基于自抗擾的三電機(jī)同步系統(tǒng)無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)及其方法，包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、反饋檢測(cè)部分、負(fù)載部分；所述控制部分包括一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)可編程控制器PLC，所述PC機(jī)和所述PLC通過(guò)MPI總線(xiàn)相連，所述PC機(jī)用于作為運(yùn)行STEP7編程軟件的上位機(jī)，完成PLC中的各程序的編寫(xiě)和下載，以及讀取PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；所述PLC用于將DSP處理后得到的頻率值通過(guò)Profibus-DP通訊接口傳輸給變頻器，實(shí)現(xiàn)三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制；本發(fā)明提高了控制系統(tǒng)的快速，準(zhǔn)確的性能要求，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低了系統(tǒng)的安裝、調(diào)試以及維護(hù)成本，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于自抗擾的三電機(jī)同步系統(tǒng)無(wú)速度解鍋控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及三電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制和電機(jī)速度辨識(shí)，特別涉及基于無(wú)速度傳感器的 自抗擾技術(shù)控制新方案，屬于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，多電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今工 業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的電控系統(tǒng)。針對(duì)三電機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)因皮帶的連接相互有耦合的特點(diǎn)， 利用自抗擾控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的同步控制。
[0003] 在高性能交流電機(jī)矢量控制中，為了提高系統(tǒng)的控制性能，系統(tǒng)中必須采用轉(zhuǎn)速 閉環(huán)控制。目目U工業(yè)控制領(lǐng)域一般米用速度傳感器（如光電編碼器）來(lái)反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)。然 而，（1)光電編碼器價(jià)格昂貴，使用光電編碼器必然增加系統(tǒng)的成本；(2)光電編碼器安裝 繁瑣，其安裝效果對(duì)測(cè)量精度有較大的影響，降低了系統(tǒng)的機(jī)械可靠性；(3)編碼器對(duì)環(huán)境 適應(yīng)力較差，其精度易受工作環(huán)境變化的影響；(4)安裝編碼器增加了電機(jī)軸向上的體積， 縮小了調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前三電機(jī)同步控制系統(tǒng)中光電編碼器的運(yùn)行容易受環(huán) 境影響，且價(jià)格昂貴安裝復(fù)雜的問(wèn)題，提出了一種基于自抗擾的三電機(jī)同步系統(tǒng)無(wú)速度解 耦控制，該系統(tǒng)能夠以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量構(gòu)成的自適應(yīng)全階磁鏈觀測(cè)器來(lái)代 替光電編碼器，實(shí)現(xiàn)了三電機(jī)同步控制系統(tǒng)的控制,應(yīng)用前景廣闊，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、反 饋檢測(cè)部分、負(fù)載部分；所述控制部分包括一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)可編程控制器PLC，所述PC機(jī) 和所述PLC通過(guò)MPI總線(xiàn)相連，所述PC機(jī)用于作為運(yùn)行STEP7編程軟件的上位機(jī)，完成 PLC中的各程序的編寫(xiě)和下載，以及讀取PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；所述PLC用于將DSP處理后得 到的頻率值通過(guò)Profibus-DP通訊接口傳輸給變頻器，實(shí)現(xiàn)三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制；所 述驅(qū)動(dòng)部分包括三臺(tái)西門(mén)子MMV變頻器和三臺(tái)交流異步電機(jī)，三臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)電 機(jī)；所述反饋檢測(cè)部分包括DSP、信號(hào)調(diào)理模塊、張力傳感器、電壓傳感器、電流傳感器，所 述DSP和PC機(jī)通過(guò)RS232相連，所述張力傳感器、電壓傳感器、電流傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模 塊輸入到DSP中；所述反饋檢測(cè)部分用于在DSP中利用檢測(cè)的定子電壓、電流容易檢測(cè)到的 物理量進(jìn)行速度估計(jì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器速度的辨識(shí)及自抗擾算法的處理；所述負(fù)載部分 由三臺(tái)電機(jī)軸分別與三臺(tái)減速機(jī)和三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒同軸連接，三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒上分別安裝了磁 粉制動(dòng)器，通過(guò)給磁粉制動(dòng)器加激勵(lì)電流來(lái)模擬實(shí)際工況下的負(fù)載。
