專利名稱：異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，更具體地指鋼鐵冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵冶金工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，異步電動(dòng)機(jī)在主要用在軋鋼機(jī)、各類剪切機(jī)和控制輥道的各類設(shè)備，目前的世界先進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域中，有矢量控制方法、直接轉(zhuǎn)距控制方法、無(wú)速度傳感器調(diào)速方法和恒壓頻比(V/f)控制方法等?；？刂破髋c(PI)控制器都可用在矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)中，矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)請(qǐng)見(jiàn)圖1。圖1顯示的是工業(yè)控制中一個(gè)常見(jiàn)的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)，M為異步電動(dòng)機(jī)，由VSI(空間電壓矢量控制逆變器)對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)速ω由數(shù)字編碼器進(jìn)行讀取數(shù)值，反饋到磁鏈觀測(cè)器和速度調(diào)節(jié)器中，并進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)的轉(zhuǎn)距計(jì)算值和電流值分別輸入到轉(zhuǎn)距調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器中，而速度反饋計(jì)算值輸入到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中。在矢量控制方法中，還需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，也就是常說(shuō)得“32”變換和“23”變換，在圖1中由abc-----→αβ完成32變換。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流、通過(guò)三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流(其中之一相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；另一個(gè)相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。
在一個(gè)完整的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的速度、磁通和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)控制器都是采用比例積分微分控制方法，簡(jiǎn)稱PID控制。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依照經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。
比例(P)控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。
積分(I)控制，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。
在異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，一般來(lái)說(shuō)，速度、磁通和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)控制器都是采用PI(比例積分)控制方法，其主要缺點(diǎn)為系統(tǒng)穩(wěn)定性差，起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)發(fā)生超調(diào)，起動(dòng)到正常速度時(shí)所需的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等，由此所帶來(lái)的后果為剪切機(jī)剪刀在切邊、切頭時(shí)，如果工藝尺寸精度要求高的剪切操作，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)剪切效果差，精度不高等缺陷，產(chǎn)生的廢鋼率偏高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是針對(duì)需精密控制的設(shè)備，諸如剪切機(jī)中的雙邊剪，剖分剪，由于采用PI速度控制調(diào)節(jié)器，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些局限的缺點(diǎn)，提出一種異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，該控制方法主要是通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差來(lái)控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，能有效地減少對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