【技术实现步骤摘要】
本专利技术中空纤维膜拉丝领域，具体涉及一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法及系统。
技术介绍
1、中空纤维膜是一种具有自支撑作用的分离膜，外形像纤维状，内部有中空的通道，广泛应用于水处理、气体分离、食品和生物制药等领域。中空纤维膜的性能和结构取决于其材料和制备工艺，采用较多的制备方法为熔体纺丝—拉丝法，将膜材料溶液通过特殊的模具挤出，形成中空的纤维状结构，然后通过固化、干燥等后处理工艺，得到具有一定孔径和性能的中空纤维膜。
2、中空纤维膜的厚度大约在0.1mm至1.5mm之间，其制备过程通常采用多道次拉丝处理，这个过程涉及电机同步控制，如果电机控制精度不高，会导致纤维膜拉丝过程出现裂缝甚至断裂，而传统电机控制通常采用pid控制，其控制精度较低，抗干扰能力差。
3、亟需提供一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法及系统，解决上述技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法及系统，用以解决现有技术中存在的控制精度较低，抗干扰能力差，进而导致控制精度和稳定性较差的技术问题。
2、一方面，本专利技术提供了一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，用于控制中空纤维膜拉丝机系统中多个卷筒永磁同步电机的转速，所述方法包括：
3、确定所述多个卷筒永磁同步电机的设定转速；
4、获取所述卷筒永磁同步电机的电机系统模型；
5、基于所述电机系统模型确定所述卷筒永磁同步电机的改进非奇异快速终端滑模控制律
6、设计非线性扩张状态观测器，并基于所述非线性扩张状态观测器确定所述中空纤维膜拉丝机系统的估计扰动；
7、基于所述改进非奇异快速终端滑模控制律和所述估计扰动确定复合控制律；
8、基于所述设定转速和所述复合控制律对所述多个卷筒永磁同步电机的转速进行控制。
9、在一些可能的实现方式中，所述电机系统模型包括定子电压模型、电磁转矩模型和机械运动模型；
10、所述定子电压模型为：
11、
12、所述电磁转矩模型为：
13、
14、所述机械运动模型为：
15、
16、式中，为定子电压的d轴分量；为定子电压的q轴分量；为定子电流的d轴分量；为定子电流的q轴分量；为定子电阻；为永磁磁链；为d轴电感分量；为q轴电感分量；为电角速度；为机械角速度；为转动惯量；为磁极对数；为电磁转矩；为负载转矩；为粘性摩擦因素。
17、在一些可能的实现方式中，所述基于所述电机系统模型确定所述卷筒永磁同步电机的改进非奇异快速终端滑模控制律，包括：
18、基于所述电机系统模型确定所述卷筒永磁同步电机的转速误差以及转速误差导数；
19、设计非奇异快速终端滑模面，并基于所述非奇异快速终端滑模面确定非奇异快速终端滑模控制律；
20、获取饱和函数，并基于所述饱和函数确定指数趋近律；
21、基于所述饱和函数和所述指数趋近律对所述非奇异快速终端滑模控制律进行调整，获得所述改进非奇异快速终端滑模控制律。
22、在一些可能的实现方式中，所述改进非奇异快速终端滑模控制律为：
23、
24、
25、
26、
27、式中，为改进非奇异快速终端滑模控制律；为非奇异快速终端滑模控制律；为转速误差；为滑模控制切换增益；、、、、、均为常数；为非奇异快速终端滑模面；为指数趋近律；为饱和函数；为符号函数。
28、在一些可能的实现方式中，所述设计非线性扩张状态观测器，包括：
29、构建所述卷筒永磁同步电机的状态空间方程；
30、定义观测对象，所述观测对象为所述机械角速度和所述扰动；
31、基于所述状态空间方程和所述观测对象设计所述非线性扩张状态观测器。
32、在一些可能的实现方式中，所述非线性扩张状态观测器为：
33、
34、
35、式中，为转速估计误差；为实际输入的机械角速度；为所述非线性扩张状态观测器估计的机械角速度；为估计扰动；、、、均为正实数。
36、在一些可能的实现方式中，所述状态空间方程为：
37、
38、
39、式中，d为系统扰动；为的导数；为转速v的导数。
40、在一些可能的实现方式中，所述复合控制律为：
41、
42、式中，为复合控制律；为所述非线性扩张状态观测器的增益。
43、在一些可能的实现方式中，所述多个卷筒永磁同步电机包括第一卷筒永磁同步电机、第二卷筒永磁同步电机以及第三卷筒永磁同步电机，所述设定转速包括分别与所述第一卷筒永磁同步电机、第二卷筒永磁同步电机以及第三卷筒永磁同步电机对应的第一设定转速、第二设定转速和第三设定转速；所述确定所述多个卷筒永磁同步电机的设定转速，包括：
44、确定所述第一设定转速，并确定所述第一设定转速与所述第二设定转速的第一标定关系以及所述第一设定转速与所述第三设定转速的第二标定关系；
45、基于所述第一设定转速和所述第一标定关系确定所述第二设定转速，并基于所述第一设定转速和所述第二标定关系确定所述第三设定转速。