[0007] 進(jìn)一步，所述 PC 機(jī)的型號(hào)是 INDUSTRIAL COMPUTER 610。
[0008] 進(jìn)一步，所述PLC選用的是西門(mén)子S7-300,包括PS307電源模塊，用于實(shí)現(xiàn)將市電 轉(zhuǎn)換成24v的直流電供給PLC系統(tǒng)使用；一個(gè)型號(hào)為315-2DP的CPU，含有兩個(gè)通訊接口， 一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)MPI通訊，另一個(gè)是Profibus-DP通訊接口；一個(gè)型號(hào)為SM321(D116x DC24V) 的數(shù)字量輸入模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的控制。
[0009] 進(jìn)一步，所述變頻器用的是西門(mén)子Micromaster Vector變頻器，其型號(hào)是 XAN283MV397C。
[0010]進(jìn)一步，所述減速機(jī)為減速比為15 : 1的行星擺線(xiàn)針輪減速機(jī)。
[0011] 進(jìn)一步，所述電流傳感器為L(zhǎng)EM公司生產(chǎn)的型號(hào)是LA55-P的電流傳感器，所述電 壓傳感器為L(zhǎng)EM公司生產(chǎn)的型號(hào)是LV25-P的電壓傳感器。
[0012] 本發(fā)明的方法的技術(shù)方案為：一種基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制方 法，包括如下步驟：
[0013] 步驟1，PLC硬件組態(tài)設(shè)置，在STEP7中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系 統(tǒng)，對(duì)機(jī)架以及各個(gè)模塊進(jìn)行排列，組態(tài)一個(gè)與實(shí)際硬件相同的控制系統(tǒng)，使得軟件與硬件 一一對(duì)應(yīng)；
[0014] 步驟2,設(shè)置各個(gè)硬件組成部分的參數(shù)，每一個(gè)安裝的硬件模塊都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的貨 號(hào)，根據(jù)貨號(hào)選擇相應(yīng)型號(hào)的模擬器件，機(jī)架上所有模塊的參數(shù)在硬件組態(tài)的過(guò)程中進(jìn)行 設(shè)置，其中CPU的相關(guān)參數(shù)會(huì)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中，而其他模塊中設(shè)置的參數(shù)會(huì)保存在CPU 中；
[0015] 步驟3,在步驟2的基礎(chǔ)上對(duì)STEP7進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行組織 和管理，將自動(dòng)化任務(wù)分解為若干個(gè)能夠反映生產(chǎn)過(guò)程、功能或者可以重復(fù)使用的小任務(wù) (FC模塊或者FB模塊），再由0B1模塊根據(jù)需要調(diào)用這些任務(wù)塊；
[0016] 步驟4, DSP2812在CCS3. 3編程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)和兩個(gè)張力傳感器信號(hào) 的處理，即實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速有效準(zhǔn)確的辨識(shí)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速和二個(gè)張力的自抗擾控制器算法，將得 到的結(jié)果轉(zhuǎn)化為頻率，通過(guò)RS232傳輸?shù)絇C機(jī)。
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟4具體過(guò)程為：
[0018] 首先采樣實(shí)際的電壓、電流值，選擇以定子電流、轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量，寫(xiě)出異步 電機(jī)模型的狀態(tài)方程；根據(jù)全階觀測(cè)器原理和異步電機(jī)模型狀態(tài)方程，構(gòu)造出以定子電流 和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量的全階觀測(cè)器，異步電機(jī)系統(tǒng)輸出的定子電流is和觀測(cè)器輸出的 電流?之差轉(zhuǎn)=? -?，再與反饋增益矩陣Η相乘之后，輸入給觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán) 控制，最終的目的是使得觀測(cè)器的狀態(tài)量的差值為零，結(jié)合自適應(yīng)原理，從而可以計(jì)算出觀 測(cè)轉(zhuǎn)速量i ^將辨識(shí)得到的轉(zhuǎn)速量和采集得到的兩個(gè)張力量通過(guò)自抗擾算法，使得系統(tǒng)的 未建模動(dòng)態(tài)內(nèi)擾以及受外部的未知擾動(dòng)作用都?xì)w結(jié)為對(duì)系統(tǒng)的總擾動(dòng)，統(tǒng)一進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ) 償，自抗擾控制器輸出速度和張力值，最后并將此速度和張力通過(guò)比例換算轉(zhuǎn)換成頻率送 給PC機(jī)。