)辨識(shí)的依賴，并且提高異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的魯棒性和穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法包括以下步驟a，采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值；b，將所采集的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換，并對(duì)所采集的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出其速度靜差值，即，速度設(shè)定值與速度實(shí)際值之差；c，根據(jù)所要設(shè)定的速度靜差值和負(fù)載情況，確定滑模線參數(shù)和增益參數(shù)；d，根據(jù)確定好的參數(shù)，進(jìn)行自運(yùn)算，對(duì)速度靜差和加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；e，判斷速度靜差是否為零，如果為零，則滿足實(shí)際控制要求；否則，繼續(xù)利用滑模進(jìn)行微調(diào)，直到其值為零。
所述的步驟a中，在采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值時(shí)，在電動(dòng)機(jī)尾部安裝數(shù)字編碼器，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)靜止和運(yùn)行時(shí)的電流值和速度值。
所述的步驟b中，在對(duì)所采集到的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換時(shí)，首先建立電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)速的狀態(tài)方程，然后對(duì)其速度量，加速度量進(jìn)行拉氏變換。
所述的步驟c還進(jìn)一步包括c1，確定該異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的階次為二階，僅對(duì)速度靜差量和其加速度量調(diào)節(jié)；c2，在二階系統(tǒng)的正負(fù)反饋?zhàn)儞Q下，描述出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)每一個(gè)時(shí)刻的軌跡狀態(tài)；c3，確定在滑模線上滑動(dòng)的狀態(tài)量；c4，確定增益參數(shù)的控制值和滑?；瑒?dòng)線的斜率參數(shù)；
c5，根據(jù)上述參數(shù)編寫(xiě)滑模控制程序。
所述的步驟c2中，所述的正負(fù)反饋軌跡，表示速度靜差量和加速度量在滑模區(qū)域四象限上以兩種軌跡運(yùn)行，一種是雙曲線，另一種是橢圓，隨著正負(fù)反饋的開(kāi)關(guān)瞬間地來(lái)回變換，其軌跡則也在雙曲線和橢圓之間來(lái)回變換，最終得到一條在滑模線上來(lái)回波動(dòng)的、逐漸區(qū)域零的軌跡。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用滑模控制的方法對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，能有效地減少對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)辨識(shí)的依賴，對(duì)參數(shù)變化不敏感，減小速度靜差和轉(zhuǎn)矩的抖動(dòng)，增加由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和裝置穩(wěn)定性，在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)不易發(fā)生超調(diào)，起動(dòng)到正常速度時(shí)所需的響應(yīng)時(shí)間短，有利于提高其魯棒性，這是傳統(tǒng)的PI控制器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)所不可比擬的。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，采用該方法來(lái)進(jìn)行對(duì)異步電動(dòng)機(jī)控制能適應(yīng)于冷矯直機(jī)主傳動(dòng)，各類剪切裝置和其它高精度控制要求的電動(dòng)機(jī)中，以及鋼鐵冶金工業(yè)生產(chǎn)中需要進(jìn)行高精度控制的裝置中，有利于提高這些裝置的控制精度，保護(hù)設(shè)備和裝置不受損害，有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。


圖1為工業(yè)控制中常見(jiàn)的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)示意圖。
圖2為本發(fā)明的控制方法流程示意圖。
圖3為本發(fā)明的模型建立流程示意圖。
圖4為采用本發(fā)明方法的一實(shí)施例詳細(xì)流程示意圖。
圖5為本發(fā)明方法的滑模控制原理示意圖。
圖6為本發(fā)明方法的滑?？刂茀?shù)模塊示意圖。
圖7為本發(fā)明方法中滑模線選取不同參數(shù)的效果對(duì)比示意圖。
