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  • 凯利KAC交流控制器调试方案

    万次阅读 多人点赞 2018-05-02 14:22:03
    凯利KAC交流控制器调试方案(客户版)基础调试一、 安全操作规范(调试之前必看)1. 拆装控制器时,一定要断掉总电,使电池主回路处于断路状态。2. 安装控制器时,一定要检查控制器的B+、B-与电池正、负极接线...

    凯利KAC交流控制器调试方案(客户版)

    基础调试

    一、 安全操作规范(调试之前必看)

    1. 拆装控制器时,一定要断掉总电,使电池主回路处于断路状态。

    2. 安装控制器时,一定要检查控制器的B+B-与电池正、负极接线是否正确,以避免造成短路,损坏控制器。电机UVW3相线一定要与控制器UVW3相相对应,避免后续调试出现问题。

    3. 调试前将车辆的驱动轮悬空,有条件的情况下,可以将车升至在举升机上,或者用千斤顶将驱动轮顶起。

    4. 仔细检查各端口信号是否有效,主要包括电门锁信号、档位信号、油门踏板各信号以及编码器信号是否有效,注意拉手刹。

    5. 没有举升机和千斤顶的情况下,一定要先拉住手刹,仔细检测各个端口信号,尤其是要在空挡的情况下,检测油门踏板信号,防止飞车。

    6. 初次落地启动车辆,切勿一脚踩到底,一点点踩油门,确认无异常后再踩到底。

    7. 切勿带电插拔调试串口。

    8. 在控制器运行的过程当中,或者车辆没有完全停止的情况下,切勿用调试软件写入数据,避免造成控制器死机。

    二、 调试页面

        目前调试软件连接控制器有两种方法,一种为USBRS232串口线连接,一种为蓝牙连接,特别注意蓝牙连接控制器时第一次匹配会有密码验证,密码默认为1111或者0000,具体购买蓝牙设备时请询问凯利售后人员。下面具体介绍一下调试页面。

    车辆参数图片1

    电机参数图片2

    控制参数图片3

    监控图片4

    三、 基础调试

    1、电机参数设置

       设置交流电机的基本参数是匹配交流电机以及后续调试的基础,电机基本参数配置

       分布在调试页面的图片2中所示,以KAC6030H为例:

    1)电机额定电压:42

       注意该值为AC值,即交流值,如果电机铭牌标的AC值,直接写入,如果是DC值,

       应对其进行换算;即 60 ÷= 42。

    2)电机额定电流:71

       如果电机铭牌给出,直接写入,否则计算如下:

       电机额定电流 = 电机额定功率 ÷ 电机额定电压

       因此图中电机额定电流 =  3000 ÷ 42  =  71

    3)电机额定频率:102(目前市场上低速车的驱动电机的额定频率基本上均为该值)

    4)电机额定转速:3000(目前市场上低速车的驱动电机的额定频率基本上均为该值)

    5)电机最大频率:200

       最大频率通常为额定频率的2

    6)电机最大转速:5500

       暂且可设为该值,在后面的性能调试中如何调试最高车速将会详细介绍

    7)电机极数:4(铭牌一般不标识)

    8)电机编码器线数:48

       目前市场上的低速车驱动电机的编码器线数通常4864两种,其分布规律如下

     

    电机类型(功率)

    编码器线数

    3kw

    48

    4kw

    48或者64

    5kw

    64

    7.5kw

    64

     

       一般情况下,电机上都会标识电机编码器线数,如果没有,必须找电机厂家问明,因为

       控制器编码器线数标定必须与电机编码器线数一致。如不一致,则会导致电机运转不正

       常,表现为电机抖动,速度提不起来。

    9)转子时间常数:5000(额定)10000(最大)

       根据目前市场上驱动电机的特性转子时间常数的规律如下:

     

    电机类型(功率)

    额定转子时间常数

    最大转子时间常数

    3kw

    5000

    7000

    4kw

    7000

    9000

    5kw

    7000

    9000

    7.5kw

    9000

    11000

     

    转子常数反应的是电机的转矩对应转速分布的曲线,在加速特性调试里面将详细阐述如

    何调整转子时间常数。

    10)电机空载电流:30

        即电机的额定励磁电流,根据目前市场上驱动电机的特性转子时间常数的规律如下:

    电机类型(功率)

    电机空载电流

    3kw

    30

    4kw

    40

    5kw

    50

    7.5kw

    60

                                         1

        有条件的话可以将电机寄回公司,用调压器测试其准确数值,这里不再赘述。

    11)最小励磁电流:20

    最小励磁电流决定着电机的最高转速,也就是调整车辆最大速度的时候可以调整此参

    数。

    12)编码器分频系数:20

    此参数标定调节仪表显示速度,若表显速度过小,则减小此参数,反之增大。

    13)启动转差限制RPM120

     启动转差越大,相同大小的相电流产生的电机力矩越大,爬坡能力越强,但过大会造

     成起步抖动,调节的原则是,在电机不抖动的情况下适当调大。

    14)其他参数均按默认,一般不建议调节。

        