[0019] 本系統(tǒng)采用自抗擾控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度與張力之間的解耦，利用無(wú)速度傳感器實(shí)現(xiàn) 交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速估計(jì)，降低了系統(tǒng)的安裝、調(diào)試以及維護(hù)的成本，擴(kuò)大了三電 機(jī)同步控制的運(yùn)行范圍，本發(fā)明可靠性高，成本低，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
[0020] 根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 1、克服光電編碼器安裝、調(diào)試以及維護(hù)的成本高的不足，實(shí)現(xiàn)了無(wú)速度傳感器的 矢量控制。
[0022] 2、使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)，其控制精度不受工作環(huán)境的影響，系統(tǒng)的 應(yīng)用領(lǐng)域更寬。
[0023] 3、無(wú)需安裝光電編碼器，減小了電機(jī)軸向的體積。
[0024] 4、利用DSP處理信號(hào)快速的優(yōu)點(diǎn)，采用DSP對(duì)速度和張力信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了多 電機(jī)同步的精確控制，提高了電機(jī)的各項(xiàng)控制性能指標(biāo)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是三電機(jī)同步控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖2是基于ADRC的三電機(jī)控制策略框圖；
[0027] 圖3是異步電機(jī)全階觀測(cè)器的框圖；
[0028] 圖4是狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)步驟流程圖；
[0029] 圖5是從測(cè)量的電流和電壓量得到控制變頻器的頻率值的過(guò)程圖；
[0030] 圖6是速度辨識(shí)的程序流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
[0032] 從圖1可以給出的是基于自抗擾的三電機(jī)同步系統(tǒng)無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)整體結(jié) 構(gòu)圖，其中，1號(hào)交流電機(jī)是主電機(jī)，給其一定的轉(zhuǎn)速值，其余兩臺(tái)為從電機(jī)，跟隨主電機(jī)進(jìn) 行同步運(yùn)行。三臺(tái)電機(jī)通過(guò)皮帶連接在一起，所以連接兩個(gè)電機(jī)間的皮帶存在著張力，張 力的大小取決于皮帶連接的兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差值，主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與皮帶的張力決定了從 動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行情況，由此可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和皮帶張力之間是相互影響的，也就是說(shuō)速度 和張力之間存在著耦合關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)三電機(jī)同步運(yùn)行，要對(duì)主電機(jī)速度和張力之間的耦合 進(jìn)行解耦控制。底層三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)和三臺(tái)通用變頻器組成三電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的 現(xiàn)場(chǎng)控制部分，其具體控制框圖如圖2所示，本發(fā)明的控制工程問(wèn)題，由于很難給出其"內(nèi) 部機(jī)理的描述"，從而引入不依靠具體數(shù)學(xué)模型、被控對(duì)象輸入-輸出關(guān)系的自抗擾控制器 (ADRC)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能控制，達(dá)到很好的同步協(xié)調(diào)控制效果。
[0033] 本發(fā)明的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部 分、反饋檢測(cè)部分和負(fù)載部分。其中所述的控制部分由現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和中央控制級(jí)兩層構(gòu)成。 