[发明专利]基于自抗扰的三电机同步系统无速度解耦控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：

包括控制部分、驱动部分、反馈检测部分、负载部分；

所述控制部分包括一台PC机和一台可编程控制器PLC，所述PC机和所述PLC通过MPI总线相连，所述PC机用于作为运行STEP7编程软件的上位机，完成PLC中的各程序的编写和下载，以及读取PLC中的实时数据；所述PLC用于将DSP处理后得到的频率值通过Profibus-DP通讯接口传输给变频器，实现三电机同步无速度解耦控制；

所述驱动部分包括三台西门子MMV变频器和三台交流异步电机，三台变频器分别驱动三台电机；

所述反馈检测部分包括DSP、信号调理模块、张力传感器、电压传感器、电流传感器，所述DSP和PC机通过RS232相连，所述张力传感器、电压传感器、电流传感器经过信号调理模块输入到DSP中；所述反馈检测部分用于在DSP中利用检测的定子电压、电流容易检测到的物理量进行速度估计，实现无速度传感器速度的辨识及自抗扰算法的处理；

所述负载部分由三台电机轴分别与三台减速机和三台驱动滚筒同轴连接，三台驱动滚筒上分别安装了磁粉制动器，通过给磁粉制动器加激励电流来模拟实际工况下的负载。

2.根据权利要求1所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：所述PC机的型号是INDUSTRIAL COMPUTER 610。

3.根据权利要求1所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：所述PLC选用的是西门子S7-300，包括PS307电源模块，用于实现将市电转换成24v的直流电供给PLC系统使用；一个型号为315-2DP的CPU，含有两个通讯接口，一个用来实现MPI通讯，另一个是Profibus-DP通讯接口；一个型号为SM321(DI16x DC24V)的数字量输入模块，用来实现开关量的控制。

4.根据权利要求1所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：所述变频器用的是西门子Micromaster Vector变频器，其型号是XAN283MV397C。

5.根据权利要求1所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：所述减速机为减速比为15∶1的行星摆线针轮减速机。

6.根据权利要求1所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，其特征在于：所述电流传感器为LEM公司生产的型号是LA55-P的电流传感器，所述电压传感器为LEM公司生产的型号是LV25-P的电压传感器。

7.一种基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，PLC硬件组态设置，在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，对机架以及各个模块进行排列，组态一个与实际硬件相同的控制系统，使得软件与硬件一一对应；

步骤2，设置各个硬件组成部分的参数，每一个安装的硬件模块都有一个对应的货号，根据货号选择相应型号的模拟器件，机架上所有模块的参数在硬件组态的过程中进行设置，其中CPU的相关参数会保存在系统数据中，而其他模块中设置的参数会保存在CPU中；

步骤3，在步骤2的基础上对STEP7进行结构化程序设计，以项目的形式进行组织和管理，将自动化任务分解为若干个能够反映生产过程、功能或者可以重复使用的小任务(FC模块或者FB模块)，再由OB1模块根据需要调用这些任务块；

步骤4，DSP2812在CCS3.3编程环境下实现电压、电流信号和两个张力传感器信号的处理，即实现对转速有效准确的辨识，并进行转速和二个张力的自抗扰控制器算法，将得到的结果转化为频率，通过RS232传输到PC机。

8.根据权利要求7所述的基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制方法，其特征在于，所述步骤4具体过程为：

首先采样实际的电压、电流值，选择以定子电流、转子磁链为状态变量，写出异步电机模型的状态方程；

根据全阶观测器原理和异步电机模型状态方程，构造出以定子电流和转子磁链为状态变量的全阶观测器，异步电机系统输出的定子电流i_s和观测器输出的电流之差再与反馈增益矩阵H相乘之后，输入给观测器实现整个系统的闭环控制，最终的目的是使得观测器的状态量的差值为零，结合自适应原理，从而可以计算出观测转速量

将辨识得到的转速量和采集得到的两个张力量通过自抗扰算法，使得系统的未建模动态内扰以及受外部的未知扰动作用都归结为对系统的总扰动，统一进行估计并补偿，自抗扰控制器输出速度和张力值，最后并将此速度和张力通过比例换算转换成频率送给PC机。