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多电机同步控制策略研究

姚武军  
【摘要】:近年来,随着制造业的不断发展,越来越多的机械设备,尤其是大型机械设备需要多台电机共同驱动;而为了提高设备的质量,对多台电机的速度同步性能要求也越来越高。因此,如何改善多电机同步控制系统的性能及提高同步控制精度,具有十分重要的现实意义。 然而,当前的多电机同步控制存在两个主要问题:第一,单台电机对给定速度的跟踪误差问题。想要实现多台电机同步运行,单台电机的控制效果要好,这就要求每台电机的控制器应该具有良好的动态响应能力和速度跟踪能力;第二,多台电机之间的速度同步误差问题。多台电机控制结构的好坏以及速度同步误差补偿策略的选择,直接影响系统的稳定和同步精度。 本文以3台永磁同步电机速度同步为研究对象,以提高单台电机的速度跟踪性能和减小3台电机之间的速度同步误差为研究目标,提出了一种基于偏差耦合的多电机自抗扰同步控制策略。本文所做的工作主要包括以下几部分: (1)介绍了永磁同步电机的特点和控制策略,以及几种常见的多电机同步控制结构,重点研究了偏差耦合控制结构,并在Matlab/Simulink中搭建了几种多电机同步控制结构的模型进行仿真实验。 (2)针对PID控制在非线性、时变、强耦合的多电机同步控制中的不足,设计了永磁同步电机速度环自抗扰控制器,提高了系统的稳态性能和抗干扰能力;针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,引入时间尺度概念,推导出永磁同步电机的时间尺度计算公式,并将永磁同步电机的时间尺度和自抗扰控制器的参数整定结合起来,简化了自抗扰控制器的参数整定。 (3)针对传统偏差耦合控制结构的不足,设计了一种基于模糊算法的改进型偏差耦合结构。当电机运行状态改变时,采用提出的偏差耦合控制器可以实现多台电机耦合次序的实时调整,并用Matlab进行仿真,结果验证了其在同步控制方面的优越性。 (4)针对多电机系统的分布式特点,设计了PROFIBUS DP通信从站,组建了多电机系统PROFIBUS通信网络,并利用WINCC编写了多电机同步控制系统监控界面。


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