提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，以实现有效抑制系统内外出现的扰动，提高耦合系数选取范围，从而使双电机系统转速保持同步，本发明专利技术采取以下技术方案，1）将两台电机的机械动力学方程作为一个整体，建立带扰动的统一速度环数学模型；2）根据统一速度环数学模型的设计双电机的统一速度环控制器单元，所述控制器单元用于对两台电机的扰动信息进行估计并补偿；3）通过转速同步误差单元实时采集两台电机的转速信息并计算转速同步误差；4）通过同步控制器单元调节两台电机转速同步。调节两台电机转速同步。调节两台电机转速同步。

【技术实现步骤摘要】
提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法

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[0001]本专利技术涉及一种提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法。

技术介绍
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[0002]永磁同步电机具有结构简单、效率高、功率密度大等优点，在工厂的传动系统中，为了使传动平稳同时满足输出功率，通常会采用双电机或者多电机的驱动方式。对于双电机控制系统，当一台电机受到负载扰动时，传送系统中两台电机均会产生跟踪误差，此时电机间联接处可能会发生皮带断裂的危险情况。因此研究双永磁电机系统的转速同步控制，在工业自动化生产线、大功率平稳传动场合中具有重要的实际意义。目前多电机转速同步控制主要针对控制结构与控制方法两方面研究。
[0003]在并行控制结构中，两台电机之间无信息交互，且当其中一台电机受到负载扰动转速发生变化时，另一台电机不能跟随这种变化，同步性能较差；在主从控制结构中，从电机的给定是由主电机的输出决定，在出现负载扰动时，具有较差的动态性能；在交叉耦合控制结构中，将两台电机转速差值按一定耦合系数等值分配并补偿到各轴，达到转速同步的目的。另一方面随着微处理器技术、电力电子技术的发展，智能控制算法引起学者们的注意，国内外学者结合自适应控制、神经网络等先进控制算法，先进智能控制算法通过提高单台电机的跟踪性能，间接提高了系统同步性能。但是由于现代控制方法比较依赖于控制对象模型，而模型存在不确定性扰动，所以有必要建立不依赖对象模型的控制策略，来增强算法的实用性。

