逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法，其特征是:计量辊、背压辊及涂布辊之间速差比的控制。本发明专利技术仿真结果表明，本控制方法具有鲁棒性和快速跟踪性能，控制系统抗干扰能力强，可靠性好，控制精度高，其动态控制精度充分满足三辊涂布传动的要求，为交流同步电机传动系统定速比控制的应用提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法
本专利技术涉及一种多电机定速比控制方法，具体地讲，是一种逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法。
技术介绍
逆转辊涂布技术是最通用的涂布方法，其广泛应用于胶片、造纸、织物处理和复合材料等行业，具有通用性、精确性和较高生产率的特点。由涂布厚度计算公式[1]可知，逆转辊涂布厚度的变化与涂布辊线速度VC、计量辊线速度VM、背辊线速度VB的变化有直接的关系，即要求各辊必须保持严格的定速比传动关系才能确保涂层厚度均匀，涂布过程的张力恒定，从而保证涂布质量。这需要控制多台电机，即采用多电机独立驱动各辊运行。因此，研究多电机定速比控制有重要的理论意义和实际应用价值。近年来，许多学者对多电机定速比控制进行了广泛的研究。目前多电机协调同步控制算法主要有两种:非耦合控制算法和耦合控制算法[2]。对于多电机的协调控制，非耦合控制算法是针对每一轴的控制方式，它的主要思想就是各电机相互独立控制。肖本贤[3]基于锁相环原理和基准脉冲技术，提出了主从电机定速比跟踪控制策略，设计了鉴频鉴相器，实现了齿轮传动链到电子传动链的转变,这大大提高了多电机系统的跟踪控制性能和柔性。邓智泉[4]针对三相异步电动机系统这一多变量、强耦合的控制对象，利用非线性几何理论中的反馈线性化方法,实现双电机系统的精确解耦和全局线性化，从而利用线性控制理论精确进行定速比控制。范俭[5]对交流电动机传动机械系统定速比控制问题进行了理论和试验研究，提出了定速比跟踪控制的策略和变结构前馈复台控制方法,并用仿真和试验表明，该控制方法具有鲁棒性和快速跟踪性。在传统的耦合控制算法中[6]，加入从电机对于主电机的反馈，使得不仅从电机可以精确地跟踪主电机，主电机也可以在从电机运行情况发生变化时改变自己的运行以保持与从电机的同步。1980年，密西根大学Koren教授提出了交叉耦合控制(Cross-coupledControl,CCC)思想[7,8],为提高多轴协同运动精度提供了一个新的途径。耦合控制将多轴之间的运动同步误差作为控制指标，直接实施闭环控制，达到提高多轴协同运动精度的目的。耦合控制是提高多轴系统同步运动精度、改善系统抗干扰能力的有效控制方法，在龙门移动双轴同步驱动控制[9]、多机器人协调控制[10]、机器人灵巧手基关节同步控制[11]等获得成功应用。
技术实现思路
针对逆转三辊涂布定速比传动的特点，参考同步电机滞环电流控制策略，本专利技术的目的是提供一种永磁同步电动机传动系统耦合定速比控制的控制方法。一种逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法，其特征是：计量辊、背压辊及涂布辊之间速差比，可按下面公式计算：(1)i-速比；q-涂布量；q0-基准涂布量；i0-基准速比；根据制品要求，在各辊直径相同的情况下，只需调节背压辊与计量辊相对涂布辊的速度即可得到所需涂布量，故对于固定的基材，速比i应保持恒定，从而保证涂布量均匀恒定；定义定速比精度H：(2)ir-实际速度比，逆转涂布器的三个辊速精度H设计要求为0.5%，取wM/wC=0.8,wC/wB=1.25。wM-计量辊角速度，wC-涂布辊角速度，wB–背压辊角速度；参考模型是一个具有固定结构和恒定参数的理想模型，其状态方程可以描述为(3)式中Am为参考模型的系数矩阵。参考模型以各辊角速度wi为输入，经过定速比控制运算，获得参考模型的输出wm(4)式中，wm为参考模型的输出。参考模型的输出被规定为三个独立的PMSM控制系统应具有的理想速度输出。由于外界干扰和内部参数的随机变化等，被控对象的换算后的实际速度输出与参考模型的输出之间会出现误差率(5)交叉耦合补偿机构将根据速度比误差率ei(i=1.2.3)，进行前馈补偿控制。最终控制器将根据输入速度信号r(t)、受控对象实际输出的反馈信号和前馈补偿信号，对受控对象发出相应的控制信号，使速度比误差率ei减小以至消失，因此使得三个同步电机速度均实时跟踪参考模型的输出速度，从而实现逆转辊涂步的定速比控制。