变频调速冶金讲座2(14)

解：根据反馈定理构成的原理框图如图所示

根据原理框图设计出的驱动系统原理图如图所示

根据驱动系统原理图我们能够设计出控制1C、2C、1M、2M、3M 和4M的控制电路，方法如下：
设定程序步和转步信号，如图所示

假设奇数步为高速；偶数步为低速，转弯指令为R，那么其输出方程为：
1C J 1 J 2 J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 J 9 J 10 J 11 2C 1C
1M ( J 1 J 3 J 5 J 7 J 9 J 11 ) R 2 M 2 M ( R J 2 J 4 J 6 J 8 J 10 ) 1M 3 M ( J 1 J 3 J 5 J 7 J 9 J 11 ) 4 M 4 M ( J 2 J 4 J 6 J 8 J 10 ) 3 M

其控制方程为(其中1N(2)为计数器，当6XA动作2次时为“1”)
J1 ( Q J1 ) J 2 T J 2 ( 1 XB J 1 J 2 ) J 3 T J 3 ( 2 XA J 2 J 3 ) J 4 T J 4 ( 3 XB J 3 J 4 ) J 5 T J 5 ( 4 XA J 4 J 5 ) J 6 T J 6 ( 5 XB J 5 J 6 ) J 7 T J 7 ( 6 XA J 6 J 7 ) J 8 T J 8 ( 10XA J 7 J 8 ) J 9 T J 9 ( 9 XB J 8 J 9 ) J 10 T J 10 ( 8 XA J 9 J 10 ) J 11 T J 11 ( 7 XB J 10 J 11 ) 6 XA T
三、应用举例

1、恒值控制系统在恒压供水上的应用
1、恒值控制系统在恒压供水上的应用
2、恒值控制系统在恒温供暧上的应用

中央空调系统的外 部热交换由两个循环水 系统来完成。循环水系 统的回水与进(出)水温 度之差，反映了需要进 行热交换的热量。因此， 根据回水与进(出)水温 度之差来控制循环水的 流动速度，从而控制了 进行热交换的速度，是 比较合理的控制方法。

其控制方程为：
J1 ( Q J1 ) J 2 T J 2 ( 1 XB J 1 J 2 ) J 3 T J 3 ( 2 XA J 2 J 3 ) J 4 T J 4 ( 3 XB J 3 J 4 ) J 5 T J 5 ( 4 XA J 4 J 5 ) J 6 T J 6 ( 5 XB J 5 J 6 ) J 7 T J 7 ( 6 XA J 6 J 7 ) J 8 T J 8 ( 7 XB J 7 J 8 ) J 9 T J 9 ( 8 XA J 8 J 9 ) J 10 T J 10 ( 9 XB J 9 J 10 ) J 11 T J 11 ( 10XA J 10 J 11 ) 6 XA T
2、恒值控制系统在恒温供暧上的应用


冷却水循环系统的控制
由于冷却塔的水温是随环境温度 而变的，其单侧水温不能准确地 反映冷冻机组内产生热量的多少。 所以，对于冷却泵，以进水和回 水间的温差作为控制依据，实现 进水和回水间的恒温差控制是比 较合理的。温差大，说明冷冻机 组产生的热量大，应提高冷却泵 的转速，增大冷却水的循环速度； 温差小，说明冷冻机组产生的热 量小，可以降低冷却泵的转速， 减缓冷却水的循环速度，以节约 能源。

3)、假设机器人前下方装有一个起轨迹反馈作用的检测器，机器人 运行是由履带驱动系统控制：1C得电机器人的右履带运行，2C得 电机器人的左履带运行；机器人转弯时，内侧履带按原速度运行， 外侧履带提高速度运行，并且奇数步与偶数的速度不相等 。试设计 气割机器人从“A”点到“B”点不重复的走遍每条下料轨迹的驱动控 制系统原理图。
2、恒值控制系统在恒温供暧上的应用