    2、车辆参数设置

    1) 启动等待时间:0

        此参数标定为车辆打开钥匙上电控制器启动等待时间,一般情况下默认为0,也可以按

        要求等待时间设置。

    2) 欠压值:51

    用来标定欠压切断的限幅值,一般标定为控制器电压值得0.875倍左右,具体根据客户

    要求。我们控制器检测到电池电压连续30秒低于欠压值才切断,报欠压错误。

    过压值:70

    用来标定过压切断的限幅值,一但检测到电池电压高于过压值,立即切断报错。   

    3) 相线电流百分比:90

    此参数标定相线电流输出百分比,一般默认标定为90100,用来调节控制器最大相

    输出。  

    4) 电池电流限制:30

    即电池电流百分比,用来限制控制器的输出功率,保护电池。数值越大加速越猛,电池

    电流越大。

    5) 电池电流限制弱化:70

    对电池电流限制进行弱化,一般在欠压值的1.15倍时开始弱化,到欠压值时弱化结束。

    用于低压时进一步降低电池放电,增加续航,保护电池。一般默认值70,不需要修改。

    6) 油门低端报错点:2

    霍尔油门低端报错百分比,标称值2%,对应5*0.02=0.1V,小于标定值报油门类型错

    误。

    油门高端报错点:98

    霍尔油门高端报错百分比,标称值98%,对应5*0.98=4.9V,大于标定值报油门类型错

    误。

    7) 油门速率:10

    油门响应速率,值越小响应越快,范围10~100

    8) 油门类型:2

    油门类型,0:无油门;10~5V油门;2:霍尔油门。一般情况下交流控制器使用的是

    3线无油门安全开关和4线带油门安全开关的霍尔式油门,此参数都标定为2

    9) 油门低死区:20

                油门低端死区,标称值0%~40%

    油门高死区:80

                油门高端死区,标称值60%~100%

    10) 油门前进MAP70

                        油门前进MAP,范围20~80,定义正向油门50%位置时对应的最大

                        油门值的百分比,决定曲率。

         油门后退MAP20

                        油门后退MAP,范围20~80,定义反向油门50%位置时对应的最大

                        油门值的百分比,决定曲率。

         map值越大,小油门加速越猛,给人动力强劲的感觉,map值越小,小油门越柔和舒

         适,根据实际试车需要进行标定。

    11) 最大输出频率:250

         电机最大输出频率。

    12) 最大转速:6500

         定义电机的最大运行转速。速度与频率的对应关系:速度=频率*60/极对数;所以在标

         定时要把最大速度换算为最大频率,标定的最大输出频率要比换算得到的大。这里解

         释一下,60v3kw交流感应电机一般最大转速6000转,但是此最大转速标定必须比6000

         大,这里标定为6500。最大输出频率为6000*2/60=200,但是标定必须要比200大,

         这里标定为250

    13) 最大前进速度%100

                         高速档前进速度百分比,即最大转速的百分比。

         最大倒车速度%50

                         高速档倒车速度百分比

         低速前进速度%100

                         低速档前进速度百分比。低速档速度参数在两档功能标定时启用。

         低速倒车速度%50

                         低速档倒车速度百分比。

    14) 启动高踏板:不勾选禁止,勾选使能,上电防飞车功能,上电时油门有值禁止输出并

                     报错。

         刹车高踏板:不勾选禁止,勾选使能,松刹车防飞车功能,松刹车时油门有值禁止输

                     出并报错。

         空挡高踏板:不勾选禁止,勾选使能,使能此功能并且从空挡到输出,油门有值禁止

                     输出并报错。

         油门安全开关:不勾选禁止,勾选使能,此开关闭合时,油门踏板有效。此为4线带

                       油门安全开关的加速器才会使用。

         交换编码器相序:不勾选禁止,勾选使能,相当于交换编码器两物理相线。

         交换电机相序:不勾选禁止,勾选使能,相当于交换电机两物理相线。

         防溜功能选择:不勾选禁止,勾选使能。

         改变电机转向:目前此功能无法使用,不做阐述。

    3、编码器相序及电机相序调整

    油门类型设置完成以后,下一步便是设置电机编码器和电机的相序。具体步骤如下:

    1. 操作前检查控制器和电机编码器

    a) 接口定义是否正确,市场上电机编码器接线端子排序有“正负AB”“正BA负”两种,而我们的控制器编码器接线端子线序为“正BA负”,对应的颜色为“红绿黄黑”,一定要把电机编码器线序改为“正BA负”

    b) 确保电机编码器AB两相在电机转动的情况下都有信号输出,具体方法是在转动电机的情况下,如图4所示,霍尔AB信号随着电机转动都有0-1的变化。

    2. 闭合档位开关,观察图2中“前进开关”和“后退开关”框中的值,前进开关值为1表示前进,后退开关值为1表示后退,二者都为0表示空挡。如果档位的实际方向和数值不相符,则调整控制器线束的档位信号线。