在現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)中，利用三臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)三臺(tái)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速；在中央控制級(jí)中，由一 臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)具有通信功能的可編程控制器（programmable logic controller, PLC)組 成；現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)中的變頻器與中央控制級(jí)中的PLC通過(guò)PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相連；所述的驅(qū) 動(dòng)部分由三臺(tái)西門(mén)子MMV變頻器驅(qū)動(dòng)三臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)；所述的反饋檢測(cè)部分包括主電 機(jī)速度回路反饋檢測(cè)和張力回路反饋檢測(cè)，主電機(jī)速度反饋信號(hào)的檢測(cè)是利用易檢測(cè)的定 子電流、定子電壓等物理量，構(gòu)建以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量的自適應(yīng)全階磁鏈觀 測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速有效準(zhǔn)確地辨識(shí)；張力反饋信號(hào)的檢測(cè)使用2臺(tái)張力傳感器對(duì)三電機(jī)同 步驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中兩個(gè)張力信號(hào)的采集，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，將采集得到的0?5v的模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成DSP 2812輸入要求的〇?3. 3v數(shù)字信號(hào)，輸入DSP2S12進(jìn)行自抗擾算法運(yùn)算 并轉(zhuǎn)換成頻率輸給PC機(jī)；所述的負(fù)載部分由三臺(tái)電機(jī)軸分別與三臺(tái)減速比為15 : 1的行 星擺線(xiàn)針輪減速機(jī)和三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒同軸連接，三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒上分別安裝了磁粉制動(dòng)器，通 過(guò)給磁粉制動(dòng)器加激勵(lì)電流來(lái)模擬實(shí)際工況下的負(fù)載。
[0034] 三電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，西門(mén)子S7-300PLC和PC機(jī)作為系統(tǒng)主站，三臺(tái)變頻 器作為系統(tǒng)從站，主站PLC與上位機(jī)之間通過(guò)MPI適配器通訊，主站PLC與從站之間通過(guò) PR0FIBUS通訊。如圖1所示，MPI適配器一端與PLC的MPI接口連接，另一頭與PC機(jī)連接， 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC之間的通訊。而PR0FIBUS通訊電纜一端與主站PLC的DP接口連接，另 一端連接到從站變頻器的CB15卡的RS485接口上，使PLC和變頻器之間進(jìn)行通訊。PC機(jī) 和DSP之間通過(guò)RS232接口連接，實(shí)現(xiàn)了 PC機(jī)和DSP之間的通訊。進(jìn)而構(gòu)成了三電機(jī)協(xié)調(diào) 控制的通訊總圖。上述PC機(jī)的型號(hào)是INDUSTRIAL COMPUTER 610,所述PLC用的是西門(mén)子 S7-300 ;所述變頻器用的是西門(mén)子Micromaster Vector變頻器，其型號(hào)是XAN283MV397C。 所述減速機(jī)為減速比為15 : 1的行星擺線(xiàn)針輪減速機(jī)；所述電流傳感器為Ι^Μ公司生產(chǎn)的 型號(hào)是LA55-P的電流傳感器，所述電壓傳感器為L(zhǎng)EM公司生產(chǎn)的型號(hào)是LV25-P的電壓傳 感器。
[0035] PLC主要包括PS307電源模塊一個(gè)，用于實(shí)現(xiàn)將市電轉(zhuǎn)換成24ν的直流電供給PLC 系統(tǒng)使用；一個(gè)型號(hào)為315-2DP的CPU，含有兩個(gè)通訊接口，一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)ΜΡΙ通訊，另一個(gè) 是Profibus-DP通訊接口；一個(gè)型號(hào)為SM321(D116 X DC24V)的數(shù)字量輸入模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn) 開(kāi)關(guān)量控制的作用，PLC用于將DSP處理后得到的頻率值通過(guò)Profibus-DP通訊接口傳輸給 變頻器，用于控制電機(jī)。
[0036] 本發(fā)明西門(mén)子PLC-300的相關(guān)程序在STEP7環(huán)境中編程實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，首 先執(zhí)行啟動(dòng)組織塊0B100,使不保持定時(shí)器、標(biāo)志存儲(chǔ)器以及過(guò)程映像數(shù)據(jù)自動(dòng)復(fù)位，等初 始化操作。執(zhí)行一次啟動(dòng)組織塊0B100后，將會(huì)啟動(dòng)循環(huán)執(zhí)行0B1，0B1中主要實(shí)現(xiàn)變頻器 與PLC之間的通訊，系統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)的歸檔等功能。
[0037] 本發(fā)明的方法步驟為：
[0038] 步驟1，PLC硬件組態(tài)設(shè)置，在STEP7中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系 統(tǒng)，對(duì)機(jī)架以及各個(gè)模塊進(jìn)行排列，組態(tài)一個(gè)與實(shí)際硬件相同的控制系統(tǒng)，使得軟件與硬件 --對(duì)應(yīng)；
