步进电机式调速器频率控制性能分析
PID步进电机的调速
一、PID控制系统PID是比例,积分,微分的缩写。
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。
因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数T ,T i 越小，积分作用就越强。
反之T大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
因此，可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。
此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。
微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID 控制器。
二阶系统数学模型二阶系统方框图如下图所示R(s)E(s)C(s)*0图2-2标准形式二阶系统结构图二阶系统闭环传递函数的标准形式_ C(s) _R(s)(2-1)得出自然频率（或无阻尼振荡频率）(2-2)阻尼比':=^/T TK(2-3)令式（2-1 ）的分母多项式为零，得二阶系统的特征方程s 2 • 2 — n …J =0(2-4)其两个根（闭环极点）为(2-5)显然，二阶系统的时间响应取决于 和二这两个参数。
应当指出对于结构和功用不同的二阶系统，•和*冷的物理含意是不同的 si、2三、PID 调速系统数学模型PID 控制系统是一种线性控制系统。
在连续控制系统中，用输出量c(t)和给定量r(t)之间的误差时间函数的比例、积分、微分线性组合构成控制量 u(t)。
步进电机转速调节的方法
步进电机转速调节的方法
工程师在依据负载，力矩等选好步进电机和驱动器的型号后，在详细应用中，还涉及到步进电机的转速这一参数的确定和设置。
建议通过调整输入驱动器的脉冲频率以及驱动器的细分参数来达到调整步进电机转速的作用。
其实就是掌握单位时间内步进电机的步数。
常规调整步进电机转速的方法分为以下几种：
一、换向器电机调速
优点：①具有沟通同步电机结构简洁和直流电机良好的调速性能; ②低速时用电源电压、高速时用步进电机反电势自然换流，运行牢靠;
③无附加转差损耗，效率高，适用于高速大容量同步电机的启动和调速。
缺点：过载力量较低，原有电机的容量不能充分发挥。
二、定子调压调速
优点：①线路简洁，装置体积小，价格廉价; ②使用、修理便利。
缺点：①调速过程中增加转差损耗，此损耗使转子发热，效率较低; ②调速范围比较小; ③要求采纳高转差电机，比如特别设计的力矩电机，所以特性较软，一般适用于55kW以下的异步电机。
三、转子串电阻调速
优点：①技术要求较低，易于把握; ②设备费用低; ③无电磁谐波干扰。
缺点：①串铸铁电阻只能进行有级调速。
若用液体电阻进行无级调速，则维护、保养要求较高; ②调速过程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率低。
③调速范围不大。
四、电磁转差离合器调速
优点：①结构简洁，掌握装置容量小，价值廉价; ②运行牢靠，修理简单; ③无谐波干扰。
缺点：①速度损失大，由于电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同步转速的80%～90%;
②调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。
探讨电机调速的方法与性能
探讨电机调速的方法与性能摘要：电机调速是一种常见的工作方式，对于变频调速系统具有调速范围宽，精度高等优点而被广泛的应用于各行各业。
但在其变频调速的过程中也会出现实际运行中所不允许的现象出现，如何更好的防止出现这种状态，本文并通过具体适用的过程对其中的问题进行探讨。
关键词：电机调速；变频转速由电机学理论可知，异步电动机的转速公式为：式中1异步电动机的供电频率，P为极对数，S为转差率。
根据上式我们可以得知异步电动机的调速原理可分为变频，变极，变转差率。
由于变极调速只是有级的调速。
转差率的调速是损耗功率，因此在这三种调速，变频调速适用效率高。
这就是变频调速的提出。
那么在变频调速的过程中我们又会碰到一些什么问题呢？一、电机不能正常运转的原因在一些电动机铭牌上我们都可以看到各项额定值如：供电电源频率、额定工作电压，额定工作电流、额定输出功率、额定输出转速以及满载时的功率因数等一些重要参数。