             

    3. 此时挂档可轻踩油门,若出现电机抖动或者电机转向相反的情况,则需要调整编码器相序和电机相序。

              

    具体调试方法为随机勾选这两个选项,共有4种组合,调试到电机正常运转为止。

     

     

     

     

    性能调试

     

     

    一、 最高车速

    电机转速(r/m

    车速(km/h=                     * 轮胎周长(m)      

               减速比         

    根据上述公式,并经过单位换算,可以由实际车速推算出相应的电机转速,电机转速主要由以下几个参数决定

    1. 最小励磁电流

    该参数直接决定了电机的最高转速,与电机转速成反比,通常1个数值决定300-400 r/m的转速。若要增大转速,则减小最小励磁电流,反之则增大,但是原则上最小励磁电流标定参数不可小于5。另外车辆参数里“最大前进速度%”默认为100通常不作用于调整转速,但是“最大倒车速度%”可作用于调整车辆倒车速度。

       

    2. 最大转子时间常数

    该参数对电机转速有一定影响,与电机转速成反比,通常400个数值决定200r/m的转速,一般情况下不要轻易去调整转子时间常数,否则可能会对电机的转矩分布和加速性能造成影响。

    调试步骤:

    1. 图片1中“最大转速”可设置的偏大一点,一般设置成电机的最大转速

    2. 先确定最大转子时间常数,避免对调节最小励磁电流的干扰;

    3. 调节最小励磁电流确保电机转速能够达到或略超过目标转速,可以适当地留些余量;

     

    二、 加速性能

    加速性能受以下参数影响:

    1. 额定转子时间常数

    “额定转子时间常数”决定了电机转速所对应的转矩分布,实际测试母线电流分布应该是:母线电流逐渐增大后再逐渐减小,速度稳定后,电流趋于稳定。

    如果转子时间常数调整不正确,加速特性曲线会分布呈两段,加速的过程当中会出现有两次加速的感觉,加速过程中母线电流先是逐渐升高,然后下降一段,然后会继续升高再慢慢趋于稳定。所以调整额定转子时间常数一般按照表1来设定,但是也有特例后面会有说明。

    2. 电压环

    电压环的3个参数的大小决定了加速时间的长短(见PAGE2最),电压环系数越大,加速时间约短;反之加速时间越长;常用的参数有

     

    电压环比例系数Kp

    电压环比例系数Ki

    电压环ERR限幅值

    1

    0

    8

    100

    2

    100

    10

    100

    3

    200

    20

    200

                                        2

    3. 油门转矩建立时间

    该参数过大会拉长起步阶段转矩建立的时间从而影响加速的总时间;

     

    4. 电池电流限制线

    母线电流的大小决定着输入功率的大小,电流越大,加速时间越短,反之越长

     

    三、 爬坡性能

    行业标准通常是20%坡度半坡起步的次数,该项性能由以下几个参数决定:

    1. 启动转差

    启动转差越大,相同大小的相电流产生的电机力矩越大,爬坡能力越强,但过大会造成起步抖动,调节的原则是,在电机不抖动的情况下适当调大。

    2. 电机空载电流

    该参数即电机的额定励磁电流,额定励磁电流过小,会减小电机转矩。该项参数还会影

    响缓坡5%-10%坡度的驻坡性能,如果在缓坡上驻坡车辆前后晃动,适当增大此参数对

    适当改善晃动情况。

    3. 相电流限制百分比

    相同启动转差的前提下,电流越大,产生的电机转矩越大,但同时控制器和电机的温升较快,影响爬坡次数,调节的原则是在满足爬坡能力的前提下尽量进行相电流。

    4. 控制器和电机温升

       电机电控和整车匹配不合理会造成小马拉大车的现象,控制器和电机温升过快,导致高

       温弱化保护,影响爬坡次数。

     

    四、 防溜性能

       目前在两种防溜模式:

    1. 在坡道上进入防溜后,车辆会驻在坡道上,暂且称之为驻坡防溜;

    2. 在在坡道上进入防溜后,会以恒定的一个很低的转速在坡道上缓慢下溜,暂且称之为怠速慢溜;