圖8為本發(fā)明方法中滑模控制增益參數(shù)選取效果對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明的異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法包括以下步驟a，采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值，在采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值時(shí)，在電動(dòng)機(jī)尾部安裝數(shù)字編碼器，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)靜止和運(yùn)行時(shí)的電流值和速度值。
b，將所采集的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換，并對(duì)所采集的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出其速度靜差值，即，速度設(shè)定值與速度實(shí)際值之差，在對(duì)所采集到的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換時(shí)，首先建立電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)速的狀態(tài)方程，然后對(duì)其速度量，加速度量進(jìn)行拉氏變換。
c，根據(jù)所要設(shè)定的速度靜差值和負(fù)載情況，確定滑模線參數(shù)和增益參數(shù)；d，根據(jù)確定好的參數(shù)，進(jìn)行自運(yùn)算，對(duì)速度靜差和加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；e，判斷速度靜差是否為零，如果為零，則滿足實(shí)際控制要求；否則，繼續(xù)利用滑模進(jìn)行微調(diào)，直到其值為零。
請(qǐng)參閱圖3所示，所述的步驟c還進(jìn)一步包括c1，確定該異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的階次為二階，僅對(duì)速度靜差量和其加速度量調(diào)節(jié)；c2，在二階系統(tǒng)的正負(fù)反饋?zhàn)儞Q下，描述出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)每一個(gè)時(shí)刻的軌跡狀態(tài)；c3，確定在滑模線上滑動(dòng)的狀態(tài)量；c4，確定增益參數(shù)的控制值和滑?；瑒?dòng)線的斜率參數(shù)；c5，根據(jù)上述參數(shù)編寫(xiě)滑?？刂瞥绦?。
所述的步驟c2中，所述的正負(fù)反饋軌跡，表示速度靜差量和加速度量在滑模區(qū)域四象限上以兩種軌跡運(yùn)行，一種是雙曲線，另一種是橢圓，隨著正負(fù)反饋的開(kāi)關(guān)瞬間地來(lái)回變換，其軌跡則也在雙曲線和橢圓之間來(lái)回變換，最終得到一條在滑模線上來(lái)回波動(dòng)的、逐漸區(qū)域零的軌跡。
為了能對(duì)本發(fā)明的控制方法更好地了解，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖4所示，異步電動(dòng)機(jī)的速度控制步驟詳細(xì)說(shuō)明如下采集到異步電動(dòng)機(jī)的速度實(shí)際值；將所采集的速度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，其差值部分為“速度靜差”，求導(dǎo)之后，得出加速度量；列出系統(tǒng)的已知參數(shù)，比如摩擦系數(shù)B，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，利用磁通觀測(cè)器計(jì)算出此時(shí)的轉(zhuǎn)距值Te；根據(jù)拉普拉斯變換的功能，對(duì)以上方程進(jìn)行拉氏變換，進(jìn)一步明確電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距和速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；根據(jù)滑?？刂频幕娟P(guān)系式，選取滑模線斜率參數(shù)c和其它幾個(gè)增益參數(shù)；判斷選取的初始值滿足要求嗎，如果滿足，則進(jìn)行滑?？刂瞥绦蚓帉?xiě)；如果不滿足，則進(jìn)行以下步驟，按照滑模的關(guān)系式和狀態(tài)方程，再次選取另幾組試驗(yàn)值，進(jìn)行仿真比較；貯存每一組選取的值，一般情況下，選取20-30組值比較合適；仿真波形，先對(duì)滑模線c參數(shù)進(jìn)行多次比較，選出合適的斜率值；根據(jù)仿真波形，在對(duì)其它的四個(gè)增益參數(shù)進(jìn)行多次比較，選出合適值；最終選出一組符合本系統(tǒng)的最佳控制參數(shù)值，對(duì)其微調(diào)之后，確定；滑?？刂瞥绦蚓帉?xiě)。
