[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

说明书

本发明公开了一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型及方法，采用的是基于MATLAB面向过程调速控制系统建模方法和基于Adams的多刚体运动分析的变幅工作机构的建模方法，两种模型可以无缝连接，应用此联合模型进行仿真模拟，可以替代实际的非线性动态逆控制的变幅调速系统及变幅运行机构进行性能分析和自动控制研究。

技术领域

本发明属于机械设备及计算机技术领域，涉及一种起重机变幅调速系统仿真模型及方法，特别涉及一种适用于门座起重机的非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型及仿真方法。

背景技术

起重机的变幅方式包括小车式和摆动臂架式两种，其中小车式变幅机构中变幅电机的转速与起重机的变幅速度是固定的线性关系，而摆动臂架式变幅机构的变幅电机的转速与起重机的变幅速度之间的关系为非线性：同样的电机转速在不同的幅度下变幅速度呈非线性变化。近年来，人们对摆动臂架式起重机的变幅性能的要求越来越高，传统的简单开环式的调速方式正在逐步被新的智能化的控制方式取代。在新的控制方式下，变幅机构的速度调节不再与当前幅度完全无关，变幅过程中变幅速度的平稳性不再单靠司机根据经验随幅度进行有限的调控，而是在开环的变幅传动与调速系统之外串联一个逆模型控制器，这个控制器随时感应到当前的幅度并根据当前幅度对系统输入进行补偿，使臂架式变幅方式具有与小车式变幅方式几乎相当的线性变幅性能，让司机通过操作手柄获得“所设即所得”的变幅调速性能。如此，臂架式起重机的变幅调速控制系统就变得非常复杂，控制系统的设计开发的准确性和合理性难以通过较少的设计周期得到完全保证。一方面，这种非线性动态逆控制的变幅调速系统中的逆模型的建立需要繁复的推导和必要的简化，而系统的性能对这个模型的建模误差非常的敏感；另一方面，为进一步提高系统的控制性能，系统中可能需要尝试加入诸如PID式的补偿环节，而其可行性并不能提前保证。因此，对于非线性动态逆控制的变幅调速系统的开发实践，迫切需要在控制系统的设计初步完成后通过仿真的方法检验逆模型的建立是否正确无误，专门的补偿调节器是否达到了预期的效果，整体的变幅性能是否令人满意等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真模型及方法。

本发明的模型所采用的技术方案是：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，把关键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；

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。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种非线性动态逆控制的变幅调速系统仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：