基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，包括编程工控机、PLC、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压力传感器，PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间进行现场通讯；光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至PLC，压力传感器采集相邻两电机皮带间的张力值，并将张力值反馈至PLC；PLC用于根据给定转速和反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的所述张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三电机同步控制方案中控制器。三电机同步控制系统中，三台变频器分别驱动三台异步电机，三台电机共同驱动聚酯皮带连接的模拟エ况下的负载。在两两电机之间的皮带上由于电机速度差存在张カ的问题，该控制器不需要加特定的解耦环节，就能将电机的速度与张カ实现解耦，实现高性能的同步控制。本专利技术属于电カ传动控制
技术介绍
多电机同步控制系统广泛地应用于各エ业现场中，如纺织、煤矿、轧钢等领域。在エ业现场中变频驱动是交流感应电机主要的驱动方法之一。但是，多电机同步系统是ー个高阶、非线性、时变的系统，其精确的数学模型不易建立。而且，在多电机系统中，电机的转速与连接电机轴的皮带张カ有着严格的耦合，这给电机转速及皮带张カ的精确控制带来了 一定的难度。对多电机同步控制系统的研究，对于提闻エ厂生广效率、提闻广品的质量有重要意义。目前エ业现场较多的使用PID控制器，但是PID控制器难以实现速度与张カ的精确解耦，经常顾此失彼，所以需要同步性能更高、控制性能更优的控制器来代替PID控制器。本专利技术所研究的对象即为由三台变频器控制的三台交电机的流感应所组成的系统。江苏大学电气信息学院刘国海与嘉兴学院机电工程学院张今朝在《基于GGAP-RBF神经网络逆的复杂多电机系统同步控制》中，提出了基于增长和修剪的RBF (CCAP-RBF)神经网络逆的多电机同步控制方法，用积分器加神经网络再串接于原系统，组成复合伪线性系统。给定量与输出反馈形成误差，分别经过PID控制器作为伪线性系统的输入，引用了基于生长和修剪的RBF神经网络来逼近非线性对象，优化伪线性系统。上述控制器的结构复杂，运算量大，不易于工程实现。本专利技术是ー种结构简单，易于工程实现的控制器构造方法。
技术实现思路
本专利技术是用于解决三电机同步运行问题的控制器构造方法。在用皮带连接的三电机同步运转的系统中，电机的转速与皮带张カ间具有严格耦合，简单地说，张カ的值由其前后两电机的速度差决定。那么改变电机的转速或者皮带张カ的给定值必然会影响到其中另外一个控制量的变化。因此，如何实现电机转速与皮带张カ解耦，是本专利技术的主要技术问题。采用本专利技术的方法构造出的控制器，不依赖于系统的数学模型，将转速与张カ的耦合归于系统总扰动，通过扩张状态观测器观察并给予补偿，具有良好的动静态控制性能，抗负载扰动能力强，有较好的鲁棒性，与传统PID控制器相比，较大地提高了系统的动态响应速度、稳态跟踪精度、抗扰动能力等。实现本专利技术的技术方案是基于模糊ニ阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，包括编程エ控机、PLC (可编程控制器)、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压カ传感器，所述PLC与编程エ控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PR0FIBUS-DP进行现场通讯；所述光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至所述PLC，所述压カ传感器采集相邻两电机皮带间的张カ值，并将张カ值反馈至所述PLC ;所述PLC用于根据给定转速和所述反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张カ值和反馈的所述张カ值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第ニ、第三交流感应电机进行控制。所述PLC带有SM323数字量输入输出模块、SM331模拟量输入模块和FM350高速计数模块。