需要說(shuō)明的是，請(qǐng)?jiān)俳Y(jié)合圖1所示，對(duì)于一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它由變頻調(diào)速器、交流電動(dòng)機(jī)和控制器三大部分組成。其中關(guān)鍵是變頻調(diào)速器，由它來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓和頻率的平滑變化。通常來(lái)說(shuō)，一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以采用單獨(dú)的空間矢量逆變系統(tǒng)，它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電動(dòng)機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差，通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響，將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。此時(shí)，為了提高系統(tǒng)的調(diào)速性能，我們引入了速度、轉(zhuǎn)距和磁通單獨(dú)的調(diào)節(jié)器。最核心的部分就是速度調(diào)節(jié)控制器。
下面再通過(guò)一具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的控制方法，閉環(huán)運(yùn)用了矢量控制，其電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方程為dωmdt=1J(γTe-Tl-Bωm),]]>Te*為內(nèi)環(huán)矢量控制器的給定輸入輸矩，Tl為轉(zhuǎn)距的反饋值，γ可以代表Te*的控制結(jié)構(gòu)。積分環(huán)節(jié)的加入，使其轉(zhuǎn)矩控制達(dá)到“平滑”效果，并提高了無(wú)靜差特性。方程經(jīng)過(guò)拉氏轉(zhuǎn)換后，我們可以得到sJωm(s)+Bωm(s)＝Te(s)-Tl(s)，在這里，J為傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為摩擦因素電磁轉(zhuǎn)矩Te可以定義為Te(s)=Gu(s)S]]>為滑模控制器的輸出。結(jié)合以上兩個(gè)方程，我們可以得到s2Jωm(s)+sBωm(s)＝Gu(s)-sTl(s)，對(duì)于Tl，我們可以它的時(shí)域微分方程d2ωmdt2=-BJdωmdt+GJu,]]>在滑模速度控制中，其速度靜差和其導(dǎo)數(shù)，作為狀態(tài)參量，可以寫(xiě)成下列形式x1＝ωmr-ωm，x2=-ω·m=x·1,]]>上一方程還可以寫(xiě)為x·2=-BJx2-GJu,]]>因此，可以由有下列狀態(tài)方程表示x·1x·2=010-ax1x2+0-bu]]>其中，a=BJ,b=GJ]]>滑?？刂茖?shí)際上是一種開(kāi)關(guān)函數(shù)，通過(guò)狀態(tài)參數(shù)方程來(lái)設(shè)計(jì)成一個(gè)“滑動(dòng)模態(tài)”，當(dāng)設(shè)計(jì)好一個(gè)滑動(dòng)模態(tài)線或滑動(dòng)模態(tài)面時(shí)，其參數(shù)將在此線或此面上滑動(dòng)，直到輸出達(dá)到理想的效果。這種控制方式是非線性的，但可以運(yùn)用到線性和非線性的系統(tǒng)中?；？刂剖且环N變結(jié)構(gòu)控制，在控制過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)和拓樸有意地發(fā)生變化，為了使控制達(dá)到魯棒性很好的穩(wěn)定控制狀態(tài)。在圖5中，我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的二階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明，該系統(tǒng)增益為K，通過(guò)開(kāi)關(guān)在+1和-1之間的切換，可以使系統(tǒng)在正反饋和負(fù)反饋之間轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)其運(yùn)行軌跡則為雙曲線和橢圓之間的轉(zhuǎn)化。更進(jìn)一步，當(dāng)正負(fù)反饋的頻率逐漸加大時(shí)，雙曲線和橢圓之間的轉(zhuǎn)化也在頻繁第進(jìn)行，反應(yīng)到圖5所示。但是僅通過(guò)這樣簡(jiǎn)單的切換，是不可能使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的，這時(shí)，可以通過(guò)系統(tǒng)增益量“K”來(lái)完成使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。
令滑模切合線S＝cx1+x2＝0，式中C為滑模變量，在這里的一階動(dòng)態(tài)響應(yīng)中，C表示速度相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)，隨著控制策略的不同變化，系統(tǒng)將沿滑模線趨于穩(wěn)定，我們選滑?？刂频妮敵鰹閁＝ψ1x1+ψ2x2。
關(guān)于滑模參數(shù)與異步電動(dòng)機(jī)的其它物理量之間的關(guān)系請(qǐng)見(jiàn)圖6，圖6中，描述了有用的四個(gè)控制增益參數(shù)(p、q、r、s)。根據(jù)滑?？刂拼嬖诘某浞直匾獥l件lims→0SS·<0,]]>得到系數(shù)。把上述四個(gè)控制增益參數(shù)分為兩組ψ1，ψ2并取值如下如果Sx1＞0則ψ1＝p；如果Sx1＜0則ψ1＝q；如果Sx2＞0則ψ2＝r；如果Sx2＜0則ψ2＝s。
