4  工藝過(guò)程閉環(huán)控制方式
　 傳統(tǒng)的V/F控制實(shí)際上是一種角速度的控制模式，而閉環(huán)速度控制是通過(guò)對(duì)實(shí)際角速度的檢測(cè)的一種調(diào)節(jié)控制。但是，在現(xiàn)實(shí)的許多應(yīng)用場(chǎng)合，顯然，我們并不只關(guān)心電機(jī)的速度，而可能更多地要關(guān)注生產(chǎn)工藝過(guò)程中的某些被控對(duì)象的參數(shù)測(cè)量值，這些參數(shù)包括：溫度、壓力、流量、液位等信號(hào)。比如，在混配料系統(tǒng)中，我們可能需要關(guān)心某種配料的質(zhì)量或流量，而這個(gè)量卻并不直接與電機(jī)的速度成正比例或反比例關(guān)系，這是工藝閉環(huán)過(guò)程控制與上面所敘述的閉環(huán)速度控制的根本差別，當(dāng)然，工藝過(guò)程閉環(huán)控制也是一種閉環(huán)控制，它關(guān)注的不是速度而是工藝過(guò)程的參數(shù)變量。在諸如這樣的一些應(yīng)用場(chǎng)合，就需要我們采用工藝過(guò)程閉環(huán)控制方式。
　 ● 問(wèn)題3的提出
　 假定有一個(gè)需要進(jìn)行混配料比例控制的用戶，他的配料A和配料B由各自的配料電機(jī)送入配料攪拌筒中進(jìn)行混合均勻攪拌，其中，配料B有生產(chǎn)過(guò)程決定其送料的多少，而配料A需要根據(jù)配料B的變化始終保持在攪拌筒混合料中的比例恒定，如圖2(b)所示?，F(xiàn)要求對(duì)配料A的電機(jī)進(jìn)行變頻控制，以實(shí)現(xiàn)如下具體需求：
　 （1） 配料A的比例可以自由設(shè)定；
　 （2） 既使在配料B的量是變化的時(shí)候，配料A在混料攪拌筒中的比例也要維持在設(shè)定比例。
　 ● 問(wèn)題3的分析
　 首先，用戶對(duì)配料電機(jī)A的控制需求是要根據(jù)配料B的變化始終維持恒定的配料A所占比例的一種閉環(huán)控制方式，這個(gè)反饋信號(hào)是混料筒中的配料A所占的比例信號(hào)，它與電機(jī)的速度無(wú)關(guān)，因此，可以準(zhǔn)確地定位這種控制需求為工藝過(guò)程閉環(huán)控制方式。其次，用戶要求配料比可以在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，為此，需要提供配料A所占比例的設(shè)定手段—電位器給定配料比方式。椐此可以得到如表4所示的需求與對(duì)應(yīng)功能。

表4  工藝過(guò)程閉環(huán)控制方式的功能需求與參數(shù)選擇

　對(duì)比表4與表3，可以看見(jiàn)，他們之間的差異除了控制方式的選擇區(qū)別外，還有一個(gè)最為明顯的差異，那就是表4中作為控制對(duì)象的參考量與反饋值都是生產(chǎn)工藝過(guò)程中的參數(shù)（這樣設(shè)定的參數(shù)與反饋的參數(shù)都更直接表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)，也更加直觀明了），而不再是速度參數(shù)。撇開(kāi)這些表面上的差異，幾乎完全可以用一個(gè)虛擬的閉環(huán)“速度”控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。從這個(gè)意義上講，工藝過(guò)程閉環(huán)控制方式與閉環(huán)速度控制方式在本質(zhì)上是沒(méi)有差異的，它是閉環(huán)速度控制方式的延伸形式與變種應(yīng)用。

