基于PLC的异步电机转角控制的研究与实现

焦洪远

摘要：现阶段对异步电动机进行转角控制逐渐受到人们的关注，为实现对三相异步电动机转角的准确控制，本文首先详细分析了异步电动机的数学模型，然后采用PLC对异步电动机进行控制，实现了较好的控制效果。现阶段虽然很多领域采用步进电机进行转角的准确控制，但异步电动机与之相比具有功率大、价格低廉、可靠性高的优点，因此对三相异步电动机进行转角的准确控制具有重要意义。

关键词：异步电动机 转角控制系统 PLC

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0028-01

在工业生产过程中通常需要对步进电机的转角进行准确控制，但由于步进电机的功率相对较小在煤矿开采等领域无法使用，需要采用异步电动机进行替代，而异步电动机在正常工作时有时也需要进行角度控制。

1 三相异步电动机的数学模型

对异步电机的动态数学模型的研究，考虑到其复杂性，为了其简化模型， 不失一般性，我们提出以下四个假设：

不考虑空间谐波的影响，假设三相绕组对称，通入的三相电流所产生的磁动势按空气隙按正弦规律分布；认为绕组电阻不受频率变化和温度变化的影响；不考虑磁路的饱和，认为各绕组的互感和自感都是恒定不变的；不考虑铁芯损耗。

三相异步电动机的数学模型由以下的电压方程、转矩方程和运动方程等组成。

（1）电压方程：

1.1三相-两相变换（3/2变换）

三相对称绕组中，三相电流、和在空间所产生的合成磁动势是旋转磁动势，它在空间呈正弦规律分布，并且以同步转速（即电流的角频率）旋转。由电机原理可知，任意对称的多相绕组，如果通入平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，显然两相电流最简单。所以，三相绕组可以用相互独立的对称两相绕组等效代替，等效的原则是电流所产生的磁动势相等。

按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与二相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在轴上的投影都应相等，因此写成矩阵形式，得

1.2 两相静止-两相旋转变换（2s/2r变换）

2s/2r变换就是从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，变换的原则是通过的电流产生的磁动势相等。

、和、之间存在下列关系如下：

两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换阵

2 基于PLC的三相异步电动机转角控制

PLC不仅具有强大的控制功能，功耗、体积减小，成本下降，可靠性高，编写程序和故障检测方便的特点，而且在远程I/O和通信网络、数据处理以及人机界面（HMI）也得到了长足的发展，因此PLC在工业领域应用非常广泛。基于此本文采用西门子公司的SIMATIC S7-300PLC对异步电动机的转角进行控制。

采用PLC对异步电动机转动角度控制的流程如下：首先将系统通电，使系统实现初始化工作，然后为保证控制系统的安全运行将电源模块、PLC控制模块和电机依次启动。在启动过程中首先给电源模块供电，当控制模块的电压达到系统设定值后自动将异步电机启动，如果首先将异步电机启动则系统进行断电保护动作。当PLC控制模块和异步电动机按正确的顺序启动后，在控制系统中输入角度、转矩预设值。系统读取角度及转矩的设定值后控制设备运行，如果设备未达到预定角度，设备继续运行，直至达到预定角度；如果设备达到预定角度，那么判断设备是否继续运行，是否进行下一次定位。

3 结语

现阶段虽然很多领域采用步进电机进行转角的准确控制，但异步电动机与之相比具有功率大、价格低廉、可靠性高的优点，因此对三相异步电动机进行转角的准确控制具有重要意义。

参考文献

[1]刘黎.基于强化学习的高精度电机转角控制仿真[J].计算机仿真，2014.

[2]穆桂脂.线控转向前轮转角控制策略硬件在环仿真研究[D].江苏大学，2009.