       通过调节位置环的相关参数来调节防溜性能,各项参数见图片3

       1.位置保持模式Kp

       用来调节从进入防溜到完全防溜整个过程的时间长短,从车辆上反应出的是车子溜坡

       距离的长短,数值越大,滑行距离越短。

    2.位置保持模式Kd

       该参数用来辅助调节防溜效果

       1)驻坡防溜

          当车子在坡道上完全溜住的时候,如20%坡道上车身没有抖动,但在15%坡道甚

          至更小的坡度的坡道上会发生来回抖动的现象,适当的减小Kd,可让防溜效果更

          佳平稳。该参数和防溜转差决定防溜的平稳度

       2)怠速慢溜

             该防溜模式通常数值设置为0

    3. 位置保持err限幅

       1)驻坡防溜

          该防溜模式通常数值设置为8192

        2)怠速慢溜

              该防溜模式下,该数值应当在保证防溜平滑和稳定的基础上尽量调小该数值,这

              样防溜的电流更加的稳定。

     

    4. 防溜转差限幅

           1)驻坡防溜

       该参数决定了防溜模式下控制器输出输出电机转矩的大小,数值过大电机会产

       生抖动,数值过小则转矩输出不够,车辆无法再坡道上驻住。

       2)怠速慢溜

      该防溜模式下,该数值决定了车子在坡道上缓慢下溜过程中,速度是否平滑,过

      大则产生抖动。

       5. 爬坡防溜补偿:此参数用于车辆在驻坡时候力矩是否足够支持驻坡,如不够则相应   

           增大,当然相线电流也会相应变大。

    6. 若出现在大的坡道上,防溜稳定,但缓坡上出现来回震荡的现象,可以先增大电机

        空载电流看有无改善,如果没有效果则适当增大额定转子时间常数。

    7. 文档中没介绍到的参数请不要随意更改,以防出现性能问题,切记。

     

    五、 仪表匹配

    交流系统的仪表,从市场应用来看主要分两类

    1. 脉冲信号仪表

    控制器与该类型的仪表匹配只提供速度显示,控制器提供隔离速度脉冲信号给仪表,仪表进行换算转换为速度显示,通常仪表都是4个脉冲的,如有其它脉冲数的仪表可通过“分频系数”来调节,计算公式如下:

     

    编码器线数

    仪表脉冲速 =                           

            2*分频系数       

    但也有的控制器使用的是新的算法程序,这样用公式去测算是不准的,需要实际慢慢调试。

     

    2. CAN仪表

    控制器与该类型的仪表,主要通过CAN总线,匹配相应的软件通信协议进行通信,控制器采集各项数据,如电池电压、电机转速、档位信号等发送给仪表,仪表通过换算处理显示实时的数据,需要注意的是

    1.协调厂家发给我们相应的通信协议,如没有让厂家采用我们自己的协议

    2.确保CAN总线连线正确,即CAN-HCAN-HCAN-LCAN-L

     

    调试案例

     

    一、防溜坡调试参数分析汇总。

    1.加大位置保持参数,防溜电流补偿参数均能让防溜有小的后溜距离。                               

    2若驻坡驻不住,可以增大位置保持Kp Ki ,位置保持转差限幅,防溜电流补偿,参数  

       等。              

    3. 若能驻住,但拄坡抖动,可减小KpKi同时增大位置保持转差限幅,或增大KpKi减小位置保持转差限幅,若以上均不能调节可尝试增大电机空载电流或增大转子时间常数!

     

    二、运行中抖动

    1.若前进后退正常,电流大,速度很慢且伴随轻微抖动运行,此为编码器信号缺失造成的抖 

     动。该情况下电枢电流很大,需要立即检测:

     1) 控制器是否给编码器12v电压,使用万用表测试控制器编码器线束红黑两根线之间的电

    压。

     2)如果有供电,检查接线是否正确。

     若前进后退正常,电流大,速度很慢且伴随剧烈抖动运行,此为编码器信号缺相造成的抖 

     动。该情况下电枢电流很大,需要立即检测:具体做法为拆除电机相线,转动车轮,观察监

     控参数里的霍尔 A和霍尔B是否有0-1之间变化,如果都有变化,那转动车轮使得监控参

     数霍尔A1的时候,使用万用表测量黄黑两线之间的电压,如果有11V左右电压,则说

     明控制器编码器信号正常,如果没有则不正常,霍尔B测量方法也是一样。如果霍尔AB

     项至少有1项没有0-1变化,则说明电机编码器故障,建议更换。

                             

    2.若前进后退正常,低速能正常运行,稍微加速抖动剧烈,此为编码器脉冲不匹配造

     成!                   

     轻踩油门且松油门继续缓慢行走伴随以堵转形式严重抖动,此为电机相序不对造成

    3.轻踩便以堵转形势严重抖动,则为编码器相序不对导致。          

    4.若轻踩油门起步轻微抖动,运行起来正常,此为参数调节问题,客户软件无法调节,需要

     寄回公司处理。               

    5.若平路运行正常,爬坡度稍大便剧烈抖动,此若排除硬件零点等问题则为转差参数偏大造 

     成!