5  開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式
　上面介紹的無(wú)論是開(kāi)環(huán)與閉環(huán)速度控制，還是工藝過(guò)程閉環(huán)控制，其實(shí)質(zhì)都還是變頻器的矢量控制技術(shù)的一種應(yīng)用。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以，稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。而轉(zhuǎn)矩控制則是以轉(zhuǎn)矩為中心來(lái)進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制。和矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)單地通過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時(shí)空間矢量理論計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。
　對(duì)交流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)的引入，使得交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性像直流電機(jī)一樣在應(yīng)用中表現(xiàn)的“硬”起來(lái)了，因此，DTC可以說(shuō)是變頻器技術(shù)發(fā)展史上的又一個(gè)里程碑。目前，在丹佛斯VLT2800/5000、ABB ACS6000、愛(ài)默生TD2000等產(chǎn)品中都有直接轉(zhuǎn)矩控制功能。
　開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式就是利用變頻器本身對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出軸轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定控制，這種控制方式可廣泛地應(yīng)用在那些在運(yùn)行過(guò)程中需要保持轉(zhuǎn)矩恒定，不需要改變運(yùn)行方向的場(chǎng)合，諸如：卷繞、擠壓、皮帶輸送等相關(guān)行業(yè)應(yīng)用。
　● 問(wèn)題4的提出
　假定有一個(gè)石料廠的皮帶輸送機(jī)用戶，皮帶輸送機(jī)需要不斷地將從料斗中卸下的片石塊送到破碎機(jī)中進(jìn)行破碎，如圖2(c)所示，用戶想對(duì)這個(gè)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)改造，具體要求如下：
?。?）由于料斗下料的大小、快慢不均勻，致使落在皮帶上的石塊總量不一致，希望即使在皮帶上的石塊較多時(shí)，皮帶也能夠拖的動(dòng)；
?。?）皮帶上的石料多時(shí)，速度可慢些，在皮帶上的石料較少時(shí)，希望皮帶能盡可能快些；
　（3）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供檢測(cè)石塊在皮帶上數(shù)量多少的信號(hào)。
　● 問(wèn)題4的分析
　首先，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供被控對(duì)象的檢測(cè)信號(hào)，可以說(shuō)只能采用開(kāi)環(huán)控制方式；其次，用戶的第②個(gè)需求，實(shí)質(zhì)上就是轉(zhuǎn)矩控制的運(yùn)行特點(diǎn)，而要保證一個(gè)始終穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩（用戶的第①個(gè)要求）就只有采用轉(zhuǎn)矩控制方式，至此，我們可以肯定地說(shuō)這個(gè)案例需要采用開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式。椐此可以得到如表5所示的需求與對(duì)應(yīng)功能。

　表5  開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制方式的功能需求與參數(shù)選擇

　用以上的方法在給一個(gè)90kW電機(jī)調(diào)試后，其表現(xiàn)出以下運(yùn)行特征現(xiàn)象：
　（1）當(dāng)皮帶上的石塊量較少時(shí)，皮帶以較快的速度在運(yùn)轉(zhuǎn)（但不會(huì)超越輸出頻率上限的限定50Hz）；
?。?）當(dāng)皮帶上的石塊量較多時(shí)（接近給定轉(zhuǎn)矩），皮帶運(yùn)行在32Hz～38Hz；
?。?）當(dāng)皮帶上的石塊量很多時(shí)（超越給定轉(zhuǎn)矩），皮帶停止輸送。盡管此時(shí)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，即相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)表現(xiàn)的狀態(tài)，但與通常的堵轉(zhuǎn)有本質(zhì)區(qū)別，在轉(zhuǎn)矩控制方式下，此時(shí)電機(jī)不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)燒壞。

6  速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式
　在開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制案例中，了解到轉(zhuǎn)矩控制的一些特點(diǎn)，那么，如果應(yīng)用場(chǎng)合在既需要保持控制轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定輸出的同時(shí)又需要根據(jù)速度反饋信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，此時(shí)，就要選擇帶速度反饋的轉(zhuǎn)矩控制方式。速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式最適合應(yīng)用在卷繞、抽絲等紡織行業(yè)。在圖2(a)中，如果沒(méi)有張力架，收卷的張力需要依靠在變頻器上進(jìn)行設(shè)定，并且要根據(jù)收卷筒半徑的變化作為反饋來(lái)適時(shí)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和角速度調(diào)整，來(lái)保持卷取切線力的恒定和線速度恒定，而將編碼器信號(hào)作為速度反饋信號(hào)，來(lái)保持角速度的恒定。在圖2(d)中給出了控制結(jié)構(gòu)。按照?qǐng)D2(d)的構(gòu)造，得到表6所示的參數(shù)：

