变频器优化控制方法研究与仿真
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ｑ ｅ ｅ ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｓ ｓｅ ｉ ｓａ ｉ ｔ ，ａ ｄ ｃ ｎｒ ｌｐ ｅ ｉ ｏ ｏ ｎ ｄ ａ ｔ ａ ｌ． Ｔ ｅ ｔａ ｉ ｏ ａ ｎ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒｌ ａｇ — ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｓ ｙ ｔ ｍ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ ｎ ｏ ｔ ｒ ｃ ｓ ｎ ｄ ｗ ｒ ｍａｉ ｌ ｏ ｉ ｏ ｉ ｃ ｙ ｈ ｒ ｄｔ ｎ ｌ ｉ ｖ ｒｅ ｏ ｔｏ ｏ ｉ ｌ
这种 单一顺控方式 已经不能满足复杂 现场的需求 ， 当需要 控
自动化控制 当中 ， 着工业 控制 系统 的控制 精度 越来 越高 ， 随 需要变频控制 的系统也 越来越 庞 大 ， 到 电子手表 ， 小 大到核
电 、 工系统 。有 些 领域 还关 系着我 国人 民的 生命 财 产安 化 全。因此 ， 对相关 变频控制技术 的研究 也越来越 深入 。当前 的变频控制技术 主要有顺序控制技 术 ， 统一建模 （ Ｍ ） Ｕ Ｌ 变频
３ 优化 混合 建模 变频 技术
通 常变频器控 制系统 包括六个 子系统 ， 机交互 、 作 人 动
程 控 、 筒温度 控 制、 料 液压 泵 电机控 制 、 障检 测 与报 警控 故 制、 安全保护等 。控制 系统 对各 种程序动 作 、 置 、 间、 位 时 压 力、 推进速度 、 速和温度等多种状态参数 实现控制 ， 转 在对变
ｃ ｎ ｅｓｏ ｙ ｔｍ．Ｉ ｒ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｃｓｏ ｏ ｖ ｒｉｎ ｓ ｓ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒ ｏ ｉ ｒ ｖ ｏ ｔｏ ｅ ｉｉｎ，ｔｅ ａ ｔ ｌ ｕ ｏｗａ ｄ ａ ｒ ｖ ｄ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｆｅ ｕ ｎ ｔ ｈ ｐ ｈ ｒ ｃｅｐ ｔ ｒ ｒ ｎ ｉ ｏ ｅ ｐｉ ａｉ ｒ ｑ ｅ — ｉ ｆ ｍｐ ｍｉ ｏ
方法有效降低了控制算 法复杂程 度， 大幅提高 了控制的精度和准确度。 关键词 ： 时域冲突 ； 有限状态机 ； 卡尔曼滤波
中 图 分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ３９ 文 献标 识 码 ： Ｂ
Ｉ ｖ ｒ ｅ ｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｅｈｏ ｓ ａ ｃ ｎｄ Ｓ ｍ ｕｌｔｏ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｏ ｔｍ ｚ ｔｏ ｎ ｒ ｌＭ ｔ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｉ ａ ｉｎ
数。
系统 的工作 过程 分成合 模 ， 塑 wk.baidu.com 缩 ， 嘴前进 ， 预 倒 喷 注射 ， 保 压， 喷嘴后退 ， 冷却 ， 开模 ， 出 ， 顶 开门 ， 取工件 ， 关门等 １ 个状 ３