對(duì)于滑?？刂苼?lái)說(shuō)，選擇一個(gè)合適的控制參數(shù)是有難度的，但是，通過(guò)以上有關(guān)數(shù)學(xué)方程的建立，我們可以定義一個(gè)參數(shù)的大致范圍。根據(jù)上面的方程，我們可以寫(xiě)出S·1=cx·1+x·2,]]>因此，S·1=cx2+(-ax2-bu),]]>聯(lián)和之前的兩個(gè)方程，我們可以得到S·1=-bψ1x1+(c-a-bψ2)x2.]]>為了滿足存在條件，控制器的增益由以下四步來(lái)定義如果s1x1＞0，則p＞0；如果S1x1＜0，則q＜0；如果S1x2＞0，則c-a-br＜0因此r>max{c-ab};]]>如果s1x2＜0，則c-a-bs＞0；因此x<min{c-ab}]]>從以上可以得出，滑?？刂七^(guò)程中，其參數(shù)的值要受到一個(gè)上下限的限制，這樣主要是為了滿足滑模存在的基本條件。
對(duì)于滑模線斜率參數(shù)c的選取再描述如下，通過(guò)前面一階方程有關(guān)對(duì)c的描述，可知它是一個(gè)速度響應(yīng)時(shí)間參數(shù)。不同的控制規(guī)則則要求系統(tǒng)沿著滑模線運(yùn)動(dòng)。如果c值太大，那么速度響應(yīng)則變快。那么，在軌跡點(diǎn)(x1，x2)到達(dá)滑模線S之前，在x1上的速度階躍改變將成為低魯棒性。如果想要在軌跡點(diǎn)運(yùn)行的所有過(guò)程都有很好的魯棒性，那么就不能只有一條滑模線了，要再設(shè)計(jì)一條另外的滑模線。
根據(jù)之前的方程，我們可以獲得一個(gè)新的方程x1=(-1c)x2]]>在這里，c仍然為一個(gè)時(shí)間常數(shù)。假設(shè)速度值和加速度值分別為x1和x2，那么此時(shí)因素 也可以被定義為一個(gè)時(shí)間常數(shù)。如果c的值越大，則 的也將越大，然后， 的絕對(duì)值將變得越來(lái)越小。這就意味著 對(duì)應(yīng)于時(shí)間t將變得越來(lái)越小，因此速度響應(yīng)也就變快了。然而，當(dāng)c值太大時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)超調(diào)。一般來(lái)說(shuō)，c的值是有一定的限制的，比如，在選取所有的滑模線的時(shí)候，必須要求c＞0。盡管c＞0是滑模參數(shù)選取的一個(gè)必要條件，是一個(gè)很大的范圍，并且也很難確定c這個(gè)值的精確數(shù)據(jù)是多少。因此，c值的選取成為了一個(gè)難點(diǎn)，怎么樣來(lái)限制一個(gè)c值在更小的范圍里呢？根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在很多情況下，c的值的范圍一般為0＜c＜30我們可以認(rèn)為以上有關(guān)c的值的范圍是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)范圍。在許多仿真和和實(shí)驗(yàn)中，試湊法也算是一個(gè)對(duì)c值確定的常用方法了。比如，如果對(duì)c＝1，c＝3，c＝10和c＝20四組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，則會(huì)分別有四種仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了正確地選擇c值，通過(guò)圖7對(duì)其仿真波形對(duì)比了其各自的效果。
由圖7可以得出，當(dāng)滑?？刂凭€的斜率選擇在c＝1和c＝20時(shí)，曲線到達(dá)正常速度設(shè)定值的相應(yīng)時(shí)間有區(qū)別，c＝1時(shí)，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；c＝20時(shí)，響應(yīng)時(shí)間較短，但是需要的轉(zhuǎn)矩較大，曲線較陡，對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械部分損害比較大，為此，應(yīng)該選擇一個(gè)合適的值，既能保證速度到達(dá)正常的設(shè)定值所需要的時(shí)間不長(zhǎng)，又能保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩合適，保護(hù)設(shè)備。
對(duì)于兩組增益參數(shù)“ψ1，ψ2”的選取再說(shuō)明如下，圖8顯示了當(dāng)滑模控制參數(shù)為第一組p＝0.25，q＝1，r＝-0.1，s＝-0.01和第二組p＝13，q＝60，r＝-7，s＝-0.04時(shí)，系統(tǒng)的速度和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)仿真波形。
通過(guò)以上的仿真波形，我們可以得到速度響應(yīng)曲線對(duì)c的值得變化很敏感，c的值不同，將會(huì)出現(xiàn)與理想曲線不同的波動(dòng)，如果c值比較大，那么系數(shù) 將變大，然而，其絕對(duì)值將變小。這就意味著時(shí)間t也將變小，因此，速度響應(yīng)將變得很快，此時(shí)回導(dǎo)致超調(diào)；當(dāng)c值比較小時(shí)，那么此時(shí)又會(huì)出現(xiàn)速度曲線達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間變長(zhǎng)。
同理，當(dāng)控制參數(shù)p，q，r，s的值比較小時(shí)，那么控制參數(shù)的控制能力會(huì)變?nèi)?。如果控制參?shù)的值比較大時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)又會(huì)出現(xiàn)超調(diào)。因此，有關(guān)c值和控制參數(shù)p，q，r，s的選取，應(yīng)該根據(jù)具體的仿真波形來(lái)選擇。