　表6  速度反饋轉(zhuǎn)矩控制方式的參數(shù)選擇

　以上介紹常規(guī)控制方式是變頻器應(yīng)用領(lǐng)域使用最為普遍的方式，約占整個(gè)變頻器應(yīng)用需求市場(chǎng)的70%以上，準(zhǔn)確掌握這些基本控制方式的內(nèi)涵與應(yīng)用技巧，基本上可以勝任變頻器的售前或售后技術(shù)服務(wù)支持工作。但對(duì)于一些特殊應(yīng)用需求的場(chǎng)合，還需要掌握一些專用變頻器的應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)的控制概念以及生產(chǎn)工藝需求。這些比較特殊的應(yīng)用場(chǎng)合一般都需要借助于變頻器廠家針對(duì)各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)的“選件卡”或?qū)Ｓ米冾l器。
　當(dāng)前，由于變頻器行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，各變頻器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谂ふ易约涸谙嚓P(guān)行業(yè)上的專用功能產(chǎn)品的研發(fā)與定位。下面，簡(jiǎn)要介紹幾種在市場(chǎng)上使用比較廣泛的特殊控制方式的概念，詳細(xì)的應(yīng)用方法還需要用戶進(jìn)一步參考相應(yīng)的選件手冊(cè)或說(shuō)明書(shū)。

7  其它特殊應(yīng)用場(chǎng)合的控制方式
　在這里之所以將以下的應(yīng)用場(chǎng)合稱為特殊應(yīng)用場(chǎng)合，是因?yàn)樽冾l器的這些衍生的控制方式是針對(duì)某個(gè)特定的行業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的。撇開(kāi)行業(yè)的特殊性，這些具有特殊控制功能的變頻器本身就是一個(gè)內(nèi)在的、多變量輸入與反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，只不過(guò)這些變量可能不僅有電流參數(shù)，還可能有轉(zhuǎn)矩參數(shù)、計(jì)算速度參數(shù)、計(jì)算功率以及甚至有時(shí)間參數(shù)和空間位置參數(shù)等。
7.1 曳引拖動(dòng)控制方式
　傳統(tǒng)的放卷筒的控制都是采用諸如力矩電機(jī)、剎車(chē)片、磁粉離合器等方式，LG  IS5變頻器的應(yīng)用組參數(shù)APP-33（標(biāo)準(zhǔn)配置，無(wú)須選件）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)諸如需要在正常運(yùn)行過(guò)程中處于力矩控制方式下的發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)收卷電機(jī)僅以一個(gè)恒定的線速度運(yùn)行時(shí)，若系統(tǒng)需要控制張力，可以通過(guò)參數(shù)APP-34來(lái)設(shè)定放卷張力的大小，由放卷電機(jī)來(lái)控制張力。曳引拖動(dòng)控制方式與前面介紹的開(kāi)環(huán)力矩控制方式的區(qū)別在于：
　（1） 曳引拖動(dòng)控制方式正常運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，而開(kāi)環(huán)力矩控制方式則運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)；
?。?） 曳引拖動(dòng)控制方式在受到的外界牽引力小于設(shè)定值時(shí)，它將正向運(yùn)轉(zhuǎn)；反之，反向運(yùn)轉(zhuǎn)；而開(kāi)環(huán)力矩控制方式要么正向運(yùn)轉(zhuǎn)，要么停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
　在一個(gè)收卷與放卷的應(yīng)用中，如果將放卷使用曳引拖動(dòng)控制方式，收卷使用速度閉環(huán)控制，通過(guò)收卷和放卷變頻器的直流母線共享技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)線速度恒定的恒張力控制目的，而且可以達(dá)到最大限度的節(jié)能效益。系統(tǒng)成本低、安裝調(diào)試容易。
7.2 三角波控制方式與擺頻控制方式
7.2.1 LG公司的IS5系列變頻器三角波控制方式介紹
　由于紡織過(guò)程對(duì)紡錘繞線形狀的特殊要求，LG公司的IS5系列變頻器三角波控制功能可以滿足這個(gè)需求，

[NextPage] 它的應(yīng)用組參數(shù)APP-02～APP-07（標(biāo)準(zhǔn)配置，無(wú)須選件）是用來(lái)設(shè)置三角波控制方式的參數(shù)，如表7所示。