ｃ ｏ ｖ ｆ ｒｓ ｓｅ ｃ ｎ ｒ ｌｍｅｈ ｄ ｙ ｃ ｎ ｅ ｅ ｙ ｔｍ ｏ ｔ ｔ ｏ ．Ｔ ｒｕ ｈ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｎ ｔ ｔｔ ｃ ｉ ｅ ｈ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｍｏ ｅｉ ｇｗａ ｌ ｏ ｈ ｏ ｇ ｐ ｌ ｔ ｆ ｉ ｓ ｅｍａ ｈ ｎ ，ｔ ｅ ｃ ｎｒ ｙ ｔ ｍ ｄ ｌ ｓ ｈ ｃ ｏ ｉ ｆ ｅ ａ ｏ ｎ ｂ ｉ ｐ ｔ ｖ ｉ ｅ ｏｎ ｓ ｏ ｅ ｗａ ｏ ｔ ｌｉｆ ｒ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉ ｔ ｎ ａ ｍａ ｌ ｒｗａ ｓ ｄ ｔ ｒ ｖ ｎ ａ ａ ｍｕ ａ ｕ ｌ ｕ ｏ ａ ｏｄ ａ ａ ｐ ｉ ｔ ｎ － ｙ ｃ ｎｒ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｏ ｃ ，ａ ｄ Ｋ ｌ ｎ ｆ ｔ ｓｕ ｅ ｏ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｔ ｔ － ｔ ｒ ｏ ｏ ｌ ｆ ｉ ｅ
频器控制系统进行建模 时 ， 由于 建模方 法 的使用不 当 ， 成 造
了系统建模的复杂度提 高 ， 降低 了控 制系统 的稳定 性 ， 因此 需要对传统的建模方法进行优化 。
３ １ 有 限状 态 机 区域 分 割 技术 ．
２ 变频 器控 制 系统 工作原 理
在变频器控制 系统 中 ， 上位机与下层 控制器之 间通 过 网 络数据包 发送带有 命令 特征 的 ， 系统可 接收 的指令 ， 变 自 改 身工作频 率 ， 得 下层 控 制器对 现 场硬 件进 行 高精 度 的控 使 制， 工作原理如下 ： 首先 ， 当下层变频控制器需要和上位 机完成数据 交换 的 时候 ， 需要得到相互 的指令编号 ， 根据 得到的控 件 Ｉ 完成控 Ｄ， 制通 信。控件 编号获取方法 如下 ：
控制技 术 等 。因 为 其 广 泛 的 应 用 前 景 ， 巨大 的 经 济 前 和 景． 以， ＂“ 所 相关 的变 频控 制算法 成 为众 多学 者研 究 的 目
标 。
作， 而能充分利用动物 以外 的能源与各 种资讯来进 行生产 工
作， 即称为工业 自动 化生产 ， 使工业 能进 行 自动生产 之过 而 程称为工业 自动化 。其 中变频 器被 广泛 的应 用 到工业
ｐ ｅ ｎ ａ ｙ ｔ ａ ｓ ｈ ｎ － ｙ ｌ ｇｃ ｉ ｉｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｏ ｉ ｏ ｉ ｏ ｆ ｃ ｃ ｎ ｒ ｌｌｇ ｃ ｄ ｓ ｒ ｅ ，ｆｅ ｌｘ ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｏ ｅ ｗａ ｏ ｉ ，ｋ ｌ ｎ ｈ ｒｂ ｅ ｄ ｔ ｌ ｍｅ ｄ ｍａｎ ｃ ｎ ｉｔ ｏ ｔ ｏ ｉ ｉ ｄ ｒ ｒ — ｌ ｏ ｏ
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ＺＨＡＮＧ ａ — ｉ Ｘｉ ｏ ｂ ｎｇ ，
（ ．Ｚ ｅ ａｇＤ ｎｆ ｇＶ ｃｔ ｎｌ ｎ ｅｈ ｉ ｌ ｏ ｅｅ Ｗｅｚｏ ｈｊ ｎ ２ ０ ，Ｃ ｉａ １ ｈｊ ｎ ｏｇ ｎ ｏａｉ ａ ａｄＴ ｃ ｎ ａ Ｃ ｌ ｇ ， ｎｈｕＺ ｅａｇ３ ５ １ ｉ ａ ｏ ｃ ｌ ｉ １ ｈ ； ｎ ２ ．Ｗｅ ｚｏ ｒ ｅＥｅｔｃＣ ． Ｌ Ｄ．Ｗｅｚｏ ｈｊ ｎ ２０ １Ｃ ｉａ ｎｈｕＤｉ ｌｃ ｉ ｏ ，Ｔ ， ｎｈｕＺ ｅ ａｇ ５ １ ，ｈｎ ） ｖ ｒ ｉ ３
ｃ ｒｃ ｕ ａ ｙ－
ＫＥＹＷ ＯｌＤＳ： ｉ ｏ ｉ Ｏ ｉ ｃ ； ｉ ｉ ｔｔ ｃ ｉ ｅ Ｋａｍａ ｌ ｒ ｉ Ｔ ｍｅ ｄ ｍａｎ Ｃ ｎｌ ｔ Ｆ ｎ ｔ ｓａｅ ｍａ ｈ ｎ ： ｌ ｎ ｆ ｔ ｉ ｅ ｉｅ
１ 引言
工业 自动化 就是 以工业生产中 的各种 参数为控制 目的， 实现不 同过程控 制 ， 在整个 工业 生产 中 ， 量减 少人力 的操 尽
但是 ， 在传统 的变频控 制过 程 中 ， 往采用 单一 的顺 序 往 控制方法 ： 比如 单一有 限元 建模方 法 以及单 一 的 Ｕ Ｌ系统 Ｍ
建模 技术 ， 这种方式控制逻辑 简单 ， 现容易 ， 实 因此成 为变频 控制 的首选 。但是 ， 随着 需要 控制 的硬件 装备 越来越 复杂 ，