    6.加速到最高转速后,出现反复加减速,电流变化有一种高速断电的情况:此为车辆参数里

     “最大转速”低于电机参数里“电机最大转速”,从而造成电机转速超调,控制器反复调 节。

     具体设置参见前文。

     

    三、转子时间常数影响性能分析汇总

    1.最大转子时间常数加大速度减小。 

    2.适当加大转子时间常数同时减小励磁电流能够减小运行电流。

    3.若转子时间过大可能会造成爬坡没力

    4.若额定转子时间常数和最大转子时间常数相差过大,可能造成在半速时运行或加速晃动, 

      输出电流不平稳!若两者相差过小可能造成高速不稳晃

    5.额定转子时间常数过大会导致中高速松油门时还会有加速感。

     

    四、若控制器出现故障不工作,请根据故障报警音判断问题所在。

     

     

    若有交流控制器调试问题无法解决,请联系:

    合肥凯利科技股份有限公司客服部

    聂群

    电话:15256563680

    展开全文
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  • 逆变的重复控制

    万次阅读 多人点赞 2018-05-29 01:02:51
    内模原理的表述:在一个控制系统中,如果控制器的反馈来自被调节的信号,且在反馈回路中包含被控信号的动力学模型,那么整个系统是稳定的。内模原理的本质是是把外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈...

    1 内模原理与重复控制

        内模原理的表述:在一个控制系统中,如果控制器的反馈来自被调节的信号,且在反馈回路中包含被控信号的动力学模型,那么整个系统是稳定的。内模原理的本质是是把外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈控制系统,这样的系统能够无静差的跟踪输入信号。

        对于阶跃信号l(t),其拉斯变换为1/s,所以包含PI控制器可以无静差的跟踪阶跃信号。对于交流信号,其拉斯变换为

    所以PI控制器是无法无静差的跟踪正弦信号的。PR控制器可以无静差的跟踪交流信号,PR控制器的传递函数是

    对于周期性的重复信号,典型的是带RCD负载的时候出现的周期性的电流扰动。定型的RCD负载的电流信号波形如下图:

    设重复信号周期为L,则其信号模型可以表示为

    其离散传递函数表示为

    其中N为一个周期的采样次数。包含上述内模的控制器就是重复控制器,它可以无静差的消除周期信号。

    2  重复控制器的结构

    重复控制的结构如下图所示

    对于上图框图中的重复控制器,受控对象是P(z),C(z)是补偿器,包括相位补偿和幅值补偿,为了简化,可以取C(z)等于

    Q(z)是为了增强系统的稳定性,是为了让系统的闭环极点为了单位圆内,一般去成小于1的常数,取Q(z)=0.95,重复控制器的传递函数H(z)等于可以

    3 重复控制编程实现

    重复控制传递函数为

    写成差分方程形式为

            N:一个周期内的采样次数

            K:相位补偿次数

    假设N=192,K=3,Kr=0.4,则用程序实现为:

    const int N=384;
    float y[N]={0};
    float e[N]={0};
    float Kr=0.4;
    const int K=4;
    float err;//控制误差
    float rpt;
    
    //err相当与当前拍误差,e[0]相当于err的前N拍
    //同理rpt相当于当前拍重复控制的输出量,y[0]相当于rpt的前N拍
    
    
    //计算误差err
    err=Vref-Vsample;
    
    //计算重复控制输出
    rpt=y[0]*0.95+e[K]*Kr;
    
    
    for(int i=0;i<N-1;i++)
    {
       e[i]=e[i+1];
       y[i]=y[i+1];
    }
    e[N-1]=err;
    y[N-1]=rpt;
    
    err+=rpt;

     

    4 逆变器重复控制Matlab建模

     

    逆变器系统的Matlab模型如下。逆变器用单相半桥逆变桥拓扑结构,电池组分正负俩个电池组,每个电池组电压360V。逆变器输出电压有效值220V。电阻设置为6M,模拟空载电阻无穷大的情况。开关Breaker在0.5s时闭合,模拟突加RCD满载的情况。RCD电阻设置为6欧姆,电容设置为4000uF。

    非线性负载模块详情

    控制模块Control的详情如下。重复控制器采用嵌入式结构,嵌入在PI电压环前面。逆变控制采用电压外环PI控制,电流内环比例控制。1302是50%占空比,这个占空比补偿是用来是的半桥在无控制输入时输出电压保持为0。

    重复控制模块的xiangq详情如下图。

     

    5 控制仿真

    只用PI-P控制不用重复控制时

    输出电压和参考电压波形,之前俩个波形基本重合,到0.5s加了RCD负载后输出电压就比较糟糕:

    输出电流波形,来看一下情况有多恶劣,电流峰值达到了200V:

    输出电压THD,THD后面维持在10%左右:

    采用重复控制以后

      输出电压和参考电压波形

     