冷冻水循环系统的控制 由于冷冻水的出水温度是冷 冻机组“冷冻”的结果，常 常是比较稳定的。因此，单 是回水温度的高低就足以反 映房间内的温度。所以，冷 冻泵的变频调速系统，可以 简单地根据回水温度进行如 下控制：回水温度高，说明 房间温度高，应提高冷冻泵 的转速，加快冷冻水的循环 速度；反之，回水温度低， 说明房间温度低，可降低冷 冻泵的转速，减缓冷冻水的 循环速度，以节约能源。简 言之，对于冷冻水循环系统， 控制依据是回水温度，即通 过变频调速，实现回水的恒 温度控制。
已知：1M得电给电气割机器人的右履带施加高速给定； 2M得电给电气割机器人的右履带施加低速给定， 3M得电给电气割机器人的左履带施加高速给定； 4M得电给电气割机器人的左履带施加低速给定。 R=1 电气割机器人进行转弯， R=0 电气割机器人停止转弯。

试设计气割机器人从“A”点到“B”点不重复的走遍每条下料轨迹的驱动 控制系统的输出方程和控制方程。
6 11 6 11
R ( Q iXA ( 17 i ) XB R ) ( i 1 ) XB ( 18 i ) XA 1N ( 2 ) T
i 1 i 7 i 1 i 7
1N ( 2 )( S 6 XA; R Q )
课间休息
2)、假设气割机器人是由履带驱动系统控制，并且已知1C得电气割机
器人的右履带运行；2C得电气割机器人的左履带运行。生产工艺要求 气割机器人的运行速度任意可调，试设计一个专走直线和能急转弯的 用变频调速器驱动的气割机器人驱动控制系统原理图。

解：首先写出运动控制方程组（略）

解：然后根据反馈定理构造恒值控制系统。 因为运行要求走直线和能急转弯，所以左右履带变频调速器驱动系统用同一个 转速给定并且各自的给定由1C和2C分别控制；因为运行速度要求任意可调， 所以转速给定用可调电位器实现，如图所示。
R ( Q iXA R ) iXB T
i 1 i0
11
10
课堂练习

假设某气割机器人是由履带驱动系统控制：1C得电气割机器人的右履 带运行，2C得电气割机器人的左履带运行；气割机器人转弯时，内侧履带 按原速度运行，外侧履带提高速度运行，运行轨迹如图所示

课堂练习
解：假设转弯指令为R，因为奇数步为高速；偶数步为低速，所
以为了达到能量消耗最少的目的，转弯过程归奇数步执行。那 么其输出方程为：
1C J 1 J 2 J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 J 9 J 10 J 11 2C 1C
1M [( J 1 J 3 J 5 ) R J 7 J 9 J 11 ] 2 M 2 M [( J 1 J 3 J 5 ) R J 2 J 4 J 6 J 8 J 10 ] 1M 3 M [ J 1 J 3 J 5 ( J 7 J 9 J 11 ) R ] 4 M 4 M [( J 7 J 9 J 11 ) R J 2 J 4 J 6 J 8 J 10 ] 轨迹如图所示。因为原下料尺寸只有 两个奇数结点，根据程序步最少判别定理2(一笔画定理)可知气割机器人能 不重复的走遍所有的下料轨迹，所以能量消耗最少。
1)、绘出气割机器人能量消耗最少的运行轨迹，并说明理论根据。

解：气割机器人能量消耗最少的运行轨迹如图所示。因为原下料尺寸只有 两个奇数结点，根据程序步最少判别定理2(一笔画定理)可知气割机器人能 不重复的走遍所有的下料轨迹，所以能量消耗最少。
专题讲座：
变频调速控制系统在冶金行业中的应用
第 2(14) 讲
山东大学控制科学与工程学院
曾毅
教授
§2—8
“物体运动控制系统的设计方法”与
“恒值运动控制系统的设计方法”应用举例
§2—8 “物体运动控制系统的设计方法” 与“恒值运动控制系统的设计方法”应用举 例

1、恒值控制系统在恒压供水上的应用
§2—8 “物体运动控制系统的设计方法” 与“恒值运动控制系统的设计方法”应用举 例

3、某钢板需要气割机器人（ROBOT）割成如图所示板材，用户要求在 消耗能量最少的情况下，所割成的板材尺寸尽可能的满足生产工艺要求， 试分析所示图形，完成如下对气割机器人驱动控制系统的设计。
1)、绘出气割机器人能量消耗最少的运行轨迹，并说明理论根据。