ｔｏ ｓ ａ ｄ ｓｒ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｌｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｏ ｔ ｌ ｓ ｂ ｌ ｙ ｉｎ ｎ ｔ ｇｈ ｎ ｃ ｎ ｒ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｃ ｎｒ ｔ ｉ ｔ ．Ｔ ｅ ｓ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｄ ｍｏ ｓ ａ ｅ ｔ ａ ｈ ｒ — ｅ ｏ ｏ ａ ｉ ｈ ｉ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｏ ｍｕ ｏ ｒ ｐ ｓ ｄ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｅｆｃ ｉｅｙ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｌｘｔ ｆｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｇ ｒｔｍ ｎ ｎ ｒ ａ ｅ ｔｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｃ ｓ ｎ ａ ｄ ａ — ｏ ｅ ｔ ｏ ａ ｆ ｔ ｌ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅｃ ｍｐ ｅ ｉ ｏ ｏ ｔ ｏ ｉ ｅ ｖ ｙ ｈ ｏａ ｌ ｈ ａ ｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｏ ｔｏ ｅ ｉｉ ｎ ｃ ｐ ｏ
．
该技术是 由有限个状态和状态之 间的相互迁移构 成 ， 在 任何时候只能处于给定 的有限个状态 中的一个 ， 以用 它来 可 描述一个控制系统的控制流程 。定义一 个五元通 信区域 ， 设
为 Ｍ ＝ （ ，，０ Ｑ， ６ｑ ，
其 中， Ｑ表示有穷状态集合 ， 表示有穷事件集合 ； 表示 ６
基金项 目： 温州 市软件及 电子信 息产 品制造业计划项 目（０ ０ ０ ７ ２ １ １０ ）
制的现场组态算法逻 辑关 系 、 控制结 构较 为复 杂 的时候 ， 传
统的变频 控制方法容易引起单 向逻辑 时域 冲突， 造成 控制逻
辑错 乱 ， 数据点 跳变 ， 系统 失稳 ， 制精 度大 幅下 降。因此 ， 控 保证 大型的 、 逻辑关 系 复杂 的变频控 制 系统高 精度 的工作 ，
逻辑错乱 ， 系统 失稳 ， 变频 控制精度大幅下降 。传统的变频器控制算法采 用单 向顺序控制技术 ， 难以控制 的变频 系统较多 的
逻辑关系。为了提高控制精度 ， 出一种改进的优化变频器系统控制方 法。通 过运用有限状态机对变频器控制 系统进行分 提
区域建模 ， 避免单向控制信息 冲突， 同时采用卡尔曼滤波防止数据 突变 ， 控制加强变频 控制稳定性 。仿 真结果证 明 ： 提出 的
从 Ｑ Ｘ 到 Ｑ上的映射或转移 函数 ，。 Ｑ中 ， ｑ在 它表示初始状
（） １
Ⅳ
ＮＵ ＝ １ Ｍ
态 ， Ｑ为终止状态集。有限状态机具 有状态转移 图多种 Ｆ
描述方式 ， 按照变频控 制系统 的工 艺动作 程序 ， 变频 控制 把
其中 ， 表示数据包带有 的信息特征 ， Ⅳ代表数据包 的个
成为一个难题 Ｊ 。
收稿 日期 ： １ — ８ １ 修 回 日 ： １ ０ — ７ ２ １０— ３ ０ 期 ２ —９ ２ ０
为了解决这一 问题 ， 提出一种改进 的优 化的变频 器控制
． ．．— —
４ ９ ．— ０ ． —
方法 。改方法通过对种传统方法进行优 化整合 ， 运用有 限状 态机技术对变频器控制 系统进行通信 分割建模 ， 克服单 向建 模方式带来 的时域 冲突 ， 同时采 用了卡尔曼 滤波控制伺服 控 制技术 ， 有效 加强 了变频 控制 系统 的 信号稳 定 性 。实 验 证 明， 该方 法可以获得不同视角 、 同层 次、 不 结构 清晰和复用 性 高 的逻辑控制 区域 。有效降低 了单 区域控制 的复杂程度 ， 大 幅提高 了系统 的控制精 度。
第２ 卷 第１期 ８ １
