[发明专利]基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统

说明书

技术领域

本发明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工况下的负载。在两两电机之间的皮带上由于电机速度差存在张力的问题，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力实现解耦，实现高性能的同步控制。本发明属于电力传动控制技术领域。

背景技术

多电机同步控制系统广泛地应用于各工业现场中，如纺织、煤矿、轧钢等领域。在工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，多电机同步系统是一个高阶、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力有着严格的耦合，这给电机转速及皮带张力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，对于提高工厂生产效率、提高产品的质量有重要意义。目前工业现场较多的使用PID控制器，但是PID控制器难以实现速度与张力的精确解耦，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。本发明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。本发明是一种结构简单，易于工程实现的控制器构造方法。

技术内容

本发明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力间具有严格耦合，简单地说，张力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力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力解耦，是本发明的主要技术问题。采用本发明的方法构造出的控制器，不依赖于系统的数学模型，将转速与张力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。

实现本发明的技术方案是：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（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。

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中设有二阶自抗扰控制器，所述二阶自抗扰控制器包括一个二阶自抗扰速度控制器和第一、第二两个二阶自抗扰张力控制器，所述二阶自抗扰速度控制器和二阶自抗扰张力控制器的结构相同；所述二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；所述第一二阶自抗扰张力控制器根据第一和第二交流感应电机之间的皮带张力给定值F₁₂^*、当前时刻的张力反馈值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）；所述第二二阶自抗扰张力控制器根据第二和第三交流感应电机之间的皮带张力给定值F₂₃^*、当前时刻的张力反馈值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）；