權(quán)利要求
1.一種異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a，采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值；b，將所采集的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換，并對(duì)所采集的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出其速度靜差值，即，速度設(shè)定值與速度實(shí)際值之差；c，根據(jù)所要設(shè)定的速度靜差值和負(fù)載情況，確定滑模線參數(shù)和增益參數(shù)；d，根據(jù)確定好的參數(shù)，進(jìn)行自運(yùn)算，對(duì)速度靜差和加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；e，判斷速度靜差是否為零，如果為零，則滿足實(shí)際控制要求；否則，繼續(xù)利用滑模進(jìn)行微調(diào)，直到其值為零。
2.如權(quán)利要求1所述異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其特征在于，所述的步驟a中，在采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值時(shí)，在電動(dòng)機(jī)尾部安裝數(shù)字編碼器，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)靜止和運(yùn)行時(shí)的電流值和速度值。
3.如權(quán)利要求1所述異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其特征在于，所述的步驟b中，在對(duì)所采集到的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換時(shí)，首先建立電動(dòng)機(jī)矢量調(diào)速的狀態(tài)方程，然后對(duì)其速度量，加速度量進(jìn)行拉氏變換。
4.如權(quán)利要求1所述異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其特征在于，所述的步驟c還進(jìn)一步包括c1，確定該異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的階次為二階，僅對(duì)速度靜差量和其加速度量調(diào)節(jié)；c2，在二階系統(tǒng)的正負(fù)反饋?zhàn)儞Q下，描述出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)每一個(gè)時(shí)刻的軌跡狀態(tài)；c3，確定在滑模線上滑動(dòng)的狀態(tài)量；c4，確定增益參數(shù)的控制值和滑?；瑒?dòng)線的斜率參數(shù)；c5，根據(jù)上述參數(shù)編寫(xiě)滑?？刂瞥绦?。
5.如權(quán)利要求4所述的異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其特征在于，所述的步驟c2中，所述的正負(fù)反饋軌跡，表示速度靜差量和加速度量在滑模區(qū)域四象限上以兩種軌跡運(yùn)行，一種是雙曲線，另一種是橢圓，隨著正負(fù)反饋的開(kāi)關(guān)瞬間地來(lái)回變換，其軌跡則也在雙曲線和橢圓之間來(lái)回變換，最終得到一條在滑模線上來(lái)回波動(dòng)的、逐漸區(qū)域零的軌跡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法，其步驟為采集異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度值；將所采集的實(shí)際速度值進(jìn)行拉氏變換，并對(duì)所采集的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出其速度靜差值；根據(jù)所要設(shè)定的速度靜差值和負(fù)載情況，確定滑模線參數(shù)和增益參數(shù)；根據(jù)確定好的參數(shù)，進(jìn)行自運(yùn)算，對(duì)速度靜差和加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；判斷速度靜差是否為零。該方法能有效地減少對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)辨識(shí)的依賴，對(duì)參數(shù)變化不敏感，減小速度靜差和轉(zhuǎn)矩的抖動(dòng)，增加由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和裝置穩(wěn)定性，在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)不易發(fā)生超調(diào)，起動(dòng)到正常速度時(shí)所需的響應(yīng)時(shí)間短，有利于提高其魯棒性。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101064492SQ20061002607
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者裴瑞琳, 劉豪, 許超, 陳秋建, 唐偉, 劉飛 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司