1 前言

西門子SINAMICS G120變頻器在有編碼器矢量控制和無編碼器矢量控制模式下具有轉(zhuǎn)速控制器適配功能。這種功能適用于轉(zhuǎn)速控制器在低速和高速需要不同Kp和Tn的應(yīng)用。

2 應(yīng)用背景

舉例說明低速和高速需要不同速度環(huán)特性的應(yīng)用如下：

上述應(yīng)用通常具有以下特點(diǎn)：

1. 啟動(dòng)加速和停機(jī)減速時(shí)，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生彈性拉伸，引起整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)特性變化，尤其在低速區(qū)，容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)速波動(dòng)，此時(shí)需要轉(zhuǎn)速控制器提高動(dòng)態(tài)跟隨特性，抑制振蕩。

2. 在卷揚(yáng)式升降設(shè)備中，常用預(yù)置向上的開閘轉(zhuǎn)矩的方法來避免開閘溜車。但對(duì)于帶配重的升降設(shè)備，這類設(shè)備有四種電動(dòng)-制動(dòng)狀態(tài)（如圖1所示），并且在空中懸停時(shí)負(fù)載常常發(fā)生變化，又因?yàn)榕渲氐脑?，難以判斷開閘預(yù)置轉(zhuǎn)矩的方向，有的用戶使用稱重傳感器來輔助，但稱重傳感器又常因現(xiàn)場(chǎng)各種原因失效或精度下降。所以，這類設(shè)備也需要在開閘后的零速和低速區(qū)以較高跟隨特性來避免溜車。

圖1 電梯運(yùn)行當(dāng)中的電動(dòng)與發(fā)電狀態(tài)

3 轉(zhuǎn)速控制器適配功能介紹

轉(zhuǎn)速控制器適配功能默認(rèn)是激活的，在調(diào)試和旋轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)驅(qū)動(dòng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算并優(yōu)化適配需要的值。轉(zhuǎn)速控制器適配功能可抑制可能會(huì)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速控制器的振蕩，如果在自動(dòng)計(jì)算的情況下仍出現(xiàn)轉(zhuǎn)速振蕩，則還可通過自由 Kp_n適配優(yōu)化 Kp_n分量。G120變頻器的轉(zhuǎn)速適配功能圖如圖2所示，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

圖2 G120變頻器的轉(zhuǎn)速適配功能圖

表1：轉(zhuǎn)速適配功能相關(guān)參數(shù)：

通過對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)以下功能（如圖3所示）：

1. 恒定低速區(qū) (n < p1464)，速度環(huán)Kp為p1460（p1470），Tn為p1462（p1472）；

2. 適配區(qū) (p1464 < n < p1465)，速度環(huán)Kp/Tn隨速度的變化，按照固定斜率變化；

3. 恒定高速區(qū) (n > p1465)，速度環(huán)Kp為p1460（p1470）*p1461，Tn為p1462（p1472）*p1463。

圖3 轉(zhuǎn)速控制器 Kp_n/Tn_n 適配

4 應(yīng)用實(shí)例-電梯傳動(dòng)的調(diào)試

電梯在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，是靠抱閘來平衡曳引輪兩側(cè)的重力差，在抱閘打開瞬間，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要迅速輸出轉(zhuǎn)矩來接替抱閘。本系統(tǒng)未采用稱重傳感器，系統(tǒng)無從知道抱閘打開瞬間要平衡的力矩大小和方向，靠系統(tǒng)快速反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。

為實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，要在零速和極低速時(shí)速度調(diào)節(jié)器采用較大的增益和較小的積分時(shí)間常數(shù)。實(shí)際調(diào)試效果如圖4所示，電機(jī)轉(zhuǎn)速小于6 rpm時(shí)，放大倍數(shù)為31，積分時(shí)間為3.6毫秒，速度跟隨性好，且未發(fā)生溜車現(xiàn)象

圖4 零速時(shí)速度環(huán)采用大比例小積分效果較好

如圖5所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過6rpm，加速到220rpm時(shí)，如果仍采用較大比例會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，需要將放大倍數(shù)減小到23，積分時(shí)間增加到180毫秒，才可以降低速度環(huán)的超調(diào)量，滿足高速運(yùn)行特性。此時(shí)，使用轉(zhuǎn)速控制器適配功能即可解決這個(gè)問題，兼顧低速和高速不同速度環(huán)特性的要求。

圖5 適合零速時(shí)的速度環(huán)參數(shù)在運(yùn)行中會(huì)引起較大超調(diào)