文 章 编 号 ：０ ６ ９ ４ （０ １ １＇ ４９ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ０ — － ４
计
算
机
仿
真
２ １ １ ０ 年１月 １
变 频 器 优 化 控 制 方 法 研 究 与 仿 真
张小冰
（ ．浙江东方职业 技术学 院 ， １ 浙江 温卅Ｉ ２ ０ １２ 温州德 莱尔电气有 限公 司， ５ １ ；． ３ 浙江 温州 ３５ １ ） ２０ １ 摘要 ： 研究变频器控制问题 ， 高控制 的精度和准确度 。系统控制结构 复杂的时候 ， 提 容易 引起单 向逻辑 时域冲 突， 成控制 造
这种 单一顺控方式 已经不能满足复杂 现场的需求 ， 当需要 控
自动化控制 当中 ， 着工业 控制 系统 的控制 精度 越来 越高 ， 随 需要变频控制 的系统也 越来越 庞 大 ， 到 电子手表 ， 小 大到核
电 、 工系统 。有 些 领域 还关 系着我 国人 民的 生命 财 产安 化 全。因此 ， 对相关 变频控制技术 的研究 也越来越 深入 。当前 的变频控制技术 主要有顺序控制技 术 ， 统一建模 （ Ｍ ） Ｕ Ｌ 变频
３ 优化 混合 建模 变频 技术
通 常变频器控 制系统 包括六个 子系统 ， 机交互 、 作 人 动
程 控 、 筒温度 控 制、 料 液压 泵 电机控 制 、 障检 测 与报 警控 故 制、 安全保护等 。控制 系统 对各 种程序动 作 、 置 、 间、 位 时 压 力、 推进速度 、 速和温度等多种状态参数 实现控制 ， 转 在对变
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方法有效降低了控制算 法复杂程 度， 大幅提高 了控制的精度和准确度。 关键词 ： 时域冲突 ； 有限状态机 ； 卡尔曼滤波
中 图 分 类 号 ： Ｐ １ Ｔ ３９ 文 献标 识 码 ： Ｂ
Ｉ ｖ ｒ ｅ ｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｅｈｏ ｓ ａ ｃ ｎｄ Ｓ ｍ ｕｌｔｏ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｏ ｔｍ ｚ ｔｏ ｎ ｒ ｌＭ ｔ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｉ ａ ｉｎ
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系统 的工作 过程 分成合 模 ， 塑 wk.baidu.com 缩 ， 嘴前进 ， 预 倒 喷 注射 ， 保 压， 喷嘴后退 ， 冷却 ， 开模 ， 出 ， 顶 开门 ， 取工件 ， 关门等 １ 个状 ３
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频器控制系统进行建模 时 ， 由于 建模方 法 的使用不 当 ， 成 造
了系统建模的复杂度提 高 ， 降低 了控 制系统 的稳定 性 ， 因此 需要对传统的建模方法进行优化 。
３ １ 有 限状 态 机 区域 分 割 技术 ．
２ 变频 器控 制 系统 工作原 理
在变频器控制 系统 中 ， 上位机与下层 控制器之 间通 过 网 络数据包 发送带有 命令 特征 的 ， 系统可 接收 的指令 ， 变 自 改 身工作频 率 ， 得 下层 控 制器对 现 场硬 件进 行 高精 度 的控 使 制， 工作原理如下 ： 首先 ， 当下层变频控制器需要和上位 机完成数据 交换 的 时候 ， 需要得到相互 的指令编号 ， 根据 得到的控 件 Ｉ 完成控 Ｄ， 制通 信。控件 编号获取方法 如下 ：
控制技 术 等 。因 为 其 广 泛 的 应 用 前 景 ， 巨大 的 经 济 前 和 景． 以， ＂“ 所 相关 的变 频控 制算法 成 为众 多学 者研 究 的 目
标 。
作， 而能充分利用动物 以外 的能源与各 种资讯来进 行生产 工
作， 即称为工业 自动 化生产 ， 使工业 能进 行 自动生产 之过 而 程称为工业 自动化 。其 中变频 器被 广泛 的应 用 到工业