这些参数都是被作为电动机正常运行时的重要依据。
如只改变变频调速状态时，电动机铭牌上参数就会发生变化。
电动机也就不能正常运行。
为什么会这样啊？下面就来分析一下吧：首先分析工作频率向下调的情况，这样就会引起主磁路上磁通饱和，励磁电流那么急剧升高，使得定子铁心损耗急剧加大。
这样就会使电动机动的输出功率下降，这样调频后输出功率也就不是额定功率值了，按照铭牌值所选择的机械负载也就达不到其应用的要求了。
这是问题之一。
第二分析工作频率向上调的情况，这样电动机的负载能力也降低，对一定的负载会因拖不动而堵转。
而电动机一些铭牌值也发生了变化。
这又是问题之二。
这两种情况在实际运行中是都所不允许的。
由此可知，如只改变频率也不能正常调速，而在许多情况下，在调节定子频率的同时也调节定子电压，通过改变电压和频率配合，而实现不同类型的调频调速。
上面对变频调速原理所出现的问题过程状态进行了分析研究。
而在具体的应用上变频调速也会碰到一些实际的情况。
比方，一类型的风机根本参数点为：转速为1170r/min，升压为39.2KPa，流量为99.5m3/min，厂家给本风机配套电动机功率为4极90KW，传动方式为皮带传动。
步进电机的转速与脉冲频率
步进电机的转速与脉冲频率步进电机的转速与脉冲频率一、控制脉冲频率高，此时转子的加速度小于步进电机定子旋转磁场的速度。
在步进电机供电电源设计好后，定子线圈冲电时间常数基本是固定的，假设时间常数是0、02S（0、02S充电到最大值的63%），如果步进电机接受的脉冲周期大于0、04S(占空比为50%，频率小于25HZ),定子线圈即可以获得足够的能量产生足够带动转子的力矩。
如果脉冲频率过高，比如50HZ（占空比为50%，脉冲周期大于0、02S），定子线圈获得的充电时间才0、01S，少了一半的充电时间，产生的力矩就减少了很多，致使转子跟不上定子旋转磁场的速度，每一步都落后于应该到达的平衡位置，并且距离平衡位置越来越远。
积累下来的结果就造成了失步、当然50HZ的频率太小了，本例子只是为了便于说明，随意说了一个数解决方法：1、降低脉冲频率，别认为麻烦，调试步进电机大部分是调节脉冲频率的过程2、如果不想因降低频率而造成速度太低，那么加大步进电机供电电流3、减轻电机的负载二、控制脉冲频率低，此时转子的速度高于步进电机定子旋转磁场的速度。
还以上面的0、02S充电时间常数为例，脉冲频率低，定子线圈充电充分，其产生的力矩就大，此时电机的负载如果较轻，转子就会超过应该到达的平衡位置，定子磁场又要拉转子回到平衡位置，同样其在回平衡位置时又会反越过平衡位置而落后于平衡位置，恰恰此时下一个脉冲到来，于是转子只好在落后于平衡位置的地方开始新一轮的步进。
如此循环，同样造成每一步都落后于应该到达的平衡位置，并且距离平衡位置越来越远。
积累下来的结果就造成了失步。
解决方法：1、提高脉冲频率2、不想太高速，那么减小步进电机供电电流。
3，上面两者都不能调节，换力矩小的电机。
伺服电机的说明书上一般都会给出矩频特性图，或是力矩与速的关系表。
从大多品牌步进电机的矩频特性可以看出，步进电机在小于600转/分的速度时，输出力矩是正常的。
超过1000转/分时，力矩急剧下降(当然也有部分电机在1200转/分时，力矩输出正常)、所以将步进电机的最高转速定为600转/分是较为理想的选择。
四相八拍步进电机调速
目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1步进电机的概述 (2)1.1.1 步进电机的特点 (2)1.1.2步进电机的工作原理简述 (2)1.2四相八拍步进电机 (2)1.2.1 四相步进电机工作原理 (2)1.2.2 八拍得工作方式 (4)1.3单片机概述 (4)1.3.1 单片机原理简述 (4)1.3.2 8031单片机 (5)1.4总体方案设计 (5)1.4.1 系统的组成 (5)1.4.2 系统的工作原理 (6)第2章系统软件设计 (6)2.1显示子程序的设计 (7)2.2键盘子程序的设计 (8)2.3正反转程序流程图 (11)2.3.1 正反转程序流程图 (11)2.3.2 转速快慢程序流程图 (14)2.4定时中断流程图 (17)2.5语音报警系统 (19)2.6主程序设计 (20)参考文献 (22)致谢 (23)引言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。
在本设计方案中采用单片机内部的定时器改变脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。