    输出电压的THD,稳定在4.5%附近:

    输出电流波形:

    总结

        可见重复控制对于抑制RCD负载的效果非常好,带满载的时候THD都基本能稳定在4.5%左右。重复控制可调参数主要有幅值补偿系数和相位补偿系数。幅值补偿系数太过小的时候,重复补偿强度会很弱,效果不明显。重复控制系数过大的时候,重复控制会引起震荡。最终效果以在实际机器上调试为准,不过跟仿真基本差不离多少。下次有时间可以做一个用StateFlow编程驱动的更精确的模型出来。仿真模型已上传CSDN,仿真模型下载地址:https://download.csdn.net/download/liuzhijun301/12008303

     

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  • 边缘控制器

    千次阅读 2020-03-09 17:15:23
    为了能充分利用接入工业物联网中的工厂,必须将机器和设备接入云服务端,这就需要用到边缘控制器。 绕不开的边缘计算 在介绍边缘控制器之前,需要先了解边缘计算。从图1 工厂构成的示意图来看,未来工厂需要采集大量...

    工业4.0的进程如火如荼,引发的新概念日益深入人心。越来越多的机器厂商和设备厂商持续密切地关注着工业物联网(IIoT)。为了能充分利用接入工业物联网中的工厂,必须将机器和设备接入云服务端,这就需要用到边缘控制器。

    绕不开的边缘计算

    在介绍边缘控制器之前,需要先了解边缘计算。从图1 工厂构成的示意图来看,未来工厂需要采集大量来自于过程控制的连续数据和来自工厂自动化的离散数据。借助这些数据,将轻松实现产线互联,从而实现工厂的ERP控制层对整个工厂的生产安排,能源消耗,质量检测,缺陷反馈,进而优化生产,提高效能。

    在这里插入图片描述

    图1 工厂构成示意图

    边缘计算的出现基于云计算,可以说边缘计算就是运营技术(Operational Technology)中的云计算。相比于信息技术(IT)中的云计算,边缘计算对实时性和安全性提出更高的要求。而边缘控制器正是位于IT和OT之间的一个物理接口。

    什么是边缘控制器?

    边缘控制器,是将汇总数据发送到云端的硬件。这类硬件作为通往云端的最后一层物理实体,是机器层OT和云端IT解决方案的接口。其中OT包括用于实时监测控制设备、生产过程及事件的硬件和软件。

    在这里插入图片描述

    图2 边缘控制器是OT和IT间的接口

    三类边缘控制器

    根据不同的应用和数据大小,OT层收集到的数据将以不同的方式被传输到云端。贝加莱提供三类边缘控制器来确保适合于不同控制情况的解决方案。

    假设传感器一个小时只接收一个信号直接发送到云端,如用于监测输油管道泄露的传感器。这类控制对实时性没有要求,无需本地控制逻辑;而且,对维修团队来说维护检测油管的时间充足。针对这类应用,一个贝加莱总线控制器就足以将无需预处理的I/O信号以加密方式经由OPC UA传送到云端,非常简单。

    而在处理大量数据时,需要先汇总机器的各种数据。这样做的好处在于:1,降低所需带宽,减少云服务成本;2,提供足够的缓冲,防止在相关错误事件出现时造成数据丢失。针对该类应用,则需要采用被称为嵌入式边缘控制器(Embedded Edge)的贝加莱标准控制系统。

    更复杂的情况是需要对整个生产线进行监测。大量的I/O数据在送往云端之前需要进行预处理。针对这样的控制任务,标准的控制器不足以满足要求。这时候需要采用由贝加莱Automation PC和综合的工业物联网(IIoT)构成的边界控制器。由于其强大的处理能力和存储能力,配置了工业PC的便捷控制器相比前面两种边界控制器来说,能够执行更高级的预处理和分析任务。而且,它还能进行复杂的算法计算,如用于机器学习系统的算法。

    在这里插入图片描述

    图3 贝加莱推出三类边缘控制器结构,为不同情况提供合适的解决方案

    边缘控制器带来的优势
    边缘控制器并非贝加莱的某款产品,而是贝加莱为客户提供的整套解决方案。一方面,多样的选择能够帮助新建工厂满足工业物联网(IioT)的种种要求;另一方面,在与贝加莱Orange Box联手后,也同样能为老工厂提供完美的边缘架构。软件与硬件灵活结合,现有的机器在连接Orange Box后也能被无缝集成到边界架构中。

    在OT与IT融合的过程中,边缘控制器的优势也逐渐显现:

     能更好地满足工业物联网(IIoT)的要求
     实现企业区和制造区间的通信
     分布式智能将数据快速转变为可用智能
     机器灵活,可用性高,降低所需带宽,缩短响应时间

