[发明专利]异步电动机的速度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及异步电动机的转速控制，更具体地指钢铁冶金工业生产过程中，异步电动机的速度控制方法。

背景技术

在钢铁冶金工业生产实践中，异步电动机在主要用在轧钢机、各类剪切机和控制辊道的各类设备，目前的世界先进电动机控制领域中，有矢量控制方法、直接转距控制方法、无速度传感器调速方法和恒压频比(V/f)控制方法等。滑模控制器与(PI)控制器都可用在矢量控制的异步电动机中，矢量控制的异步电动机系统请见图1。图1显示的是工业控制中一个常见的异步电动机矢量控制系统，M为异步电动机，由VSI(空间电压矢量控制逆变器)对其进行控制。当电动机运行时，其输出转速ω由数字编码器进行读取数值，反馈到磁链观测器和速度调节器中，并进行计算，相关的转距计算值和电流值分别输入到转距调节器和磁通调节器中，而速度反馈计算值输入到相应的转速调节器中。在矢量控制方法中，还需要进行旋转坐标变换，也就是常说得“32”变换和“23”变换，在图1中由abc----→αβ完成32变换。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流、通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流(其中之一相当于直流电动机的励磁电流；另一个相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。

在一个完整的异步电动机矢量控制系统中，传统的速度、磁通和转矩调节控制器都是采用比例积分微分控制方法，简称PID控制。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依照经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。

比例(P)控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。

积分(I)控制，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

在异步电动机矢量控制系统中，一般来说，速度、磁通和转矩调节控制器都是采用PI(比例积分)控制方法，其主要缺点为：系统稳定性差，起动或制动时发生超调，起动到正常速度时所需的响应时间长等，由此所带来的后果为：剪切机剪刀在切边、切头时，如果工艺尺寸精度要求高的剪切操作，有时会出现剪切效果差，精度不高等缺陷，产生的废钢率偏高。

发明内容

本发明的主要目的是针对需精密控制的设备，诸如剪切机中的双边剪，剖分剪，由于采用PI速度控制调节器，不可避免地会出现一些局限的缺点，提出一种异步电动机的速度控制方法，该控制方法主要是通过调节电动机的转差来控制异步电动机的转速，能有效地减少对电动机参数辨识的依赖，并且提高异步电动机转速的鲁棒性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该异步电动机的速度控制方法包括以下步骤：

a，采集异步电动机的实际速度值，采集时，在电动机尾部安装数字编码器，检测电动机静止和运行时的电流值和速度值；

b，将所采集的实际速度值进行拉氏变换，并对所采集的速度数据进行统计处理，得出其速度静差值，即，速度设定值与速度实际值之差；

c，根据所要设定的速度静差值和负载情况，确定滑模线斜率参数和增益参数；

d，根据确定好的参数，进行自运算，对速度静差和加速度进行调节；