基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究.pdf-资料库

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东北大学硕士学位论文基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究姓名：王国亮申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：李鸿儒20060101

东北大学硕士学饭论文摘要基子模糊PID补偿器的多电机阔步控制策赂研究摘要随蔫近年来传动系统的发展，多电机传动融被越来越广泛地应用予各种领域中。为了掇瘫多寇撰传动系统的动态积稳态牲糍，以及满足～些特定系统对于多电壤糖镳同步的豢求，多电机同步控铡方法的硪究也变褥越卷越熏要。融蘸，蠢许多方法用采疆突多魄援蠲步控铡爨臻，本文采用豹是镶麓糕舍羧剃方法，^霹』瘸摸赣PD襻为速液同步{}偿爨的控划算法，使用遗传算法米整定PID的参数范强，鳃决了多惫飘阕步控铡系统中多魄搬速度懿褥步挨制阕熬。本文蓠先分毒蓐了多逸橇爨步控露《豹原爨及其特点，摄耀傣差藕含控毒l策漆静优点，确立了蒸予模糊PID钤偿嚣麓多电梳弱疹控毒l策略，撬馥l了模糊PID补偿器的设诗方法。其次，摹lj臻罗毙韦尔突验室璎骞静设备，构造了一个与生产魂场类经豁试簸环境，设计了电梳阍步控翩系统的实验平台。程单个永磁同步嘏动祝调速系统的基础～￡，安袋了多魄视嗣步控制。基于实验平台，分嗣辩磋锌和软件部分遂行了设讲“，其中包括控制系统网络的组建和硬件连缄的设计和对运动控制模块进行缀态以及运动控稍梯形圈豹编翻。掖据本文设计的多魄祝同步控制方法在保诞系统具有优良抗干扰性靛的同时，使系统获得了鞍好的跟随憔能及间步跟踪精度。经过Matlab的仿真以及实验结聚说明了本文设诗的控制算法的肖效性和实用役。最膈，总结了所做的研究工作，并对多电机同步控制系统中存在的其它问题进行了筒单的分辑，以及对来来研究方向避行了阐述。关键溺：多激极羁步控裁；模糊薹，∞；蘧抟算法；永磁溺步逢秘瓿；镐羞藕合控铡

东北大学硕士学位论文AbslractMulti—motorinSynchronousControlStrategiesbasedonFuzzyPIDCompensatorAbstractMultiplemotorshavebeenwidelyusedfordrivingsystemsinrecentyearstomeettheincreasedrequirementofdrivingsystems．Inordertoimprovethedynamicandstaticperformances，andtoincreasetheloadabilityofthesystem，theproblemofsynchromzeddriveofmultiplemotorsmustbetakenseriously,thus，thesynchronizedcontrolofmultiplemotorsisveryimportant．Atpresent，therearemanynmlti—motorsynchronouscontrolstrategies．Inthethesis，relativecouplingcontrolstrategyisapplied，andvelocitysynchronouscompensatorisestablishedbasedonfuzzy-PIDalgorithms．AccordingtOgeneticalgorithm，parametersofPIDcontrolleraredetermined．Atlast,thepurposeofsynchronouscontrolofthespeedisaccomplishedincaseofsynchronizationformultiplemotors．Firstly,inthethesis，thecharacteristicsandtheoremsofthesynchronouscontrolsystemareanalyzed．Accordingtothemeritsofrelativecouplingcontrol，themethodofdesigningfuzzy—PIDcompensatorispresented．SecondlyexistingequipmentsintheRockwelllaboratoryareusedtOsetuptestingcircumstance，whichresembleactualproductscondition．Applyingtheserequirements，designhardwareflatofthesynchronouscontrolsystem．BaseontimingsystemofsinglepMSM．achievethemulti-motorsynchronouscontr01．Atthesametime，designhardwareandsoftwarepart．TheprimarywDrk8ofthispartincludebutnotlimitedto：establishingcontrolsystemnetworks；designinghardwareconnections；configuratingmotioncontrolmodule；drawingladderdiagramofmotioncnntml．Accordingtomulti-motorsynchronouscontrolmethoddesigned，thissystemCan酶epfinedisturbancerejeetionability,gothatbeaerfollowingperformanceandsynchronousprecisionisattained．SimulationresultsgivenviaMATLABandexperimentalresultsillustratetheeffectivenessandthepracticabilityoftheproposedalgorithm。Finally,theresearchworkinthisthesisisconcluded，andtheotherproblemsinthemulti-motorsynchronouscontrolsystemareanalyzedandtheinteresteddirectionsinthefuturearedescribed。Keywords：multi-motorsynchronouscontrol；fuzzy-PID；geneticalgorithm；PMSM；relativecouplingcontr01．-III-

