机床大讲堂第84讲：基于LabVIEW的电闭环多传动系统设计（上）

机床大讲堂第84讲：基于LabVIEW的电闭环多传动系统设
计（上）
基于LabVIEW的电闭环多传动系统设计（上）
导读设计了基于LabVIEW软件开发平台的电闭环能量反馈测试变速箱控制系统。

利用西门子公司S120变频驱动模块，采用共直流母线的电闭环能量反馈系统，通过profibus总线S7-300 PLC与S120进行数据交流，同时PLC进行转矩转速采集速度/转矩信号，进行PID 闭环控制，将输出量控制S120逆变模块，达到精确控制转速/转矩。

同时S7-300高速串口模块与上位机LabVIEW软件系统通讯进行数据交换。

通过试验系统的成功运行，证明了此系统的控制可行性，通过电闭环控制方式可大幅提供电能的利用，为以后的传动控制系统试验具有一定的指导意义。

变速箱是汽车传动系统的组成之一。

汽车的实际使用情况非常复杂，如起步、怠速停车、低速或高速行驶、加速、减速、爬坡和倒车等，从而使得汽车的驱动力和车速在很大的范围内变化。

但由于其本身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮变速箱容易受到损害和出现故障。

随着汽车的日益普及，变速箱的故障和失效给人们带来的影响也越来越大。

因此变速箱系统的测试也变得尤为重要，尤其是变速箱系统的疲劳寿命试验。

基于综上所述，本文提出了采用电能能量反馈循环的方式搭建变速箱检测控制系统，通过采用西门子S120变频单元，采用整流与逆变分开，所有逆变模块通过共用直流母线方式连接在整流单元上，中央CPU总体控制电能的分配和反馈循环利用，从而大大的节约了电能，对于长时间的疲劳寿命试验是相当有价值意义的。

同时通过西门子S7-300 PLC系统通过采集来的转矩/转速信号进行反馈，构成全闭环的
PID控制，从而达到精确控制转速/转矩目的。

同时采用图形化的LabVIEW软件对其进行上位机开发，可以方便地处理和显示各种传感数据及报表的生成。

1机械结构测试系统
机械结构原理如图1所示。

该试验台采用陪试减速器的方法，达到输出的最佳适配性。

并增加了输入的增速装置，输入输出的转速与转矩由转速转矩仪测量，疲劳试验需长时间运转，故配有变速器油的冷却系统。

试验台的电闭环部分：它是试验台的最终执行机构，它的作用是对被测试的汽车变速器进行加载和对被测试的变速器进行驱动，并对相应的转速和加载扭矩进行适度调整，以模拟汽车变速器的各个实际工况。

它由两台功率大的电机和试验台架组成。

由于电机性能的优劣直接影响整个测控系统，因而在试验台的设计中选用了精度更高性能更稳定的交流变频电机，该电机功率较大，并且能输出足够高精度的转速和扭矩，可以较好的模拟试验台的实际工况。

2变速箱电气控制系统
测试系统电气控制原理图如图2所示。

S120变频驱动系统通过自身特有高速通讯协议DRIVE-CLIQ将整流单元以及逆变单元连接到中央控制SU320-CPU中，中控CPU可以控制直流母线电压，以及能将处于发电机模式产生的电能反馈到电网上供给直流母线其它电动机模式的逆变模块的利用，从而大幅节约整体系统的电能，逆变单元能控制所输出电机的转速和转矩。

同时S120中控CPU通过profibus网络可与S7-300 PLC进行高速外界数据交换，进行全闭环的控制。

S120变频系统，在大功率试验时对周边其它控制系统具有比较大的影响，尤其是其产生的高次谐波的作用，因此在进行实际操作前必须对其进行组态测试和仿真分析，对电缆、滤波器和电抗器的选择，以使系统正常稳定可靠地运行;利用西门子SIZER软件可方便实现对S120系统进行组态和分析仿真整个系统的组成。

一般一个组态步骤过程可分为以下几个部分：
(1)对电网进线进行组态;
(2)电机和减速器的设计计算;
(3)传动部件的组态;
(4)电抗、滤波器和电缆等的附件选型。

通过系统组态，我们将能得到详细的S120元器件清单;系统技术数据;特性曲线;电网谐波畸变曲线。

S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品。

其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。

由于其自身强大的FB41连续模拟控制PID控制功能块，即可实现将控制器用作PID固定设定值控制器、或者在多回路控制中用做级联、混合比率控制器。

其可以在手动模式和自动模式之间切换。

在手动模式下，可调节变量被修正到手动选择的数值。

积分器(INT)内部被设置成LMN-LMN_P-DISV，而微分单元(DIF)被设置成0，这些都是自动在内部进行匹配的。

这样，切换到自动模式就不会导致调节值的突然变化。

未完待续，下期放送
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