[0039] 步驟2,設(shè)置各個(gè)硬件組成部分的參數(shù)，每一個(gè)安裝的硬件模塊都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的貨 號(hào)，根據(jù)貨號(hào)選擇相應(yīng)型號(hào)的模擬器件，機(jī)架上所有模塊的參數(shù)在硬件組態(tài)的過(guò)程中進(jìn)行 設(shè)置，其中CPU的相關(guān)參數(shù)會(huì)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中，而其他模塊中設(shè)置的參數(shù)會(huì)保存在CPU 中；
[0040] 步驟3,在步驟2的基礎(chǔ)上對(duì)STEP7進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行組織 和管理，將自動(dòng)化任務(wù)分解為若千個(gè)能夠反映生產(chǎn)過(guò)程、功能或者可以重復(fù)使用的小任務(wù) (FC模塊或者FB模塊），再由0B1模塊根據(jù)需要調(diào)用這些任務(wù)塊；
[0041] 步驟4, DSP2812在CCS3· 3編程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)和兩個(gè)張力傳感器信號(hào) 的處理，即實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速有效準(zhǔn)確的辨識(shí)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速和二個(gè)張力的自抗擾控制器算法，將得 到的結(jié)果轉(zhuǎn)化為頻率，通過(guò)RS232傳輸?shù)絇C機(jī)。
[0042] 下面進(jìn)一步闡述上述方法步驟的【具體實(shí)施方式】。
[0043] 圖2的控制策略中引入了基于全階磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法，運(yùn)用比較容易 直接測(cè)量的量，比如定子側(cè)的電壓和電流經(jīng)過(guò)控制算法進(jìn)行轉(zhuǎn)速的估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)速 度傳感器矢量控制。異步電機(jī)全階觀測(cè)器的框圖如圖3所示，其中自適應(yīng)調(diào)節(jié)器是利用參 考模型期望特性與實(shí)際特性之間的誤差，來(lái)調(diào)整控制器的參數(shù)，使輸出特性達(dá)到理想的狀 態(tài)?？傮w上看，利用兩個(gè)直接測(cè)量的量對(duì)于未知的狀態(tài)量進(jìn)行估算或者觀測(cè)，即引入了狀態(tài) 觀測(cè)器的方法，利用狀態(tài)重構(gòu)的思想，重構(gòu)系統(tǒng)的各方程，利用反饋的原理進(jìn)行狀態(tài)量的估 計(jì)。
[0044] 具體設(shè)計(jì)步驟如圖4,首先在兩相靜止坐標(biāo)系下，選擇以定子電流、轉(zhuǎn)子磁鏈為 狀態(tài)變量，則異步電機(jī)模型的狀態(tài)方程可以表示為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在于： 包括控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、反饋檢測(cè)部分、負(fù)載部分； 所述控制部分包括一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)可編程控制器PLC，所述PC機(jī)和所述PLC通過(guò) MPI總線(xiàn)相連，所述PC機(jī)用于作為運(yùn)行STEP7編程軟件的上位機(jī)，完成PLC中的各程序的 編寫(xiě)和下載，以及讀取PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；所述PLC用于將DSP處理后得到的頻率值通過(guò) Profibus-DP通訊接口傳輸給變頻器，實(shí)現(xiàn)三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制； 所述驅(qū)動(dòng)部分包括三臺(tái)西門(mén)子MMV變頻器和三臺(tái)交流異步電機(jī)，三臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng) 三臺(tái)電機(jī)； 所述反饋檢測(cè)部分包括DSP、信號(hào)調(diào)理模塊、張力傳感器、電壓傳感器、電流傳感器，所 述DSP和PC機(jī)通過(guò)RS232相連，所述張力傳感器、電壓傳感器、電流傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模 塊輸入到DSP中；所述反饋檢測(cè)部分用于在DSP中利用檢測(cè)的定子電壓、電流容易檢測(cè)到的 物理量進(jìn)行速度估計(jì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器速度的辨識(shí)及自抗擾算法的處理； 所述負(fù)載部分由三臺(tái)電機(jī)軸分別與三臺(tái)減速機(jī)和三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾筒同軸連接，三臺(tái)驅(qū)動(dòng)滾 筒上分別安裝了磁粉制動(dòng)器，通過(guò)給磁粉制動(dòng)器加激勵(lì)電流來(lái)模擬實(shí)際工況下的負(fù)載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述 PC 機(jī)的型號(hào)是 INDUSTRIAL COMPUTER 610。