电路原理图. 28 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 29 天津工程师范学院2005届毕业生毕业论文 参 考 文 献 1、李惠升. 电梯控制系统【M】.北京:机械工业出版社2003. 2、齐占庆. 电气控制技术【M】.北京:机械工业出版社2004. 3、李荣生. 电气传动控制系统设计指导【M】.北京:机械工业出版社2004. 4、余文杰. 自动控制原理【M】.广州:华南理工大学出版社1999. 5、李惠升. 电梯控制系统继电器与PC控制原理设计与调试【M】.北京:电子工 业出版社1996. 30