本专利技术仿真结果表明，本控制方法具有鲁棒性和快速跟踪性能，控制系统抗干扰能力强，可靠性好，控制精度高，其动态控制精度充分满足三辊涂布传动的要求，为交流同步电机传动系统定速比控制的应用提供了理论依据。附图说明图1为本专利技术逆转三辊式涂布原理图。图2为本专利技术逆转三辊式涂布模型。图3为本专利技术系统控制结构框图。图4为专利技术外部负载和输入速度曲线。图5为本专利技术仿真结果参考图。图中：1、计量辊；2、背压辊；3、涂布辊；4、壁板；5、刮刀；6、涂布液。具体实施方式在逆转辊涂布系统中，速度比值是一个重要的因素，所以对三台电机之间的精确协调同步要求较高。本文以逆向三辊式涂布技术为研究对象，针对逆向三辊式涂布系统具有高同步精度特点，通过对其工作原理的分析及控制系统的设计，建立了多电机协调控制多领域物理模型和数学模型；并针对涂布过程中存在的负载时变、各辊转速耦合、模型参数不确定等特点，参考永磁同步电机(PMSM)滞环电流控制策略，设计一种耦合定速比控制算法，即通过三个独立的补偿速度PID控制器分别实现三个永磁同步电机(PMSM)对三辊速度期望均值的动态输出特性的实时跟踪控制，从而实现涂布辊3、计量辊1及背压辊2的精确定速比控制。针对逆向三辊式涂布系统，在AMESim中建立三辊控制模型，并与ADAMS进行联合仿真，在三辊负载时变的情况下，分析该控制方法的快速跟踪性、抗干扰能力以及可靠性。三辊涂布系统建模与分析原理分析如图1所示，逆转辊涂布的原理主要满足以下两点要求[1]:第一:计量辊1与涂布辊3的旋转方向相反，且两辊之间保持一个精确的计量间隙，基材表面薄膜的厚度由辊隙和计量辊1与涂布辊3的表面速度调节。第二:基材由弹性背辊支撑，薄膜从涂布辊3转移到基材上。系统建模计量辊1、背压辊2及涂布辊3之间速差比，可按下面公式计算：(1)i-速比；q-涂布量；q0-基准涂布量；i0-基准速比据制品要求,在各辊直径相同的情况下，只需调节背压辊2与计量辊1相对涂布辊3的速度即可得到所需涂布量。故对于固定的基材，速比i应保持恒定，从而保证涂布量均匀恒定。影响速度比波动因素分析影响电动机转速波动的因素有很多，包括不可控因素：电压电流的突变，漏磁，辊与壁板4的摩擦；可控因素：辊的弹性和机器的振颤，负载突变等。本文重点研究在负载时变的情况下，系统保持定速比传动的能力。定义定速比精度H：(2)ir-实际速度比。逆转涂布器的三个辊速精度H设计要求为0.5%。取wM/wC=0.8,wC/wB=1.25。wM-计量辊角速度，wC-涂布辊角速度，wB–背压辊角速度耦合定速比控制原理为了克服三辊涂布在运行过程中存在的速度耦合、负载扰动、辊与壁板的摩擦等各种非线性因素影响，本文将其作为三个独立的同步电机（PMSM）跟踪系统并将负载扰动作为干扰处理，通过提高PID控制器的鲁棒性和自适应性来实现三个同步电机控制三辊系统对同一个理想参考模型的动态和稳态输出特性的精确跟踪，从而获得三辊的精确定速比控制。PMSM永磁交流同步电机（PMSM）相对于其它形式的电机有着自身显著的特点：在基速以下不需要励磁电流，在稳定运行的时候没有转子电阻损耗，可以显著的提高功率因数；不设有电刷和滑环，结构简单，使用方便，可靠性高；并且相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆转辊涂布系统多轴交叉耦合定速比控制方法，其特征是：计量辊(1)、背压辊(2)及涂布辊(3)之间速差比，可按下面公式计算：(1)i-速比；q-涂布量；q0-基准涂布量；i0-基准速比；根据制品要求，在各辊直径相同的情况下，只需调节背压辊(2)与计量辊(1)相对涂布辊(3)的速度即可得到所需涂布量，故对于固定的基材，速比i应保持恒定，从而保证涂布量均匀恒定；定义定速比精度H：(2)ir-实际速度比，逆转涂布器的三个辊速精度H设计要求为0.5%，取wM/wC=0.8,wC/wB=1.25；wM-计量辊(1)角速度，wC-涂布辊(3)角速度，wB–背压辊(2)角速度；参考模型是一个具有固定结构和恒定参数的理想模型，其状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞锦平，陈永亮，叶亚林，赵永杰，李昇平，顾佩华，
申请(专利权)人：汕头大学，汕头轻工装备研究院，
类型：发明
国别省市：