伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统研究

【摘要】：结晶器非正弦振动是连续铸钢行业的关键技术之一，该技术可以改善铸坯质量，提高生产效率。本文以国家发明专利“伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置”为背景，采用交流伺服电机中广泛使用的永磁同步电机作为驱动设备，对永磁同步电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统进行了研究。 首先，给出永磁同步电机的基本数学模型，利用矢量控制的坐标变换理论，得到其在两相旋转dq坐标系下的数学模型，为后面的研究提供了理论基础。 其次，根据对结晶器进行定位控制的需要，研究了永磁同步电机的位置控制问题，给出了一种自适应终端滑模控制算法。快速终端滑模控制方法可以使控制系统误差快速收敛，同时为了削弱抖振现象，采用自适应算法来估计负载干扰不确定项上界，并用双极性sigmoid函数取代控制律中的符号函数。通过仿真验证了该方法的有效性。 然后，结合连铸结晶器非正弦振动控制系统对永磁同步电机变角速度转动的要求，研究了电机的转速跟踪问题，给出了一种快速动态滑模控制算法。采用动态滑模控制，可以有效地削弱抖振，根据快速终端滑模的思想设计趋近律，可使系统快速收敛。仿真结果表明，所设计的控制器可以使电机快速准确地跟踪给定速度信号，并且对负载扰动具有较强的鲁棒性。 最后，采用西门子1FT6型伺服电机、SINAMICS S120伺服驱动器以及S7-400PLC等硬件，设计并构建了伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统实验平台，通过STEP 7和STARTER软件对控制系统进行硬件组态和程序设计。针对不同频率和波形偏斜率的情况，进行了伺服电机跟踪给定转速曲线的实验，实验结果验证了所设计控制系统的可行性。