独创声明本人声鞠所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的磅究戏暴，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已奁．沧文中终了明礁豹淡明势表示谶挚弱滋意；学位论文俸考签名：气1Q氮签字日期：爱一f．基、彳学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东jE大学有笑保留、使用学位论文的规定：帮学校鸯较缳蟹著淘鬻家有关部门或辊秘送交论文静复窜{孛耧磁盘，兔谤论文被蠢潮和借阅。本人同意东ab大学可以将学傲论文的全部或部分内容编入有关数据艨进彳亍检索、交流。(如作者稠导师网意网上交流，请在下方签名：褥则视为不同意)学位做作者戡乞》众轧导魉签名：磅昨彳需签字目联：受硝f．鬟。分，签字Et期：》一f、o．∥签字目联：受硝6．鬟。分5签字期：》一f、o．埘

东北大学硕士学位论文第一章绪论1，1课题研究韵意义第一章绪论搀统的电气控制系统多采用单一电枫实观摹辘控糕，但是电税敬输出转矩有一定的融制，当传动系统需要较大的驱动功率时。必须特制功率与之相馘配的驱动电机和驱动器，使徭系统的成本上升，丽量过大的输浅功率的电瓿受劐翻造工艺和穰枫往靛的影响，大功率的驱动嚣的研制也会受到半导体功率器件的限制。酲前，大多数工业企监生产土的远距离、大功率传动生产线采捌交流变频滴速控制方式。组成莎级同步驱动系统之厨，从驱动电机之间的连接关系看可分两类：一类是各驱动电税锹赖镶式健送线进行物遴连接，器电辘她工撵状态捆互影响，彼姥之间存在着严重的耦合作用，许多工厂的生产线、鼗配线就属于这类：冀一类是备电机之间相互独立，敷瓤之阗不存在物理连接，采用多缓电辍同步驱动主瑟是生产工艺扮菘要，如钢厂的连铸机、冷(热)轧机，纺织业的染整机、造纸机、挝缝机都瘸予这类同步驱动。程这些系统中多个魄桃之闯鼹步豁好环，囊接影响生产散率和产赫矮量。因此，多电机同步控制的研究具有非常重要的现实意义Ⅲ。地多电枫褥步控糊策略研究现状耱赣近年来工韭翡发震，对各张橇壤性髓和产晶矮燕要求的逐渐挺赢，攀肇针对一台电糗翡控制在浆些场合酲经不能满足现代窿摹墨技袋疆豹簧求，磷嚣爱入们控裁多台电枫，让箕要好墟协调运行。保持多电机的协调运转常用两种方法：一种是机械方式，另一种怒嗽方式。采用枫被褥调传动对，出予钒械逶接牢辫可靠，褥到较多应用。这种传统的控制方式动力源是一台大功率主电机，遥避传动轴及齿轮，链条，皮带，凸轮，蜗轮螭杼来佼遴动力，获箍改变传动魄和速度。警一个负载荦元发生扰幼交能耐，其产生的掇矩通过机械传渤作用剿总轴上，使总轴转速发生变化，从而带动其它单元转速发垒交往，实现两步，这是瓿械总辅躜有的确步特性。此时，所有单元共同的输入信号为总轴的旋转角速度和积累角度忙l。遮静控翩方式的姣点是使月～台电动瓿，这样努鬣势{各单元的功率小，藏次拓羚结构殿维修也不方便，传动范围受限，而且，由于采用皮带，链，齿轮，轴镰链接机构过多，含剪多处误麓形成豹积累，枫辙之阅翡长期摩擦使机嚣很容翳造早的避入缨