    工业物联网对边缘控制器的要求

     工业计算要求数据源更可靠,因此对边缘设备的要求也更高。高性能,坚固耐用,适合严苛的环境条件。贝加莱推出的硬件产品能完美切合这些要求。一个控制器同时配备实时操作系统(RTOS)和通用操作系统(GPOS),使用寿命长

     实现车间到云端的连接。通过本地和第三方现场总线协议实现车间连接;通过SQL DB, OPC UA , MQTT完成与MES,ERP的连接;通过MQTT, OPC UA实现与云端的连接
    在这里插入图片描述

    图4 开放的架构,第三方总线也能无缝集成

     通过UCB-Server来处理和汇总数据,对现场实时KPI进行处理;对内存,文件系统和GPOS数据库中的数据进行缓冲,有效预防数据丢失;支持系统和用户的双重数据记录存档,NoSQL-DB (Berkeley)用于存储连续的信号和事件,SQL-DB (MySQL/ MariaDB)用于存储用户特定的数据;可通过REST API和SQL客户端对数据记录进行访问

     对数据进行边缘分析。具有先进的趋势系统,其数据库完全免维护,并通过压缩技术来减少数据量;报警系统适合广泛的事件和报警,包括元数据;嵌入式商业智能套件生成即时报表;通过控制性能监控(CPM)对控制回路精度进行永久性评估,提高控制回路效率;通过能源控制减少能耗;通过状态监测降低维护成本;资产性能监测对资产进行保护……

     工业物联网对安全的要求极高。通过每月更新和完成整的系统软件测试,防止病毒软件安装;嵌入式的网络安全可以强化系统,自动预配置内置防火墙,TLS加密;嵌入式远程针对和远程维护访问,无需专门的IT知识,就可通过拖放进行配置

    在这里插入图片描述

    图5 多层级确保IT安全

     实时数据采集和毫秒级控制实现对机器的实时控制;机器协同控制实现生产管理
     针对多变量系统的先进过程控制,对过程控制进行复杂仿真
     数据,报表可视化。基于mappVIEW的HMI应用,不同的客户化HMI内容不需要进行单独编程,却可按权限同步显示在不同HMI上,操作的用户彼此独立,非常方便。例如,管理者的平板电脑上正在显示KPI整体概况,而技术人员正在自己的笔记本电脑上修改机器设置。

    在这里插入图片描述

    原文链接:http://news.ca168.com/201711/93513.html

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  • 在塑造现代生活的技术革命中,微控制器发挥了根本作用,甚至可以说是支配地位。微控制器是小型,多功能,廉价的设备,不仅可以由经验丰富的电气工程师,而且可以由其他学科的业余爱好者,学生和专业人员成功地实施和...

    写在前面

    原文链接

    What Is a Microcontroller? An Introduction to the Central Component in Countless Electronic Devices

    How to Choose the Right Microcontroller for Your Application

    How to Read a Microcontroller Datasheet: Introduction and First Steps

    博客首页

    注:知识搬运,供学习交流使用,侵联删!

    在本文中,我们将研究这些极受欢迎的IC的定义特征,然后研究内部架构。

    正文

    在本文中,我们将研究这些极受欢迎的IC的定义特征,然后研究内部架构。

    如果我必须选择一种技能,这将是所有工程师最宝贵的技能,那么毫无疑问,这是精通基于微控制器的电路设计。

    在塑造现代生活的技术革命中,微控制器发挥了根本作用,甚至可以说是支配地位。微控制器是小型,多功能,廉价的设备,不仅可以由经验丰富的电气工程师,而且可以由其他学科的业余爱好者,学生和专业人员成功地实施和编程。

    可能的微控制器应用程序列表太长了,我甚至不愿给出示例。低成本的可穿戴设备,医疗设备,高端消费电子产品,坚固的工业设备,最先进的军事和航空航天系统-这些适应性强,价格适中,用户友好的组件几乎是所有电子产品中受欢迎的组件。

    在这里插入图片描述

    这个任意波形发生器是我围绕8位微控制器设计的许多电路板之一。

    在本文中,我们将介绍微控制器的定义,并考虑其在设计中的作用。


    什么是微控制器?

    微控制器是一种集成电路(IC)设备,通常用于通过微处理器单元(MPU),存储器和某些外围设备来控制电子系统的其他部分。这些设备针对需要处理功能以及与数字,模拟或机电组件进行敏捷,响应性交互的嵌入式应用进行了优化。

    提到这类集成电路的最常见方法是“微控制器”,但缩写“ MCU”在表示“微控制器单元”时可互换使用。您还可能偶尔会看到“ µC”(希腊字母mu代替“微”)。

    “微控制器”是一个易于选择的名称,因为它强调定义该产品类别的特征。前缀“ micro”表示体积小,术语“ controller”在这里表示增强的执行控制功能的能力。如上所述,此功能是将数字处理器和数字存储器与专门设计用于帮助微控制器与其他组件进行交互的其他硬件结合在一起的结果。