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述PLC選用的是西門(mén)子S7-300,包括PS307電源模塊，用于實(shí)現(xiàn)將市電轉(zhuǎn)換成24v的 直流電供給PLC系統(tǒng)使用；一個(gè)型號(hào)為315-2DP的CPU，含有兩個(gè)通訊接口，一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn) MPI通訊，另一個(gè)是Profibus-DP通訊接口；一個(gè)型號(hào)為SM321(DI16x DC24V)的數(shù)字量輸入 模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述變頻器用的是西門(mén)子Micromaster Vector變頻器，其型號(hào)是XAN283MV397C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述減速機(jī)為減速比為15 : 1的行星擺線(xiàn)針輪減速機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述電流傳感器為L(zhǎng)EM公司生產(chǎn)的型號(hào)是LA55-P的電流傳感器，所述電壓傳感器為 LEM公司生產(chǎn)的型號(hào)是LV25-P的電壓傳感器。
7. -種基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，PLC硬件組態(tài)設(shè)置，在STEP7中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)，對(duì) 機(jī)架以及各個(gè)模塊進(jìn)行排列，組態(tài)一個(gè)與實(shí)際硬件相同的控制系統(tǒng)，使得軟件與硬件一一 對(duì)應(yīng)； 步驟2,設(shè)置各個(gè)硬件組成部分的參數(shù)，每一個(gè)安裝的硬件模塊都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的貨號(hào)， 根據(jù)貨號(hào)選擇相應(yīng)型號(hào)的模擬器件，機(jī)架上所有模塊的參數(shù)在硬件組態(tài)的過(guò)程中進(jìn)行設(shè) 置，其中CPU的相關(guān)參數(shù)會(huì)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中，而其他模塊中設(shè)置的參數(shù)會(huì)保存在CPU中； 步驟3,在步驟2的基礎(chǔ)上對(duì)STEP7進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行組織和 管理，將自動(dòng)化任務(wù)分解為若干個(gè)能夠反映生產(chǎn)過(guò)程、功能或者可以重復(fù)使用的小任務(wù)（FC 模塊或者FB模塊），再由0B1模塊根據(jù)需要調(diào)用這些任務(wù)塊； 步驟4, DSP2812在CCS3. 3編程環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)和兩個(gè)張力傳感器信號(hào)的處 理，即實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速有效準(zhǔn)確的辨識(shí)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速和二個(gè)張力的自抗擾控制器算法，將得到的 結(jié)果轉(zhuǎn)化為頻率，通過(guò)RS232傳輸?shù)絇C機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于自抗擾的三電機(jī)同步無(wú)速度解耦控制方法，其特征在 于，所述步驟4具體過(guò)程為： 首先采樣實(shí)際的電壓、電流值，選擇以定子電流、轉(zhuǎn)子磁鏈為狀態(tài)變量，寫(xiě)出異步電機(jī) 模型的狀態(tài)方程； 根據(jù)全階觀測(cè)器原理和異步電機(jī)模型狀態(tài)方程，構(gòu)造出以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈為 狀態(tài)變量的全階觀測(cè)器，異步電機(jī)系統(tǒng)輸出的定子電流is和觀測(cè)器輸出的電流?之差 Μ = 4，再與反饋增益矩陣Η相乘之后，輸入給觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，最終 的目的是使得觀測(cè)器的狀態(tài)量的差值為零，結(jié)合自適應(yīng)原理，從而可以計(jì)算出觀測(cè)轉(zhuǎn)速量 Λ 叫. i 將辨識(shí)得到的轉(zhuǎn)速量和采集得到的兩個(gè)張力量通過(guò)自抗擾算法，使得系統(tǒng)的未建模動(dòng) 態(tài)內(nèi)擾以及受外部的未知擾動(dòng)作用都?xì)w結(jié)為對(duì)系統(tǒng)的總擾動(dòng)，統(tǒng)一進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償，自抗 擾控制器輸出速度和張力值，最后并將此速度和張力通過(guò)比例換算轉(zhuǎn)換成頻率送給PC機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02P27/04GK104300842SQ201410539843
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】劉星橋, 馮佩云 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)