CN112054738A

CN112054738A - 一种自动调节式变频控制器

Info

Publication number: CN112054738A
Application number: CN202010938561.1A
Authority: CN
Inventors: 苏恒
Original assignee: Fuan Gaobote Motor Technology Co ltd
Current assignee: Fuan Gaobote Motor Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2040-09-09
Also published as: CN112054738B

Abstract

本发明涉及一种自动调节式变频控制器，包括变频控制器和调节器，所述变频控制器连接电机，以对电机进行调速，所述调节器的输入端连接第三方机构，输出端连接变频控制器，以在变频控制器使用前，通过调节器学习产品的运行轨迹，所述变频控制器记录下调节器数据，并基于调节器数据的变化，通过计算，调整系统运行过程中的转速，用于驱动电机。该变频控制器不仅有利于提高控制精度，而且实现简单，成本低。

Description

一种自动调节式变频控制器

技术领域

本发明属于变频调速技术领域，具体涉及一种自动调节式变频控制器。

背景技术

在现有技术中，采用变频器对交流电机调速主要有三种方法：

1）变频控制器上带有一个电位计，手动调整电位计，可以人为调整电机的转速，这种方式对单一的转速较为实用，是一个开环驱动系统，其控制原理如图1所示。

2）对于交流电动机在特定的情况下需由一种转速向另一种转速变化的，再编一个固定的程序驱动，更佳的，给这个系统配置各种传感器及开关，通过传感器与开关的数据传输，对交流电机进行调速。这种情况属于简单的调速，受变频器芯片内存的限制，无法进行实时采集计算与控制，且成本也比较高，是一种局部的半闭环的驱动系统，其控制原理如图2所示。

3）第3种方法是第2种方法的升级，通过各种传感器的数据，根据设备的运行情况不断的变速，用工控机或单片机给变频器传输信号，驱动变频器，进而驱动电机调速。这种方法可以设计成比较完善的控制方案，但实现复杂，成本高，难以用在普通的产品中，是一种闭环的驱动系统，其控制原理如图3所示。

综上，简单的开环调速系统，程序固定，满足不了自适应控制和智能化的要求；闭环的系统复杂，成本高，只适用于特殊的设备上，不利于市场推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调节式变频控制器，该变频控制器不仅有利于提高控制精度，而且实现简单，成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自动调节式变频控制器，包括变频控制器和调节器，所述变频控制器连接电机，以对电机进行调速，所述调节器的输入端连接第三方机构，输出端连接变频控制器，以在变频控制器使用前，通过调节器学习产品的运行轨迹，所述变频控制器记录下调节器数据，并基于调节器数据的变化，通过计算，调整系统运行过程中的转速，用于驱动电机。

进一步地，所述调节器为电位计、霍尔传感器中的一种或几种的组合。

进一步地，所述调节器传送到变频控制器的信号为电压信号、电流信号或脉冲信号。

进一步地，所述变频控制器上设有显示面板，以通过显示面板输入需求的参数，参与计算。

进一步地，所述变频控制器上设有控制开关，用于学习的开始、终止以及运行过程的控制。

进一步地，所述变频控制器上设有指示灯，用于学习、运行过程的指示。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种自动调节式变频控制器，该变频控制器硬件系统简单，具备一定的智能化，在提高控制精度的同时，兼具有安装方便、实现成本低等优点。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是现有技术中采用变频器对电机调速的第1种方法的控制原理图。

图2是现有技术中采用变频器对电机调速的第2种方法的控制原理图。

图3是现有技术中采用变频器对电机调速的第3种方法的控制原理图。

图4是本发明实施例的控制原理图。

图5是本发明实施例中以霍尔传感器为调节器的原理图。

图6是本发明实施例中调节器与第三方机构的运行示意图。

图7是本发明实施例中调节器与第三方机构的运行轨迹数学模型图。

图8是本发明实施例中霍尔调节器输出电压V与转动角度的关系曲线图。

图9是本发明实施例中变频控制器学习数据形成的U/n曲线图。

图10是本发明实施例中变频控制器的标准U/n驱动曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图4所示，本发明提供了一种自动调节式变频控制器，包括变频控制器和调节器，所述变频控制器连接电机，以对电机进行调速，所述调节器的输入端连接第三方机构，输出端连接变频控制器。在变频控制器使用前，第三方机构驱动调节器，通过调节器学习产品的运行轨迹，所述变频控制器记录下调节器数据，并基于调节器数据的变化，通过计算，调整系统运行过程中的转速，用于驱动电机。