所述PLC中设有ニ阶自抗扰控制器，所述ニ阶自抗扰控制器包括一个ニ阶自抗扰速度控制器和第一、第二两个ニ阶自抗扰张カ控制器，所述ニ阶自抗扰速度控制器和ニ阶自抗扰张カ控制器的结构相同；所述ニ阶自抗扰速度控制器，根据第一交流感应电机转速给定值、当前时刻的转速反馈信号以及当前时刻的第一转速控制值，采用自抗扰控制算法和模糊控制方法计算得到下一时刻的第一转速控制值；所述第一ニ阶自抗扰张カ控制器根据第一和第二交流感应电机之间的皮带张カ给定值F12'当前时刻的张カ反馈值F12以及当前时刻的第二转速控制值，采用自抗扰控制算法和模糊控制方法求得下一时刻的第二转速控制值(即第二台电机下一时刻应有的转速值)；所述第二ニ阶自抗扰张カ控制器根据第二 和第三交流感应电机之间的皮带张カ给定值F23'当前时刻的张カ反馈值F23以及当前时刻的第三转速控制值，采用自抗扰控制算法和模糊控制方法求得下一时刻的第二转速控制值(即第二台电机下一时刻应有的转速值);所述下ー时刻的第一转速控制值输出至所述第一变频器，所述第一变频器输出下ー时刻的控制信号值至第一交流感应电机，实现第一交流感应电机的速度闭环控制；所述下一时刻的第二转速控制值转换变为下一时刻的第二转速值，下一时刻的第二转速值与第一交流感应电机转速给定值的差值输出至所述第二变频器，所述第二变频器输出下ー时刻的控制信号值至第二交流感应电机，实现第一台与第二台电机间的张カ闭环控制；所述下一时刻的第三转速控制值转换变为下一时刻的第三转速值，下一时刻的第三转速值和下一时刻的第二转速值与给定的第一交流感应电机转速值的差值，输出至所述第三变频器，所述第三变频器输出下ー时刻的控制信号值至第三交流感应电机，实现第二台与第三台电机间的张力闭环控制。作为本专利技术的进ー步改进，所述ニ阶自抗扰控制器由跟踪微分器(TrackingDifferentiator, TD)、扩张状态观测器((Extended Status Observer, ES0)、非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)模糊控制器和扰动补偿模块组成所述跟踪微分器输入给定输入信号Vtl，采用快速最优控制综合函数计算出给定输入信号的跟踪信号V1和微分信号V2 ;所述扩张状态观测器输入被控对象的输出值y、ニ阶自抗扰控制器输出的控制量u和补偿因子Iv输出被控对象的输出值I的跟踪信号Z1、微分信号Z2和系统总扰动ω (t)的观测值Z3 ;所述给定输入信号的跟踪信号V1和微分信号V2和跟踪信号Z1、微分信号分别相减，得到跟踪信号观测误差e i和微分信号e2，输入所述非线性状态误差反馈控制律，所述非线性状态误差反馈控制律通过快速最优控制综合函数计算出控制信号Utl ;所述模糊控制器采用模糊控制方法获取參数补偿因子Iv输出至所述扰动补偿模块；所述扰动补偿模块输出系统总扰动补偿分量"^对控制信号Utl进行补偿，得到控制器输出的控制量U。所述采用模糊控制方法获取參数补偿因子Iv具体包括下列步骤步骤A确定模糊控制器的输入为扩张状态器的跟踪信号和微分信号Z2，输出变量为bQ ；步骤B确定输入输出量对应语言变量的论域元素；步骤C在个输入和输出语言变量论域中定义模糊子集对应的模糊子集为{NB, NM, NS, Z0, PS, PM, PB}，隶属度函数选用三角形隶属度函数；步骤D采用Mamdani型推理确定模糊规则设计出模糊矩阵表；步骤E依据模糊控制规则，总结推算出模糊控制表，将表以ニ维阵列加结构的数据类型存入PLC数据块中。作为本专利技术的进ー步改进，所述ニ阶自抗扰控制器执行下列步骤步骤I初始化k时刻TD、ESO和控制量；步骤2计算k+Ι时刻TD输出值给定输入信号的跟踪信号V1和微分信号V2 ;步骤3采样k时刻系统输出值；步骤4计算k+Ι时刻ESO输出值被控对象的输出值y的跟踪信号Z1、微分信号Z2和系本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，其特征是，该系统包括编程工控机、PLC、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压力传感器，所述PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PROFIBUS？DP进行现场通讯；所述光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至所述PLC，所述压力传感器采集相邻两电机皮带间的张力值，并将张力值反馈至所述PLC；所述PLC用于根据给定转速和所述反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的所述张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐琳，刘星桥，朱丽婷，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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