    微控制器与微处理器

    人们有时在指代微控制器时会使用术语“微处理器”或“ MPU”,但是这两个设备不一定相同。 微处理器和微控制器都可以用作小型,高度集成的计算机系统,但是它们可以用于不同的目的。

    术语“处理器”用于标识由中央处理单元和(可选)一些内存组成的系统; 微处理器是在单个集成电路中实现处理器所有功能的设备。 相比之下,微控制器更加重视其他硬件模块,这些模块允许设备控制系统,而不是简单地执行指令和存储数据。

    下图说明了此概念。

    在这里插入图片描述

    总体而言,当我们非正式地交谈或试图避免一遍又一遍地讲相同的单词时,互换使用“微处理器”和“微控制器”这两个术语并不是主要问题。 但是,在进行技术讨论时,重要的是要保持两个概念之间的区别。

    微控制器与数字信号处理器(DSP)

    数字信号处理器(或“ DSP”)是一种针对要求苛刻的计算任务进行了优化的微处理器,例如数字滤波,实时信号的数学分析和数据压缩。 高度复杂的微控制器可以代替数字信号处理器,但如果其内部电路的很大一部分旨在控制,监视和与周围系统通信,则仍将其视为微控制器。

    微控制器的要素

    微控制器由中央处理器(CPU),非易失性存储器,易失性存储器,外围设备和支持电路组成。

    中央处理单元

    CPU根据程序员编写的指令序列执行算术运算,管理数据流并生成控制信号。 设计人员看不到CPU功能所需的极其复杂的电路。 实际上,由于集成了开发环境和诸如C之类的高级语言,为微控制器编写代码通常是一项相当简单的任务。

    存储器

    非易失性存储器用于存储微控制器的程序,即(通常很长的)机器语言指令列表,这些指令告诉CPU确切的操作。 通常,您会看到单词“ Flash”(这是指非易失性数据存储的一种特定形式),而不是“非易失性存储器”。

    易失性存储器(即RAM)用于临时数据存储。 当微控制器掉电时,该数据将丢失。 内部寄存器还提供临时数据存储,但是我们不将它们视为独立的功能块,因为它们已集成到CPU中。

    外围设备

    我们使用“外围设备”一词来描述帮助微控制器与外部系统交互的硬件模块。 以下要点指出了各种外围设备并提供了示例。

    数据转换器:模数转换器,数模转换器,参考电压发生器

    在这里插入图片描述

    该图显示了我使用微控制器的片上ADC数字化的三轴加速度计数据。

    • 时钟生成:内部振荡器,晶体驱动电路,锁相环
    • 时间:通用定时器,实时时钟,外部事件计数器,带调制脉冲
    • 模拟信号处理:运算放大器,模拟比较器
    • 输入/输出:通用数字输入和输出电路,并行存储器接口
    • 串行通讯:UART,SPI,I2C,USB

    在这里插入图片描述
    我的同事马克·休斯(Mark Hughes)围绕16位微控制器设计了该传感器子系统。

    支持电路

    微控制器包含各种不能归类为外围设备的功能块,因为它们的主要目的不是控制,监视或与外部组件通信。 但是,它们非常重要-它们支持设备的内部操作,简化实现并改善开发过程。

    • 调试电路使设计人员可以在执行指令时仔细监视微控制器。 这是跟踪错误并优化固件性能的重要方法,有时是必不可少的方法。
    • 中断是微控制器功能的一个非常有价值的方面。 中断是由基于外部或内部基于硬件的事件生成的,它们使处理器通过执行一组特定的指令来立即响应这些事件。
      在这里插入图片描述

    用C编写的微控制器程序被组织成功能。 中断导致程序执行“引导”到中断服务程序(ISR),ISR完成其任务后,处理器将返回中断发生时正在执行的功能。

    • 如果时钟生成模块旨在产生将在芯片外部使用的信号,则可以将其视为外围设备,但是在许多情况下,微控制器内部振荡器的主要目的是为CPU和外围设备提供时钟信号。 内部振荡器的精度通常很低,但是在可以容忍这种精度的应用中,它们是简化设计并节省电路板空间的便捷有效方式。
    • 微控制器可以包含各种类型的电源电路。 集成的稳压器允许在芯片上生成所需的电源电压,电源管理模块可用于在非活动状态下显着降低设备的电流消耗,管理模块可在电源电压不处于正常状态时将处理器置于稳定的复位状态 足够高以确保可靠的操作。

    下一篇文章

    在本文中,我们将微控制器定义为一种由小型高效处理器内核,程序存储器,数据存储器,外设以及各种形式的支持和调试电路组成的设备。

    在“微控制器简介”系列的下一部分中,我们将介绍如何选择正确的微控制器。 然后,我们将介绍如何读取微控制器的数据手册。

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