46、另一方面，本专利技术还提供了一种中空纤维膜拉丝机系统，包括：中空纤维膜喷丝头、导向轮、第一卷筒、第二卷筒、第三卷筒、收卷筒以及设置在所述第一卷筒和所述第二卷筒之间的第一拉丝模具和设置在所述第二卷筒和所述第三卷筒之间的第二拉丝模具；所述第一卷筒、所述第二卷筒以及所述第三卷筒通过多个卷筒永磁同步电机控制转动；
47、其中，所述卷筒永磁同步电机的转速由上述任意一种可能的实现方式中的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法进行控制。
48、采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，首先，基于电机系统模型确定卷筒永磁同步电机的改进非奇异快速终端滑模控制律，并设计非线性扩张状态观测器，基于非线性扩张状态观测器确定中空纤维膜拉丝机系统的估计扰动，然后利用估计扰动改进非奇异快速终端滑模控制律确定复合控制律，将估计扰动考虑在复合控制律内，提高了对多个卷筒永磁同步电机进行控制的鲁棒性、控制精度以及稳定性。
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1.一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，用于控制中空纤维膜拉丝机系统中多个卷筒永磁同步电机的转速，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述电机系统模型包括定子电压模型、电磁转矩模型和机械运动模型；
3.根据权利要求2所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述基于所述电机系统模型确定所述卷筒永磁同步电机的改进非奇异快速终端滑模控制律，包括：
4.根据权利要求3所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述改进非奇异快速终端滑模控制律为：
5.根据权利要求4所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述设计非线性扩张状态观测器，包括：
6.根据权利要求5所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述非线性扩张状态观测器为：
7.根据权利要求6所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述状态空间方程为：
8.根据权利要求6所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述复合控制
9.根据权利要求1所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述多个卷筒永磁同步电机包括第一卷筒永磁同步电机、第二卷筒永磁同步电机以及第三卷筒永磁同步电机，所述设定转速包括分别与所述第一卷筒永磁同步电机、第二卷筒永磁同步电机以及第三卷筒永磁同步电机对应的第一设定转速、第二设定转速和第三设定转速；所述确定所述多个卷筒永磁同步电机的设定转速，包括：
10.一种中空纤维膜拉丝机系统，其特征在于，包括：中空纤维膜喷丝头、导向轮、第一卷筒、第二卷筒、第三卷筒、收卷筒以及设置在所述第一卷筒和所述第二卷筒之间的第一拉丝模具和设置在所述第二卷筒和所述第三卷筒之间的第二拉丝模具；所述第一卷筒、所述第二卷筒以及所述第三卷筒通过多个卷筒永磁同步电机控制转动；
...【技术特征摘要】
1.一种中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，用于控制中空纤维膜拉丝机系统中多个卷筒永磁同步电机的转速，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述电机系统模型包括定子电压模型、电磁转矩模型和机械运动模型；
3.根据权利要求2所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述基于所述电机系统模型确定所述卷筒永磁同步电机的改进非奇异快速终端滑模控制律，包括：
4.根据权利要求3所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述改进非奇异快速终端滑模控制律为：
5.根据权利要求4所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述设计非线性扩张状态观测器，包括：
6.根据权利要求5所述的中空纤维膜拉丝机系统复合控制方法，其特征在于，所述非线性扩张状态观测器为：
7.根据权利要求6所述的中空纤维...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文聪，宋婷婷，张学文，高鹏，王澳黎，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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