表7  三角波控制方式的參數(shù)的設(shè)置

　在圖3(a)中給出了紡錘繞線工藝結(jié)構(gòu)，在圖3(b)中給出了三角波控制方式的參數(shù)APP-02～APP-07與變頻器設(shè)定頻率、實(shí)際輸出運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。
　無(wú)論在圖3(b)中還是在圖3(d)中，只要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整相關(guān)參數(shù)的設(shè)定就完全可以滿足紡織行業(yè)紡錘對(duì)變頻器輸出這種振幅波形的需要。

圖3  三角波與擺頻功能參數(shù)描述圖

7.2.2 Danfoss公司的擺頻選卡擺頻功能介紹
　同樣針對(duì)圖3(a)所示的需求結(jié)構(gòu),通過(guò)在VLT5000系列變頻器中安裝一個(gè)擺頻選件卡,那么,也同樣可以得到

[NextPage]

滿意的控制結(jié)果。圖3(d)中給出了擺頻卡控制方式下的功能參數(shù)P701～P709與變頻器設(shè)定頻率、實(shí)際輸出運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。參數(shù)P701～P709的相應(yīng)功能作用解釋如表8所示。

表8  參數(shù)P701～P709的相應(yīng)功能作用的解釋

　需要注意的時(shí)，擺頻卡的參數(shù)P701～P709只有在參數(shù)P100選擇為開(kāi)環(huán)速度控制方式，同時(shí)，參數(shù)P700選擇為擺頻模式有效時(shí)才起作用。
7.3 定位控制方式與同步控制方式
　在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域通常有定位控制與同步控制兩種，長(zhǎng)期以來(lái)，在精密機(jī)械加工行業(yè)的定位與同步控制都一直是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與伺服驅(qū)動(dòng)器的天下，傳統(tǒng)的變頻器只能望而卻步。今天，可以驚喜地告訴大家，已經(jīng)有很多廠家生產(chǎn)的變頻器，通過(guò)安裝其選件卡就完全可以應(yīng)用在這種行業(yè)了。
7.3.1 定位控制方式簡(jiǎn)介
　（1）圖3(c)顯示了三墾變頻器在機(jī)床加工行業(yè)的定位控制應(yīng)用，它利用IHF變頻器，通過(guò)使用三墾VM05的定位控制（Point to Point控制）功能可以精確地實(shí)現(xiàn)機(jī)加工作業(yè)的定位。
?。?）Danfoss VLT5000系列變頻器，通過(guò)安裝同步定位卡(Programmable SyncPos Motion Controller),也完全可以實(shí)現(xiàn)精確定位功能。不僅需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，同時(shí)還需要對(duì)該控制卡進(jìn)行編程。
7.3.2 同步控制方式簡(jiǎn)介
　如果說(shuō)，在運(yùn)動(dòng)控制中，定位控制追求的是相對(duì)位置或絕對(duì)位置的定位精確性，那么，同步控制追求的就是多主機(jī)的協(xié)調(diào)一致性或主從隨動(dòng)性，它對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能有很高的要求。
Danfoss的同步定位卡（Programmable SyncPos Motion Controller）既可以實(shí)現(xiàn)虛擬主軸（Virtual Master synchronization）方式同步，又可以實(shí)現(xiàn)主從方式同步（Master-Slaver synchronization）,是取代伺服驅(qū)動(dòng)方式的理想方案。更詳細(xì)的控制功能與參數(shù)，請(qǐng)參閱《Danfoss Programmable SyncPos Motion Controller manual》。
　以上僅給出了部分特殊應(yīng)用選件卡功能的簡(jiǎn)單介紹，隨著變頻器的發(fā)展將來(lái)必定會(huì)有更多專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)特殊功能變頻器產(chǎn)品或功能選件卡上市，若有興趣或應(yīng)用需求，可給予關(guān)注、研究。

8  結(jié)束語(yǔ)
　實(shí)際上，作為變頻器應(yīng)用技術(shù)工程師，哪怕一個(gè)參數(shù)都記不住也不可怕，可怕的是不能從應(yīng)用需求的角度去分析對(duì)變頻器功能的歸類(lèi)劃分與整理。只有深入理解變頻器原理、準(zhǔn)確把握參數(shù)概念的功能實(shí)質(zhì)并靈活掌握參數(shù)的組合應(yīng)用技巧，才敢于面對(duì)現(xiàn)實(shí)中各種復(fù)雜的應(yīng)用需求場(chǎng)合，才有可能做到臨場(chǎng)不亂、胸有成竹。