关键词：步进电机，单片机，调速系统第1章绪论1.1 步进电机的概述1.1.1 步进电机的特点1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2）步进电机外表允许的温度高。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
水电厂调速器频繁抽动问题的解决
水电厂调速器频繁抽动问题的解决1背景介绍黄龙滩水力发电厂2号机组装机容量85mW在湖北省电力系统中承担着调峰、调相等重要任务。
水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备之一，它与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。
水轮机调速器还可以与其他自动装置一起完成自动发电控制（AGC、成组控制、按水位调节等任务。
2调速器抽动表现和影响调速器抽动是在机组空载或并网运行工况、自动平衡状态下，导叶接力器等幅或非等幅周期性快速往复移动，严重时动幅较大，其结果影响调速器对机组转速的正常调节，出力波动较大，严重危及机组、电网的安全和稳定运行。
其表现为：调速器主配压阀不停上下抽动，压油装置油泵启动频繁，机组有功功率不能稳定运行在某一给定值，而且一直在波动。
黄龙滩水力发电厂2号机调速器于2009年通过技改将原来的步进电机式调速器更换为新型比例数字式冗余可编程控制水轮机调速器，采用PLC加比例阀和数字阀控制。
2 号机组新调速器在投运后频繁出现抽动现象，机组有功输出忽高忽低，达不到电网稳定运行要求，给电厂安全生产和系统安全运行带来极大隐患。
并且在出现抽动后，调速器只能由伺服比例阀切至数字阀或手动工况运行。
切至手动运行情况下，运行值班人员只能根据调度命令手动调整负荷，在当前自动化水平较高早已实现少人值班无人值守的情况下运行人员根本没有精力一直守在调速器柜旁手动操作；如果切至数字阀控制，由于数字阀控制属于粗调节，不能实现伺服比例阀的精细调节。
在调整过程中调速器压力油管路震动较大，长时间频繁调节容易出现管路固定螺栓松动，甚至更严重的会造成压力油管路破裂。
综上所述，每次当出现调速器抽动时吧，运行和检修维护人员必须赶到现场将调速器切至手动运行。
在机组并网发电工况下对调速器的主配反馈电位器进行更换，待更换完毕通过触摸屏观察主配反馈电位器输出信号稳定后，再切至伺服比例阀自动运行。
由于整个更换过程是在机组并网发电过程中进行的，因此危险性较高，一个小小的差错就可能导致机组事故停机。
浅析步进电机的速度调节方法
浅析步进电机的速度调节方法摘要：随着我国科学技术不断发展，工业化水平不断提高，步进电机作为一种新式的数字电机，在数控机床和自动化设备中的应用愈加广泛。
本文重点提出了几种步进电机的速度调节方法。
包括直线升降法、抛物线升降法、指数曲线升降法，并提出了脉冲频率调节的实用程序，通过对步进电机矩频曲线展开分析，进而提高步进电机的定位精度，提高步进电机的平稳性，提高企业的经济效益。
关键词：步进电机；速度控制；升降频；精度引言随着我国工业化发展进程不断推进，步进电机的应用范围越来越广、功能越来越多，在数控机床中的应用极为广泛。
从步进电机结构特性分析，步进电机转动主要需要三个要素，即方向、转速、转角。
在含硬件硬件的驱动电源中，方向主要取决于方向电平的高低；转角主要取决于控制器步进脉冲数量；转速取决于控制器的脉冲间隔。
从实现方式分析，在步进电机操控过程中，转角操控和方向操控相对比较简单，但转速控制较为困难。
在步进电机运作过程中，如果出现失步或过冲问题会直接影响步进电机的定位精度。
因此，在步进电机应用中，不仅要正确选择步进电机与驱动电源，同时也要对步进电机脉冲频率进行调节，这样才能够提高步进电机的运行精度。
1、进步脉冲调频加强步进电机的速度调节至关重要，也是步进电机控制系统的核心内容。
在步进电机运作中，步进电机产生的频率可调的步进脉冲序列，通过将脉冲序列传送到驱动电源当中，这样就能够控制电机绕组的轮流通电，驱动电机转动。
由于脉冲序列主要受到微处理器影响，因此，可以将其划分为硬件定时和软件延时的控制形式。
1.1硬件定时假设控制器为AT89S52单片机，晶振频率为12MHz，将将AT89S52的T0作为定时器使用,设定T0工作在模式1。
系统程序设定步进电机在固定时间发出不仅脉冲，从而产生相应的脉冲序列，并逐渐形成脉冲序列周期（运行一段时间会逐渐趋于平稳），假设概周期为20 000μs，从而计算出T0相应的定时常数B1EOH。