东北大学硕士学位论文第一章绪论修阶段，缩短机器的寿命，影响系统的精度。与此相反，电方式的多电机的胁调控制使用更加灵活。对于电方式的多电机协调控制的研究主要是深入到速度和力矩的双重协调控制研究，它的研究成功将为军事、航空以及一般工业技术领域等需要统一动作功能的多电机提供协调控制技术。例如它可应用于航空器的连接，未来的智能化雷达群‘31、火炮群等的协调控制，柔性机械，高性能的数控技术，机器人控制以及恶劣环境下的电机运行状况的重现和高速加工中的动态更换刀具等。高性能的协调控制还可以提高纺织【4]、冶金、机械【5]、造纸、晰i]t61、包装17】等行业产品的质量和成品率，所有这些都离不开多台电机的协调控制。在工业生产中，传动控制是机械加工控制系统的基础。～个机械系统通常有多个轴需要传动控制，对这些轴的控制就是控制驱动轴的电动机。在这种传动系统中，目前存在的同步控制技术包括并行控制，主从控制，交叉耦合控制，虚拟总轴控制，偏差耦合控制。1．2．1并行控制基于同一给定电压的并联运行方式【引，这是一种最简单的同步控制方法。调速系统采用同一给定电压，其控制结构图如图1．1所示：图1．1并行同步控制系统结构图Fig．1．1StructureofparaUeltwomotorsystemscheme采用并联运行方式的同步控制系统优点在于启动，停止阶段系统的同步性能很好，但是由于整个系统相当于开环控制，当运行过程中某一台电机受到扰动时，电机之问将会产生同步偏差，同步性能很差。1．2．2主从控制以双电机为例，主从同步控制【9】系统的结构图如图1．2所示。在这种情况下，主电机的输出转速作为从电机的转速参考值。由此可以推断出，任何加在主电机上的速度

东北大学硕士学位论文第一章绪论命令或卷是受载扰动帮会被扶奄枫反映并且躐髓，餐怒任{可驭电魂上受剐静撬动帮不会反馈卿主电机，也不会影响其它的从电机。这萋孛同步控制策路应髑在对速度或者经黉静嗣步耩发蒙求不是缀高龄工遭生产中，溺为当负载发生变化对，电视之阔的同步精度不§％够褥到保涯。辫t。2主钛弼步控制系统结幸弩图Fig．1．2s弧e瓣e醴氐Master-slaveforatwomotorSystemschemei．2-3交叉耦含控制这种控制镣嚷最初由Kor鼬在1980每提出f101。其控制原理图如图1．3所示。阉第一种控制繁赂凝毙，交叉稿合接潮策略最主要翡特点就娥将秀螽电抚熬逮波或嚣愚使置信号进行比较，从两褥到一个差值彳乍为嫩如酶反馈信号。将这个附加的反馈信号作为跟踪信号，系统能够反欢出经褥一台电梳的受戴变讫，从两获褥蘸好的鞲步控隶9精度。但是文献[101据掇，这秘控剃策略不遥合两个缓上电动擞的阕步控制情况。嘲1．3交叉糯合控僚4结构蹦Fig。1．3S蚋绷∞oftheCrossCouplingControlscheme

东北大学硕士学诬论丈第一章绪论】．2，4电子虚拟总轴控制电予虚拟总轴控制最早由Lorenz和Meyer在1999年提出[111，井EhValeIqlZllela和Lorenz逡一步将焚发展㈣，玖掰台电动挺为倒，蔟控制原理图麴黼l。4骶示。纛掇憨轴方案模拟了机械总轴的物理特性，因而具肖与机械总轴相似的固有同步特性。虚拟总车辔系统的系统输入信号经过总轴魄作霜露，褥到攀元驱动器酶参考信号，帮参考输入角速度。也即单元驱动器同步的是参考输入信号厢非系统的输入信号。由于该信号是经过总辅作用藤得到的、经过过滤后的信号，因魏该信号燹易于为单元驱动器所跟踪，从丽提离同步性能。艘拟主轴图1．4双电机康拟主鞘系统结构翻Fig。t．4StructureoftheEVLS斯atwomotorsystem但是虚拟总轴控制系统在扇动，负载发生扰动，停机的过穰中，轴之间会产生不同步的现象，并且在主参考值和每个轴之闻会保持一个憾定的偏差f”1。l。2，5缡差藕会控制图1．5和圈1．6表示丁这种偏挫耦合控制l¨1，这种控制策略的主要思想是将某～台电机的遽度反馈间其它魄梳的逮度反馈分别佧茇，然屠将得到的偏差裰孰作为该电枫的速度补偿信号，增益』L用来补偿各个电机之间的转动惯量的不同。这种偏蓑耦合

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