技术实现思路
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[0004]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术一种提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，包括如下步骤：
[0007]1)将两台电机的机械动力学方程作为一个整体，建立带扰动的统一速度环数学模型；
[0008]2)根据统一速度环数学模型的设计双电机的统一速度环控制器单元，所述控制器单元用于对两台电机的扰动信息进行估计并补偿；
[0009]3)通过转速同步误差单元实时采集两台电机的转速信息并计算转速同步误差；
[0010]4)通过同步控制器单元调节两台电机转速同步。
[0011]本专利技术方法包括的硬件包括指令给定单元、控制器单元、转速同步误差计算单元、同步控制单元、逆变驱动单元、信息采集单元。
[0012]所述指令给定单元是用于双电机系统转速同步期望值。通常根据实际生产场合的需求进行设定ω
ref
。
[0013]所述控制器单元是根据系统的模型所设计的。系统中永磁电机采用双闭环矢量控制方式，两台电机轴通过柔性材料制成的皮带联接；由此，将两台电机的机械动力学方程作为一个整体，与传统的双电机系统中分别对单个电机进行建模不同，本专利技术首先将两台电机的速度环视为一个整体建立了带扰动的统一速度环数学模型。通过对统一速度环模型的建立，设计双电机统一速度环控制器，该速度控制器引入线性自抗扰控制器对扰动信息进行估计并补偿，控制器由系统总扰动估计器和线性误差反馈控制率组成，相应的总扰动是负载扰动和由系统模型失配、参数摄动等引起的不确定性扰动组成。
[0014]所述转速同步误差计算单元是将两台电机的实时转速作为输入，计算后的转速同步误差为输出的单元。设ω1，ω2分别为电机1和电机2的机械角速度，定义转速同步误差为E
ω
＝ω1‑
ω2。E
ω
作为反馈量作用于同步控制器，同时其大小可表示为双永磁电机系统转速同步精度的性能指标。
[0015]所述同步控制单元，通过指令给定单元设定系统的给定转速ω
ref
，双电机柔性联接传动中电机1、2的转速期望达到同步运行的状态，即ω1＝ω2＝ω
ref
。同步控制器采用交叉耦合控制方法，将转速同步误差按一定的比例，等值分配到各电机的q轴电流环。
[0016]所述转速同步误差单元与转速同步控制单元同时工作。转速同步误差单元计算后得到的转速同步误差，通过同步控制单元进行转速同步调节。同步控制单元是采用交叉耦合控制方法以实现双电机转速同步控制，其同步控制器表达式为：
[0017][0018]式中，K
c
表示耦合系数K
c
；，i
qc1
、i
qc2
表示经过耦合系数补偿后的q轴给定电流；表示经过限幅后的速度控制器输出的q轴给定电流。
[0019]耦合系数K
c
与转速同步性能正相关，但过大会造成系统不稳定。其交叉耦合控制器的工作过程是：在其中一台电机受到扰动时，而造成转速的跌落时，交叉耦合控制器能够迅速将该同步误差值反馈到各电机的q轴电流环中，从而调节转矩达到转速同步的目的；且相比传统PI控制方法，能够增加耦合系数K
c
选取范围提高转速性能。
[0020]从上式可以看出，当两台电机运行在稳定状态，且没有外在扰动时，即ω1＝ω2＝ω
ref
；同步控制器不产生作用，当系统受到负载扰动时，ω1≠ω2，此时误差通过同步控制器后，向各电机q轴电流中叠加等值补偿量。系统的转速协同性能与交叉耦合系数绝对正相关，但是同时较大的交叉耦合系数会对传统控制带来不稳定的因素，所以无法达到最好协同性能。为了进一步提高耦合系数，正因为所设计控制器的优越性能，通过所提算法将交叉耦合所带来的不确定扰动通过自然解耦处理的方式在控制率抵消了，提高了交叉耦合系数选取范围。
[0021]从同步控制器表达式可以看出，当两台电机运行在稳定状态，且没有外在扰动时，即ω1＝ω2＝ω
ref
；同步控制器不产生作用，当系统受到负载扰动时，ω1≠ω2，此时误差通过同步控制器后，向各电机q轴电流中叠加等值补偿量。
[0022]所述逆变驱动单元是根据控制单元的脉冲指令控制两台电机的运行。
[0023]所述信息采集单元是由三相电流传感器、直流母线电压传感器、增量式编码器组成，其采集信息主要用于反馈调节、转速同步误差计算，转速同步调节，使得系统稳定运行。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术从解决双永磁电机系统转速同步性能的问题出发，提出了采用统一建模的方式，与传统双电机系统分别对单个电机进行建模不同，首先将两台电机的速度环视为一个整体建立统一速度环模型。基于该模型引入线性自抗扰控制器对扰动信息进行估计并补偿，该策略不但可以不依赖于扰动的模型估计出负载扰动，而且能估计出由系统模型失配、参数摄动等引起的不确定性扰动。结合交叉耦合结构实现了两台电机的转速同步，提高了系统抗扰动的能力；通过仿真实验验证，耦合系数选取范围可以扩大到原来采用PI控制方法的5倍，从而进一步提升系统的同步性能。
附图说明：
[0026]图1是采用速度环统一建模的双永磁电机转速同步抗扰动的原理框图；
[0027]图2(a)是双永磁电机系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，其特征在于：包括1)将两台电机的机械动力学方程作为一个整体，建立带扰动的统一速度环数学模型；2)根据统一速度环数学模型的设计双电机的统一速度环控制器单元，所述控制器单元用于对两台电机的扰动信息进行估计并补偿；3)通过转速同步误差单元实时采集两台电机的转速信息并计算转速同步误差；4)通过同步控制器单元调节两台电机转速同步。2.如权利要求1所述的提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，其特征在于：在设计控制器单元时，先将两台电机的速度环视为一个整体并建立带扰动的统一速度环数学模型，将所述数学模型写为包含有扰动信息的状态空间方程，根据所述状态空间方程的扰动信息设计总扰动估计器；所述数学模型中的扰动项由扰动估计值抵消后，通过设计比例控制器进行性能调节。3.如权利要求2所述的提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，其特征在于：所述带扰动的统一速度环数学模型的表达式为：式中，ω＝[ω
1 ω2]
T
，ω1、ω2分别表示两台电机的机械角速度；u＝[i
q1
i
q2
]
T
，i
q1
、i
q2
分别表示两台电机的q轴电流；f
w
表示外部扰动，其中W1、W2分别表示两台电机的外部随机摩擦力扰动和交叉耦合扰动；f
n
表示内部扰动，其中N1、N2分别表示两台电机的所述数学模型建立过程中的偏差扰动；参数摄动Δu
i
指(b
i
‑
b0)u
i
(i＝1,2)摄动部分，其中，b0由b0＝K
t
/J计算得到，b
i
是两台电机的实际值；K
t
表示电机的转矩常数；J表示电机的转动惯量。4.如权利要求3所述的提高双电机柔性联接传动系统转速同步控制性能的方法，其特征在于：包含有扰动信息的状态空间方程为：式中，x＝[ω1f1ω2f2]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：梅建华，庄安荣，李亮，
申请(专利权)人：南京科远驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：