步进电机的调速控制ppt课件
6) 输入电压U、输入电流I和相数m三项指标与驱 动电源有关。
2. 注意事项
1) 驱动电源的优劣对控制系统的运行影响极 大。
2) 若负载转动惯量较大，则在低频下启动， 再上升到工作频率；停车时从工作频率下 降到适当频率再停车。
3) 在工作过程中，尽量避免由负载突变而引 起的误差。
以Z-80A CPU和PIO配置为例。 1) 由PIO作为驱动电路接口
脉冲经Z-80A的并行I/O接口PIO输出至步进电动机 各相，如图所示。
PIO
A口
A2
C相
A1
B相
A0
A相
图13.7 I/PIO是可编程控制器件。
l 运行程序时，对应存储器单元的内容 送到PIO的A口，使A0、A1、A2依次发 送信号，从而使绕组轮流通电。
4. 分配器输出的脉冲需进行功率放大，才能 驱动步进电动机。
13.2.2 环形分配器
环形分配器软 硬件 件环 环分 形（ 分受 配微 器机 （运直算观速 、度 维限 护制方， 便难 ，以 响满 应足速高 度速较实好时）控制的要求）
1. 硬件环形分配器 如：三相六拍环形
分配器。
1) 主体是三个J-K触发器，输出端Q接功 放线路与三相绕组相连。QA＝1时，A 相通电……
4. 到 t3 时， Ub1为低电平，VT1截止， i ，I＝0。 5. Ub1 由脉冲分配器经几级电流放大获得，U b2 由单稳
定时或定流装置再经脉冲变压器获得。
优点：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。
缺点：大功率管数量多用一倍，增加了驱动电源。
作业： P:361 13.5
13.4 运行特性及注意事项
步进电机调速系统综述
摘要步进电机是一种由脉冲控制转速的执行机构。
其驱动简单，控制精确度高，是日常使用的定位和驱动的工具。
控制好步进电机，可以提高定位的精确性，对日常生产有较大的研究意义和应用前景。
本文采用51单片机作为主控芯片，L297为电机驱动芯片，L298N为步进电机控制芯片，设计了一个步进电机控制系统。
首先介绍了步进电机的转动和控制原理，然后对单片机和驱动芯片做介绍。
然后编写控制系统软件。
最后采用Proteus进行仿真，并对结果进行分析。
关键词：步进电机，单片机，控制系统AbstractStepper motor is controlled by pulse actuators. It is easy to drive and have high control accuracy, and is a tool for daily use of positioning and driver. Making good control of stepping motor, can improve the accuracy of positioning, so the study of daily production has great significance and application prospect.The 51 single chip microcomputer is used as main control chip, L297 and L298N are used for stepper motor control chip, a stepping motor control system is designed. Firstly introduces the rotation of the stepper motor and control principle, and then introduces MCU and driver chip. Then write control system software. Finally uses Proteus simulation, and analyze the results.Key words: step motor, single-chip microcomputer, control system目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)第一章绪论 (5)1.1步进电机简介 (5)1.2步进电机驱动系统 (6)1.3步进电机研究的国内外状况 (6)第二章51单片机原理 (8)2.1 51单片机发展 (8)2.2 51单片机介绍 (8)2.3单片机最小系统 (9)第三章步进电机调速系统电路设计 (11)3.1 L297步进电机控制器 (11)3.2 L298N电机驱动芯片 (13)3.3 显示电路设计 (14)3.3.1 LM016L液晶模块 (14)3.4 按钮 (16)3.5 电源电路 (16)第4章软件设计 (17)4.1 主程序设计 (17)4.2 速度运算子程序 (18)4.3 显示子程序 (18)第五章Proteus仿真 (20)5.1 Proteus简介 (20)5.2 Proteus仿真 (20)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (28)第一章绪论1.1步进电机简介步进电机是一种由脉冲控制转速的执行机构。
探讨电机调速的方法与性能
探讨电机调速的方法与性能摘要：随着国家经济的不断发展和科学技术的不断提高，工业领域也得到发展壮大，工业设备更是不断被开发和完善。
对于电机调试而言，是工业机械生产中广泛存在的一种工业技术，其调速方法多种多样，性能特点更是不同。
本文就电机的调速方法与性能进行了以下的探讨。
关键词：电机调速方法性能在今天的工业行业中，在电能的生产、变换、传输和使用控制等工程中都需要运用电机，电机作为能量转换的一种机电设备，其各种调速方式和性能更是需要加以认识和了解，在不断发展的今天，电机的各种调速方式更是顺应了社会的发展。
1、电机调速系统的应用发展和应用在我国工业长期的发展中，直流电机调速系统在调速领域一直占据着重要的地位，其原因正是因为直流电动机在调速方面显得更为便利，在固定磁场的影响下，直流电机的转速和电枢电压呈正比关系，因此也能更好地控制直流电机的转矩。
可见直流电动机在调速方面拥有姣好的动态特性，但由于直流电动机的构造复杂、制造方面太花时间、价格较贵、运行可靠性差等特点，直流电动机也因此开始无法适应社会发展的需求。
交流电动机中一个典型的代表就是鼠笼型异步电动机，鼠笼型异步电动机自身具备结构简便、易制造、价格便宜、性能好、运行可靠等优点，能够适应恶性环境，因此在农业和工业中得到了广泛的应用。
然而，在调速方面，交流电动机的调速方式较为复杂，难度也较大，在传统的操作上一般采用绕线式异步电动机转子串电阻运行的方法和鼠笼型异步电动机变极调速的方法。
后来在30年代提出了串级调速的方法，然而由于串级调速的系统结构较为复杂，控制操作方面不容易进行。
到了50年代的中期，晶闸管被得以开发和研究，这也让电力电子技术开始兴起和发展，交流电机调速也开始有了新的发展方向。
60年代初期，静止变压变频器被提出，并由于实用和高效的特点得到了广泛应用。
然而变频器的成本较高，控制系统的要求也较为复杂，这也让其难以与直流电动机进行竞争。
到了70年代中期，能源危机开始出现在了全球各个地区范围，能源节约开始得到了更多人的注重，电机调速作为节约能源的一种有效措施，在这之中也受到了较多的重视和关注，调速装置开始得到大力的应用和发展，交流电动机的调速技术也因此有了更为快速的发展和开发。
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步进 电机 式调 速 器 频 率控 制 性 能 分析
周 彬 黄 岷 江 吴 缙 （国网 电力科学 研究 院／南京 南瑞集 团公 司 ，江苏 南京 ２１０００３） 摘 要 ：介 绍 了步进 电机 式调 速器 的控制 原理 及 系统 结构 ，建立 了仿 真模 型 ，并 对 其频 率 控 制性 能 进 行 了仿 真 分 析 ，为 同类 调 速 器 产 品 的设计 提供 了参 考 。 关键 词 ：调速 器 ；主 配压 阀 ；频 率控 制 ；仿 真建 模
控 制 获 得输 入 信 号 的 微 分 ，积 分 控 制 获 得 输 入 信 号 的 积 分 ，三
者 一般 采用 并联 组 合 方 式 ，即 信 号 相 加 。所 以 连 续 系 统 ＰＩＤ 控
制 算 法 的 时 域 表 达 式 为 ：
ｒ，
．】 ， ．、
３，ｍ（ 一 ＫＰｅ（ ）十ＫｌＩ ｅ（ｒ Nhomakorabeaｄｒ十Ｋｄ
１ 控 制 原 理
械 执行 机 构 连接 的关 键元 件 ，它 将 电 机 的 转 矩 和转 角 转 换 成 为 具有一定操 作 力 的 位移 输 出，并 具 有 断 电 自动复 中的 功 能 。 电一机转换机构的位移输 出通 过 引导 阀推 动 主配压 阀 阀芯 动 作 ，以 实现 对 水 轮发 电机 组 接 力 器 的 控 制 。主 配 压 阀具 有 掉 电 复 中功 能 ，在 外 部 电 源 意 外 消 失 时 ，主 配 压 阀 阀 芯 自动 回 复 至 中位 ，不会 造成 水 轮 发 电 机 组 运 行 不 稳 定 和 出力 波 动 ；在 出 现 意 外 时 ，通 过 紧 急停 机 电磁 阀控 制 主 配 压 阀 阀 芯 向关 闭 方 向 动 作 ，以 实 现 紧 急 停 机 。 ３ 系统 建 模
