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摘 要： 【摘要】電力拖動負載模擬器是電力拖動自動控制實驗的重要設備，電力拖動負載模擬系統又是負載模擬的發展方向，所以開展電力拖動負載模擬系統設計十分有必要。本文將圍繞電力拖動負載模擬系統，從三種典型的電力拖動負載，恒轉矩負載、恒功率負載以及風機泵
【摘要】電力拖動負載模擬器是電力拖動自動控制實驗的重要設備，電力拖動負載模擬系統又是負載模擬的發展方向，所以開展電力拖動負載模擬系統設計十分有必要。本文將圍繞電力拖動負載模擬系統，從三種典型的電力拖動負載，恒轉矩負載、恒功率負載以及風機泵類負載，分析三者的特征，然后以磁粉離合器作為負載模擬元件，分析在磁粉離合器下三種典型負載的工作特性，建立磁粉離合器模型，完成利粉離合器加載平臺的開發。
【關鍵詞】電力拖動,典型負載,模擬系統,設計與實現
1機械負載模擬和監控系統介紹
基于PCL為控制器的機械負載模擬和監控系統可以對磁粉離合器實現閉環控制，該負載模擬和控制系統主要由觸摸屏、CANopen通信接口、PLC、CANopen接口的變頻器、電機、磁粉制動器、磁粉制動器控制電源以及光電編碼器組成。在運行過程中，觸摸屏通過以太網和PLC連接，PLC再通過CANopen通信接口與變頻器連接，從而實現對電機轉速、功率以及轉矩的控制與檢測。在此負載模擬和監控系統中，為了計算精確的電機轉速、功率和期望的轉矩，控制電源也發揮了重要的作用。
首先通過PLC輸出模擬控制信號，控制電源在接收后輸出直流電壓，該電壓可以實現對磁粉制動器的控制。而控制電源是處于持續輸出電壓的狀態，開關的頻率很高，因此磁粉制動器也處于持續工作狀態，所以可以得出，磁粉制動器的制動轉矩是和制動器線圈的電壓成正比。
此外，觸摸屏在工作中的作用是設定負載特性曲線，通過以太網和PLC連接后，PLC又通過CANopen接口與變頻器連接，變頻器連著電動機，所以在觸摸屏設置好負載特性后，PLC可以實現對電動機的實時檢測和控制。最后，通過設定的負載特性計算出轉矩和轉速，然后通過轉矩進行PI計算得出所需要的控制模擬信號，該信號輸出到控制電源，控制電源和制動器連接，使得磁粉制動器產生所期望的轉矩。
2PLC軟件設計與實現
上述機械負載模擬和監控系統主要的設備包括PLC、觸摸屏、變頻器和控制電源，而系統的核心設備是PLC，因此主要對基于PLC軟件的設計方案進行研究。
2.1PLC系統配置方案
PLC系統配置由機架模塊、CPU模塊和模擬量輸出模塊構成，CPU模塊上有CANopen總線和Ethernet總線，模擬量輸出模塊上為了提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力，選擇了O-20n~的電流輸出模式。此外，CANopen總線和變頻器相連接。至于機架模塊和總線上的其他設備暫沒有配置。
2.2典型負載模擬系統的控制流程
負載模擬系統的控制流程如下：首先通過以太網實現觸摸屏和PLC的連接，通過CANopen總線實現PLC與變頻器聯網。其次PLC可以從變頻器讀取電動機的轉速、轉矩等參數，從觸摸屏獲取設定好的負載類型和特性曲線等數據。然后根據獲得的電動機轉速、轉矩和設定的負載類型與特性，通過計算得到控制模擬信號，并輸出控制電壓到控制電源。
最后控制電源讀取電機的轉速和所期望的轉矩實現制動器轉矩的獲取，將數據顯示在觸摸屏上。以恒功率負載為例，在獲得該負載特性時，首先從變頻器獲得電動機的轉速n，然后從觸摸屏獲得負載特性參數K，并通過觸摸屏設定好K的取值范圍，在計算控制量時還需要規定13的取值范圍，然后通過公式：輸出模擬控制量=K/n計算得到控制量。并輸出控制電壓到電源，制動器可根據控制量算出所期望的功率。
2.3PLC控制命令
PLC的控制命令包括五個，即讀取電機的轉速、獲取負載類型和特性系數并進行負載特性運算、輸出變頻器控制命令、控制轉矩閉環以及。其中電機轉速讀取是通過變頻器從電機讀取電機的轉速和相對轉矩，然后將電機轉速和相對轉矩以整形變量的形式存儲到單元中，PLC通過CANopen總線獲得相應數據。負載類型和特性系數獲取以及運算命令，以恒功率負載為例，在運算命令時因為負載系數是浮點型變量，所以需要將整型變量一電動機轉速也變為浮點型變量后進行運算�？刂戚敵鲎冾l器命令包括變頻器轉速設定命令和變頻器起停命令。
關于轉矩閉環控制命令，是因為為了實現計算得到的轉矩是符合期望值的，所以在系統中加了磁粉制動器，并加入PI運算實現對轉矩的閉環控制，然后通過轉矩的特性計算得到期望的轉矩。最后關于模擬量輸出命令，是在模擬量模塊上進行的輸出命令，在執行該命令時需要將其中的浮點型變量進行變量類型轉換，變成和模擬量模塊的輸入統一的整型變量。
2.4觸摸屏界面設計
觸摸屏監控界面有兩個功能，第一進行負載類型的選擇和該負載類型特性的設定，第二顯示相應的電機轉速和相對期望轉矩。在負載類型界面有恒功率負載、恒轉矩負載和風機泵類負載，以風機泵類負載為例，在負載類型特性設定與監控界面，電機觸摸屏便可進入到設置界面，界面中包括風機泵類系數的輸入框，轉速輸入框和停止啟動觸摸鍵，另外也實時顯示電機的轉速和相對轉矩。
33種典型負載模擬系統設計實驗結果
在驗證實驗結果時每個負載類型選擇轉速和相對轉矩作為負載系數，根據實驗表明每種負載模擬系統設計符合期望結果，以風機泵類負載特性為例，變頻器采用的是磁通矢量閉環控制，因為閉環控制的實現所以可以得到期望的轉矩，其轉速和轉矩的關系可以用公式：T=K，iq來表示。因為變頻器的轉矩是負載轉矩和空載轉矩的和，所以當空載轉矩不變，而總轉矩減少時，變頻器反饋的轉矩也會減少。
4結語
本文設計了電力拖動典型負載模擬系統，利用磁粉電動器為加載元件，PLC軟件為系統的控制中心，直流發電機為測試元件。在較長的工作狀態下，轉矩會隨著轉速發生變化，而其中的變頻器利用磁通矢量閉環控制可實現穩衡負載。在基于PLC為中心的負載模擬系統和監控系統中，通過PLC設置方案、負載系統的控制流程設定、PLC控制命令以及觸摸屏界面的設計，實現了電力拖動典型負載模擬系統設計，最終的實驗結果符合三種典型負載特性。
【參考文獻】
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