所述变频控制器上除了有通用驱动程序外，还有学习程序，带自动编程的控制程序。在使用之前，对与第三方机构相连的调节器运行数据进行学习，变频控制器不断读取调节器的数据，直到一个运行周期结束。根据读取的数据自动计算，修正校核、编程，形成这个驱动调速系统的唯一运行程序，以此来驱动电机。

其中，所述调节器为电位计、霍尔传感器中的一种或几种的组合。所述调节器传送到变频控制器的信号为电压信号、电流信号或脉冲信号。

所述变频控制器上设有显示面板，以通过显示面板输入需求的参数，参与计算。所述变频控制器上设有控制开关，用于学习的开始、终止以及运行过程的控制。所变频控制器上设有指示灯，用于学习、运行过程的指示。

与变频控制器相连接的调节器，与第三方机构对接，以通过第三方机构驱动调节器，进而驱动变频控制器对电机调速。下面以霍尔传感器为调节器进行说明，但本发明的保护范围不限于此。

霍尔调节器为非接触式调节器，不受有刷调节器由于磨损造成的寿命问题。如图5的调节器，把磁铁安装在第三方机构上，随着机构的转动，霍尔元件检测到磁场角度的变化，霍尔元件传出的电压经信号处理、电路放大、滤波、平移以及限幅等处理后形成一种位置电压信号，随机构角度变化的电压信号就可传输到变频控制器。当霍尔元件周围的磁场方向发生变化，由霍尔效应可知，电流与外加磁场方向垂直时，霍尔元件在垂直于电流和磁场的侧面产生霍尔电压。

式中：U _H为霍尔电压；K _H为霍尔灵敏度；B 为磁感应强度；I 为工作电流；d为半导体基片的厚度；φ 为电流方向与磁力线夹角，转角成比例关系。由上式可知，当磁场均匀且电流稳定时，霍尔电压仅与转角有关，选取合适转角范围即可得到理想的电压、转角线性关系，当角度需要扩大时，可以对线性度进行修正。

下面以如图6的实施例只陈述一种学习方案，但本发明的保护范围不限于此。霍尔调节器的初始位置就是移动机构在（1）的位置，电机不动。移动机构往左移动到达（2）的位置（最左的位置），驱动连杆，带动霍尔调节器的输出轴转动，转动的角度α，这时霍尔调节器输出电压传送到变频控制器，驱动电机；当移动机构往右移动到达（3）的位置（最右的位置），驱动连杆，带动霍尔调节器的输出轴转动，转动的角度β，这时霍尔调节器输出电压传送到变频控制器，驱动电机。

以上是该学习方案的基本工作思路。具体要求，假设：当移动机构在（1）位置时，电机转速为0，往左移动时，电机顺时针运行，转速快速上升到3500RPM再均匀的变化到2500RPM，反程时，电机转速从2500RPM变化到3500RPM，到达（1）位置时，电机转速为0，这个过程转速的变化与移动机构的位移成比例，除了启动与停止的一小段缓冲区除外。当移动机构从（1）位置往右移动时，电机逆时针运行，转速从2000RPM变化到2500RPM，反程时，转速从2500RPM变化到2000RPM，到达（1）位置时，电机转速为0。这种方案以往的实际应用中会出现下面问题。

问题一：当移动机构在（1）位置，不同设备不一致，从（1）位置移动到（2）位置，移动到（3）位置，不同设备不一致。造成霍尔调节器的输出轴转动角度α、β均不同。

问题二：霍尔调节器的安装位置差异，造成转动角度α、β不同。

问题三：霍尔调节器的初始状态位置无法确定，大约在中间位置。

解决以上三个问题，要求每台设备的这些参数调到一致是非常困难的事情。从上面的结论是，霍尔调节器的转动角度与变频控制器的输出转速是比例关系，这种关系是严格的。而霍尔调节器的输出轴转动角度α、β不一致，初始状态的中间位置不是中间值，使得电机的转速无法控制，达不到设计的要求。

解决问题的一种新方案就是用变频器控制器对调节器与第三方机构运行轨迹进行学习，让不确定的参数，变成具有唯一性的确定参数。经过学习、计算、校核、自动编程，就能按要求驱动电机。首先，对于单一的设备，霍尔调节器，第三方机构都要固定好，霍尔调节器的输出轴转动角度α、β就不会变化，是一个定值，调节器的初始位置处于中间的大约位置即可，比较好安装。其次，变频器控制器开始学习过程：启动变频器上的微动开关，使变频控制器处于学习状态，随着第三方机构的运行，调节器随第三方机构工作，变频控制器不断读取调节器的输出电压，直到一个运行周期结束。按一下变频器上的微动开关，学习结束。变频控制器对读取数据进行计算、校核，自动编程使得变频器处于运行状态。这时第三方机构的运行时就可以按要求驱动电机。准确调速、运行。这个过程，指示灯显示运行过程的各种状态。

