[发明专利]一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型及方法

权利要求书

1.一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型，其特征在于：包括调速系统模型和变幅机构模型；

所述调速系统模型模拟的对象包括依次连接的操纵手柄、动态逆模型串联补偿器、PID调节器、变频器和变幅电机，还包括对变幅电机转子转速和变幅电机转子绝对转角进行测量的编码器、反馈装置和变送装置；所述编码器将实际转速通过所述反馈装置反馈给PID调节器，进而调节所述变频器的给定频率；所述编码器还将实际绝对转角通过所述变送装置变送给动态逆模型串联补偿器，进而对操纵手柄产生的输入信号进行串联补偿；仿真时，实际转速与变幅电机的输出转速一致，实际绝对转角由变幅电机输出转速积分而得；

所述变幅机构模型模拟的对象是变幅电机输出轴之后实现变幅功能的工作机构，包括变幅齿轮齿条传动副和四连杆组合臂架；

所述仿真模型把变幅调速系统中的用数学模型表达的动态逆模型串联补偿器直接引用过来，把被控对象变频器和变幅电动机及编码器、反馈装置和变送装置用数学环节进行模拟，把变幅机构用Adams模型进行模拟；

所述仿真模型通过不同环节之间的联系以及各环节本身的特性来推导各环节的传递函数或建立恰当的数学方程；

所述环节包括逆模型串联补偿环节、PID补偿环节、变频器和变频变幅电机的等效电气传动环节、变幅机构的Adams模型的变速作用对门座起重机变幅调速造成的迟滞、超调、偏离的影响环节；

所述仿真模型的输入变量为操纵手柄产生的比例信号，代表期望的变幅速度，仿真模型的输出变量为实际的变幅速度。

2.根据权利要求1所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型，其特征在于：所述Adams模型采用多刚体模型，由调速系统模型的变幅电机转速输出直接驱动，无需进行闭环机电联合仿真。

3.一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，应用于权利要求1所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型中；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定输入变量为操纵手柄产生的期望的变幅速度V_h0，输出变量为由变幅机构Adams模型的运动状态决定的实际变幅速度V_h，根据调速系统的输入与输出确定个环节之间的相互作用关系，构建对象控制流程；

步骤2：定制输入信号；

步骤3：按实际变幅调速系统中的近似动态逆模型建立逆模型串联补偿环节的数学模型；

步骤4：建立变频器的仿真模型，确定该环节的传递函数；

步骤5：建立变幅电机的仿真模型，确定该环节的传递函数；

步骤6：建立变幅电机转子绝对转角测量与变送装置的仿真模型，确定该环节的传递函数；

步骤7：对PID调节器参数进行整定，得出该PID调节器的各项参数；

步骤8：建立变幅机构Adams模型；

步骤9：将调速系统模型与变幅机构Adams模型连接，组成完整的仿真模型进行仿真。

4.根据权利要求3所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于：步骤2中，输入信号为一梯形曲线，包括3段，第1段变幅速度从0加速到接近最高速度，第2段速度维持恒定，第3段速度从恒定速度减速到0。

5.根据权利要求3所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于：步骤3中，采用线性插值方法确定近似动态逆模型。

6.根据权利要求3所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于：步骤4中，变频器仿真模型采用一阶惯性环节，并通过MATLAB中的可视化仿真工具SIMU LINK动态模拟方法确定时间常数和增益。

7.根据权利要求3所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于：步骤5中，变幅电机仿真模型也采用一阶惯性环节，并通过MATLAB中的可视化仿真工具SIMULINK 动态模拟方法确定时间常数和增益。

8.根据权利要求3所述的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于：步骤6中，变幅电机转子绝对转角测量与变送装置的仿真模型采用一阶积分环节。