从 水 轮 发 电机 组 调 节 工 况 看 ，在 空 载 工 况 下 ，调 速 器 调 节 并 维 持 机 组 频 率 在 额 定 频 率 附 近 ，在 投 入 频 率 跟 踪 功 能 后 ，能 跟 踪 电 网频 率 ，使 得 被 控 机 组 尽 快 同 期 并 入 电 网 运 行 ，进 入 发 电Ｔ 况 。进 入 发 电工 况 后 调 速 器 作 为 整 个 电 网 的频 率 调 节 器 ，
电液随动系统即液压 执行 机构 ，其 接 收调速 器 电气信 号 ， 驱动伺服阀 ，产生操作力推动导水 机构 ，使 导叶 开大或关 小 ，从 而 调 整 水 流 流 量 。 电 液 随 动 系 统 采 取 两 级 放 大 方 式 ，分 别 为 引
执 行 机 构 组 成 。
导 阀 一 辅 助 接 力 器 部 分 （第 一 级 放 大 ）和 主 配 压 阀一 主 接 力 器
电 气 控 制 装 置 采 用 贝加 莱 系 列 可 编程 控 制 器 ＰＣＣ２００５，输 部 分 （第 二 级 放 大 ）［５］。把 两个 部 分 作 为 一 个 整 体 进 行 考 虑 时 ，
Ｏ 引言
我 国的额定 电网频率为 ５０ Ｈｚ，偏差 要小于 ０．２ Ｈｚ，电力系 统 负 荷 的不 断 变化 会 导 致 电 网频 率 的 波 动 。水 力 发 电 厂 通 过 引 水 管 道 把水 的势 能 转 变 为 水 轮 机 转 动 的 机 械 能 ，发 电机 将 水 轮 机 的机 械能 转 变 为 电能 。水轮 发 电机 组 调 速器 根 据 电 网 频 率 变 化 ，调 节 水 轮发 电机 组 的输 出 功 率 ，维 持 机 组 转 速 在 额 定 转 速 的 规定 范 围 内 ，这就 是 水轮 发 电 机 组调 速 器 的基 本 功 能 。
完 成一 次调 频 任 务 。 当机 组 由发 电 工况 转 向空 载 工 况 时 ，调 速
图 １ 电 气 系统 模 型 框 图
器 迅 速 减 去 负 荷 ，稳 定 机 组转 速在 额 定频 率 附 近 。
３．２ 机 械 液 压 系统 建模
２ 系统 结构 步 进 电 机式 水 轮 发 电机 组 调 速 器 由 电 气 控 制 装 置 和 机 械
Ｊ ０
Ｕ ￡
（１）
式 中 ， ＰＬＤ（ ）为 ＰＩＤ 控 制 器 的 输 出 信 号 ；Ｋ 、Ｋｔ、Ｋ。分 别 为 比
例 、积分 、微 分 增 益 ； （ ）为 输 入 的 频 率 偏 差 信 号 。
图 １为 步 进 电机 式 调 速 器 电气 系 统 模 型 框 图 。
一Ｌ— 互卜＿Ｊ
３．１ 电气 系统 建 模
调 速 器 Ｐ１Ｄ 调 节 仿 真 模 型 中 ＰＩＤ 控 制 就 是 ３种 基 本 控
制—— 比例控制 （Ｐ）、积分控 制 （Ｉ）和 微分控 制 （Ｄ）组 合而 成的 一 种 综 合 控 制 ］。 比例 控 制 实 现 信 号 成 比例 放 大 的 功 能 ，微 分
水 轮 发 电机 组 调 速 器 通 过 电液 转 换 器 驱 动 液 压 随 动 系统 ， 液 压 系 统通 过导 叶接 力 器 控 制 压 力 引 水 系 统 ］。其 工 作 原 理 如下 ：调速器采集机组 的转 速信号 与给定 频率 比较 ，计算 出偏 差 值 ，根 据 偏 差 值 的 大 小 及 变 化 趋 势 计 算 并 输 出 控 制 信 号 ，实 现 对 水 轮 发 电机 组 液 压部 分 的控 制 。 电 气 控 制 部 分 包 括 比例 、 微分 、积分环节 ，比例环 节的作用 是对 输入 频差信 号进 行线性 放 大 ，实 现 频 率 信 号 到 开 度 信 号 的 线 性 转 换 ；微 分 环 节 的 作 用 是产生频率偏 差信 号 的微分 值 ，获 得频 率偏 差 信号 的变 化 趋 势 ，防止调节过度 ；积 分环节 的作用 是计算 频差信 号变 化 的积 分值 ，减 少或 消除控制系统 的静 态偏差 ３］。电液转 换器将控 制 信 号 放 大 ，产 生相 应 方 向 、满 足 导 叶 接 力 器 流 量 要 求 的 液 压 信 号 ，控 制 接 力 器 的开 启 或 关 闭 ，从 而控 制 水 轮 发 电机 组 。