为了解决第三方机构的移动机构位移数据与变频器输出转速相匹配，达到完成设计目标的任务，需要解决以下几个关系：

1、第三方机构的移动机构位移数值与霍尔调节器转动角度的线性关系。

2、霍尔调节器的转动角度与霍尔调节器输出电压的线性关系。

3、霍尔调节器输出电压与变频器输入电压的一致关系。

4、变频器输入控制电压与变频器输出转速的线性关系。

关系1：为了方便说明第三方机构位移数值与调节器转动角度运行过程各种参数变化，建立数学模型，如图7。图中，连杆CH以H为支点，逆时针旋转α角度，到AH位置，相对应连杆CG移动到AF位置。把这些关系列于表中，并加于计算，修正校核。如表1，第三方机构的移动机构在不同位置的位移数值，可以计算出霍尔调节器实际的转动角度，从表中可以看出实际的转动角度α与移动机构位移数值FG是不成比例的，这样，霍尔调节器用这样角度传送的电压给变频控制器，用于驱动电机，其转速是达不到要求的。因此需要对角度进行修正校核，使之与移动机构位移数值FG成比例。表中，在α角区域，30°内，取11个点，通过实际转动角度α，计算出移动机构的位移数值，再对11个点的转动角度α进行修正。使之与移动机构的位移数值进成比例，这样就可以进行修正操作。假设移动机构的位移数值为5，得到实际的转动角度为2.881，修正后的数值为3.192，这样就可以满足要求。为了提高精度，可以对工作点的进行扩展，计算出很多工作点的参数，得到转动角度数值更精确。以上验证α角区域数据，同理β角区域的数据也用相类似的数学模型加以验证。

关系2：前面已经认证过，霍尔调节器的转动角度与霍尔调节器输出电压是线性关系，如图8。

关系3：霍尔调节器输出电压与变频器控制器输入电压的一致关系，为了方便说明问题，把关系2、关系4加入到关系3中一起陈述。按上述学习方案的要求，图9中，变频控制器的标准U/n驱动曲线，转速从2500PM调到3500RPM，变频控制器输入电压需要从3.125V变到4.375V。在α角区域霍尔调节器输出电压为1.720V变到2.607V，这样就使得霍尔调节器输出电压与变频器控制器输入电压不一致，电机无法得到应有的转速，因此需要对霍尔调节器输出电压进行修正校核。在图9的坐标上建立数学模型，对各个参数计算，如表2，对11个工作点进行计算，要求达到转速PN，霍尔调节器输出电压值CN明显低于按标准U/n驱动曲线，用转速PN计算输出电压值GN，经过计算修正校核，霍尔调节器输出电压修正计算值GN与按标准U/n驱动曲线，用转速PN计算输出电压值GN的数值相一致，解决霍尔调节器输出电压与变频器控制器输入电压的一致关系。同理，β角区域的数据校核也用相类似的数学模型加以解决。

表1

表2

关系4：变频器控制器输入控制电压与输出转速关系公式：n = k*U。

式中：n为转速；k为转速的斜率系数；U为调节器输出电压（变频控制器输入控制电压），n与U是一个线性关系。如图10。

以上变频控制器经过两次计算，两次校核、计算解决移动机构的位移数值与变频控制器输出转速的线性关系，很好的解决电机的调速问题。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种自动调节式变频控制器，其特征在于，包括变频控制器和调节器，所述变频控制器连接电机，以对电机进行调速，所述调节器的输入端连接第三方机构，输出端连接变频控制器，以在变频控制器使用前，通过调节器学习产品的运行轨迹，所述变频控制器记录下调节器数据，并基于调节器数据的变化，通过计算，调整系统运行过程中的转速，用于驱动电机。

2.根据权利要求1所述的一种自动调节式变频控制器，其特征在于，所述调节器为电位计、霍尔传感器中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种自动调节式变频控制器，其特征在于，所述调节器传送到变频控制器的信号为电压信号、电流信号或脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的一种自动调节式变频控制器，其特征在于，所述变频控制器上设有显示面板，以通过显示面板输入需求的参数，参与计算。

5.根据权利要求1所述的一种自动调节式变频控制器，其特征在于，所述变频控制器上设有控制开关，用于学习的开始、终止以及运行过程的控制。

6.根据权利要求1所述的一种自动调节式变频控制器，其特征在于，所述变频控制器上设有指示灯，用于学习、运行过程的指示。