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工业 自动化 就是 以工业生产中 的各种 参数为控制 目的， 实现不 同过程控 制 ， 在整个 工业 生产 中 ， 量减 少人力 的操 尽
但是 ， 在传统 的变频控 制过 程 中 ， 往采用 单一 的顺 序 往 控制方法 ： 比如 单一有 限元 建模方 法 以及单 一 的 Ｕ Ｌ系统 Ｍ
建模 技术 ， 这种方式控制逻辑 简单 ， 现容易 ， 实 因此成 为变频 控制 的首选 。但是 ， 随着 需要 控制 的硬件 装备 越来越 复杂 ，
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该技术是 由有限个状态和状态之 间的相互迁移构 成 ， 在 任何时候只能处于给定 的有限个状态 中的一个 ， 以用 它来 可 描述一个控制系统的控制流程 。定义一 个五元通 信区域 ， 设
为 Ｍ ＝ （ ，，０ Ｑ， ６ｑ ，
其 中， Ｑ表示有穷状态集合 ， 表示有穷事件集合 ； 表示 ６
基金项 目： 温州 市软件及 电子信 息产 品制造业计划项 目（０ ０ ０ ７ ２ １ １０ ）
制的现场组态算法逻 辑关 系 、 控制结 构较 为复 杂 的时候 ， 传
统的变频 控制方法容易引起单 向逻辑 时域 冲突， 造成 控制逻
辑错 乱 ， 数据点 跳变 ， 系统 失稳 ， 制精 度大 幅下 降。因此 ， 控 保证 大型的 、 逻辑关 系 复杂 的变频控 制 系统高 精度 的工作 ，
逻辑错乱 ， 系统 失稳 ， 变频 控制精度大幅下降 。传统的变频器控制算法采 用单 向顺序控制技术 ， 难以控制 的变频 系统较多 的
逻辑关系。为了提高控制精度 ， 出一种改进的优化变频器系统控制方 法。通 过运用有限状态机对变频器控制 系统进行分 提
区域建模 ， 避免单向控制信息 冲突， 同时采用卡尔曼滤波防止数据 突变 ， 控制加强变频 控制稳定性 。仿 真结果证 明 ： 提出 的
从 Ｑ Ｘ 到 Ｑ上的映射或转移 函数 ，。 Ｑ中 ， ｑ在 它表示初始状
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描述方式 ， 按照变频控 制系统 的工 艺动作 程序 ， 变频 控制 把
其中 ， 表示数据包带有 的信息特征 ， Ⅳ代表数据包 的个
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收稿 日期 ： １ — ８ １ 修 回 日 ： １ ０ — ７ ２ １０— ３ ０ 期 ２ —９ ２ ０
为了解决这一 问题 ， 提出一种改进 的优 化的变频 器控制
． ．．— —
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方法 。改方法通过对种传统方法进行优 化整合 ， 运用有 限状 态机技术对变频器控制 系统进行通信 分割建模 ， 克服单 向建 模方式带来 的时域 冲突 ， 同时采 用了卡尔曼 滤波控制伺服 控 制技术 ， 有效 加强 了变频 控制 系统 的 信号稳 定 性 。实 验 证 明， 该方 法可以获得不同视角 、 同层 次、 不 结构 清晰和复用 性 高 的逻辑控制 区域 。有效降低 了单 区域控制 的复杂程度 ， 大 幅提高 了系统 的控制精 度。
第２ 卷 第１期 ８ １
文 章 编 号 ：０ ６ ９ ４ （０ １ １＇ ４９ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ） １ ０ ０ — － ４
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机
仿
真
２ １ １ ０ 年１月 １
变 频 器 优 化 控 制 方 法 研 究 与 仿 真
张小冰
（ ．浙江东方职业 技术学 院 ， １ 浙江 温卅Ｉ ２ ０ １２ 温州德 莱尔电气有 限公 司， ５ １ ；． ３ 浙江 温州 ３５ １ ） ２０ １ 摘要 ： 研究变频器控制问题 ， 高控制 的精度和准确度 。系统控制结构 复杂的时候 ， 提 容易 引起单 向逻辑 时域冲 突， 成控制 造