多电机同步控制体系控制策略分析

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1、多电机同步控制体系控制策略分析第一章绪论1.1课题的目的及意义随着现代社会工业技术的飞速发展，人们对产品性能及其质量的要求也越来越高。在很多生产领域，都是需要多台电机配合工作才能完成生产实践的。显然仅仅一台电机的运行方式，已经无法满足高新技术迅猛发展的需求。尤其是在造纸、印染、纺织等高精度、高转速的控制系统中，同步控制算法的好坏直接关系着系统的可靠性、产品的质量和市场销售[1-3]。因此近年来，人们致力于研究多台电机的同步控制策略。找到一个合适的同步控制策略，提高多电机同步控制系统精度，便成为目前多电机同步控制的热点和难点，且具有很高的实用价值和研究意义。1.2研究背景及现状

2、随着近年来人们对多电机同步控制的研究，多电机同步运行方式主要有两种：一是机械方式，二是电方式。机械方式由于其自身的连接结构比较牢固，在一些场合也有相应的应用。但由于机械总轴易出现振荡及其固有弹性的限制，不适用于高精度要求的控制系统。相反，电同步控制方式可以灵活的应用于大部分控制系统中。目前，电同步控制方式主要包括：并行控制、主从控制、交叉耦合控制、偏差耦合控制。在实际生产中，电机参数的变化以及负载的扰动因素是一定存在且不可预见的，因此并行控制和主从控制这种电机间的开环控制显然无法实现精确的同步控制。在这样的情况下，交叉耦合控制应运而生。1980年，Koren对这种控制方法又进

3、行了进一步的改进，并提出了一种交叉耦合补偿控制方法[4-7]。1980年以后，针对速度及转角两个方面均同步的研究也逐渐开始展开，并且有一些学者已取得了一定的成果。比较具有代表性的是Kulkami与Srinivasan，在1989年他们共同就交叉耦合补偿控制方法做了详细分析，并提出了相应的改进方案最优控制方案[8-11]。根据此方案设计出的交叉耦合控制器，其控制参数的调整以运动轨迹的斜率为依据，具有随系统参数变化而自行整定的特点。在国内外学者的共同努力下，双轴同步控制这一领域的相关研究不断深入的同时，也为多轴耦合补偿控制研究及其应用奠定了基础。90年代初期，Yang和Chang

4、为解决在双螺仪同步控制中存在的问题，应用了交叉耦合自适应前馈控制方法[12]。之后，越来越多的学者将此方法应用于其他同步控制系统中。随着控制理论的发展，为了改善同步控制系统的性能，近些年来人们开始了新的探索，采用智能算法来解决多轴间的同步控制问题开始登上历史的舞台。为了不断提高系统的同步性能，愈来愈多的学者开始试用不同的智能算法或者将一些智能算法相结合对控制器进行优化，使得这一领域的研究也日益热门起来。由机械同步控制方式发展到电同步控制方式，由简单的控制器到基于智能算法的控制器，多电机同步控制的研究已经取得了一些显著的成果。然而，由于受存在于一台电机以及多台电机之间的扰动因素

5、、负载变化因素、电机自身参数等因素的影响，要实现多台电机同步运行，仍是一个需要综合考虑且难度较大的研究课题[13-14]。1.3课题相关技术的发展1.3.1控制理论的发展自动控制理论起源于18世纪中叶，迫于生产技术的需要，控制技术也随之渐渐发展起来。特别是突飞猛进的计算机技术，更有力地将控制理论推向发展的前沿。控制理论的发展时期主要分为古典控制理论时期、现代控制理论时期、大系统理论和智能控制时期。在这三个不同的阶段，控制理论都完成了自身的发展与超越[15-16]。第一阶段即古典控制理论时期，发生在20世纪40-60年代。古典控制理论主要采用频域分析方法，处理单输入单输出系统问

6、题。当时所研究的系统大多限于线性系统，而分析非线性系统时一般采用相平面法，最多两个变量。在那个年代，实际应用中的单输入单输出问题，采用古典控制理论就可以得到很好的解决。第二阶段即现代控制理论时期，发生在20世纪60-70年代。借助计算机的发展，空间技术得以快速发展。描述系统的动态过程便不再依赖于高阶常微分方程，可通过状态空间法将它转化成一阶微分方程组，由此多输入多输出的问题得到解决。第二章多电机同步控制方式的仿真及分析2.1永磁同步电机数学模型永磁同步电机由电励磁三相同步电动机发展而来。它将传统电机中的励磁绕组、集电环和换相电刷省去，以永磁体代替电励磁系统，具有与传统电励磁三

7、相同步电动机相似的定子，由此被称作永磁同步电动机（PermanentMagSynchronousMotor，PMSM）。PMSM按照永磁体的安装形式可分为：表面贴附和内埋式PMSM。图2.1为这两种永磁同步电动机的切面图。机械同步方式也称作机械总轴同步控制，一般采用一台大功率电机拖动机械总轴。所有的负载驱动单元经齿轮箱啮合在总轴上，接收总轴的旋转转度作为输入信号，且它们的输入信号相同。当某一单元的负载发生变化或者有扰动存在的时候，这一单元轴的转转就会改变，并通过总轴将这一变化传递到其他单元，使其他单元的