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多永磁电机直驱带式输送机自抗扰协同控制策略研究

郝建伟  
【摘要】:随着我国煤矿智能化建设进程的不断推进,作为煤矿井下主运输装备的带式输送机,其智能化改造已迫在眉睫。传统的矿用带式输送机多采用异步电机配合减速器的驱动形式,其驱动效率、可靠性和智能化水平较低,影响着煤矿井下的运输效率和煤炭产量。永磁直驱技术可在不借助减速器等机械装置的前提下,通过变频控制实现带式输送机的低速大扭矩直驱运行,具有驱动效率高、可靠性高、节能效果好等优点,现已成为矿用带式输送机智能化改造的重要发展方向。本文以内蒙古某矿带式输送机为研究对象,对其驱动系统进行永磁直驱改造设计,开展了自抗扰控制算法、无传感器控制技术和多电机协同控制策略研究。首先,确定了带式输送机永磁直驱改造方案,并通过理论分析与计算,选择了改造后配套设备的型号。其次,为了提升带式输送机运转过程中的稳定性、抗扰动能力和降低控制成本,设计了基于非线性自抗扰控制器(NLADRC)、线性自抗扰控制器(LADRC)、PI控制器的三种永磁同步电机调速控制策略和基于非线性扩张状态观测器(NLESO)的无传感器调速控制策略;通过搭建仿真模型并开展仿真试验,验证了本文所设计的基于NLADRC的控制策略具有最优的电机响应与跟随特性,基于非线性扩张状态观测器的无传感器控制技术可成功实现永磁同步电机闭环调速控制。接着,针对多电机驱动带式输送机由于电机不同步所造成的输送带张力不均或张紧力过大等问题,开展了多永磁电机协同控制策略研究,通过仿真试验对比得出了偏差耦合协同控制具有较好的同步性能;为进一步降低由于外界冲击对多驱动电机同步性能的影响,借助模糊PI控制技术对传统的偏差耦合进行优化设计。最后,在实验室搭建了多永磁电机直驱带式输送机试验台,通过试验进一步验证了所提控制策略的合理性与可行性。研究结果表明:采用自抗扰协同控制策略,三台永磁电机在带式输送机空载启动、重载启动、变速运行工况下均具有优异的响应、跟随特性和同步性能;自抗扰控制改善了电机的启动特性、跟随特性和抗干扰能力;基于模糊PI补偿器的偏差耦合控制策略实现了多电机间的高度同步性。研究结果有助于提高多永磁电机驱动带式输送机的驱动效率、响应特性、跟随特性和同步性能,对于加快推动先进永磁直驱技术在矿用带式输送机上推广应用具有指导意义和实用价值。本论文有图90幅,表16个,参考文献116篇。


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