一种双微分反馈控制的弹性扭转系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种双微分反馈控制的弹性扭转系统，包括若干个大小不一的圆柱形质量体，所述圆柱形质量体通过中心轴固定在U型底座上，并位于同一水平线上，所述圆柱形质量体之间通过弹簧相连，所述U型底座上最外侧的圆柱形质量体的外侧与电机相连，每个圆柱形质量体后还接有采样测速机构，在前馈通道中由PID控制器控制电机，所述采样测速机构通过微分控制器与电机相连形成反馈回路。本实用新型能够得到较高的稳态精度，减小系统的扭转疲劳损耗。
【专利说明】一种双微分反馈控制的弹性扭转系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及运动控制【技术领域】，特别是涉及一种双微分反馈控制的弹性扭转系统。
【背景技术】
[0002]随着经济建设的发展，对能源设备的要求逐渐提高，发电机组单机容量也在日益增加，随之而来的是轴系长度的不断增加、跨度的不断加大，轴系轻量化要求的不断提高。整个轴系可视作一个具有多自由度的弹性质量扭振系统。电机负荷的增大以及负载的多样性等因素都将导致轴系扭转振动的发生，并导致轴系的扭转疲劳损耗，从而对发电机组的正常工作和安全生产带来了诸多隐患。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双微分反馈控制的弹性扭转系统，能使多质量弹性扭矩系统在极短的时间内达到预设速度，实现无超调的控制效果，得到较高的稳态精度，减小系统的扭转疲劳损耗。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种双微分反馈控制的弹性扭转系统，包括若干个大小不一的圆柱形质量体，所述圆柱形质量体通过中心轴固定在U型底座上，并位于同一水平线上，所述圆柱形质量体之间通过弹簧相连，所述U型底座上最外侧的圆柱形质量体的外侧与电机相连，每个圆柱形质量体后还接有采样测速机构，在前馈通道中由PID控制器控制电机，所述采样测速机构通过微分控制器与电机相连形成反馈回路。
[0005]所述圆柱形质量体为两个。
[0006]所述圆柱形质量体为三个。
[0007]所述PID控制器为可编程计算机控制器。
[0008]所述微分控制器为可编程计算机控制器。
[0009]所述采样测速机构为光栅式编码器。
[0010]有益效果
[0011]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本实用新型通过双微分反馈控制使被控系统的输出响应明显快于一般传统控制的调速系统，而且其抑制超调和震荡的能力极强，能实现无超调、无震荡的控制效果。其次，双微分反馈控制能使直流电机控制量的输出非常稳定，基本只在小范围内波动，对电机的损害小，延长电机的使用寿命，减小系统的扭转疲劳损耗。再次，双微分反馈控制方案原理简单，控制效果极佳，完全符合工业控制要求。最后，双微分反馈控制方案可以应用到多轮情况。
【专利附图】
【附图说明】[0012]图1是本实用新型的结构示意图；
[0013]图2是本实用新型的控制示意图；
[0014]图3是本实用新型的控制流程图；
[0015]图4a为双轮负载开环阶跃响应曲线图，图4b为双轮负载的转速2500° /秒时的响应曲线图；
[0016]图5a为三轮负载开环阶跃响应曲线图，图5b为三轮负载的转速2500° /秒时的响应曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0018]本实用新型的实施方式涉及一种双微分反馈控制的弹性扭转系统，如图1所示，包括若干个大小不一的圆柱形质量体3，所述圆柱形质量体3通过中心轴固定在U型底座8上，并位于同一水平线上，所述圆柱形质量体3之间通过弹簧7相连，所述U型底座8上最外侧的圆柱形质量体3的外侧与电机I相连(经过减速箱2)，每个圆柱形质量体3后还接有采样测速机构4，通过采样测速机构4可以实时测得质量体3的转速，在前馈通道中由PID控制器6控制电机I，所述采样测速机构4通过微分控制器5与电机I相连形成反馈回路。本实用新型通过控制电机的输出电压使得之后的质量体能够以最快的加速度达到指定的速度匀速转动，并使匀速时的速度误差尽可能小。
[0019]如图2所示，本实用新型采用双微分反馈(DDF)控制方案，即在前馈通道中采用PID控制器，其预调作用抑制了系统的超调，且其参数可实现自调整，在动态响应之后逐渐减小前向通道的微分作用，从而在改善动态响应的同时也保证了稳态精度。为了保证控制系统的稳定性以及理想的控制特性，必须提供被控变量的微分量，即在反馈回路中引入了独立的微分控制器，也可以称为测速反馈，其作用在于增大对象的阻尼比，改善对象特性。同时，也能根据被控量的变化，直接加以校正。当被控量进入稳态，微分作用便失去作用，起到了动态校正的效果。
[0020]本实用新型包括执行控制算法的控制器及采样测速机构。其中，所述执行控制算法的控制器(即PID控制器和微分控制器)可采用可编程计算机控制器(PiOgrammableComputer Controller,简称PCC)，包括CPU、电源模块、电机模块、I/O模块和电源，负责根据采样数值经过控制算法计算出控制量，并将控制量发送给执行机构(即电机)。所述采样机构可采用光栅式编码器，两个编码器将实时测得的转速经由I/O模块反馈给CPU。
[0021 ] 所述多质量弹性扭矩装置与贝加莱公司的X20系列PCC连接，在运动过程中，编码器将实时测得的转速经由I/O模块(X20DC1976)反馈给CPU进行处理运算，CPU将通过控制算法得到的控制电压输出到PCC的电机模块(X20MM2436)中，电机模块控制电机以一定转速转动。将PCC与上位机连接，并与PCC相应的编程软件进行通讯连接后，在该PCC相应的编程软件AS软件上，使用C语言编程实现整个控制方案。本控制方案的流程图如图3所
/Jn ο[0022]以双轮负载为例，本实用新型的滤波算法的实现如下:数据采集和参数处理程序的时钟采样周期设定为1ms, DDF控制主程序的控制周期设定为IOms,即每隔Ims通过编码器对二个圆柱形质量体的转速进行采样，将IOms内采样得到的10个数值进行均值滤波操作，即去掉一个最大值和一个最小值，并将剩余的8个数值求均值，将求得的均值作为该时刻轮子的转速，也就是控制方案中反馈回路的输入值。
[0023]本实用新型的PID采用增量式，如下式所示:
【权利要求】
1.一种双微分反馈控制的弹性扭转系统，包括若干个大小不一的圆柱形质量体(3)，所述圆柱形质量体(3)通过中心轴固定在U型底座(8)上，并位于同一水平线上，所述圆柱形质量体(3 )之间通过弹簧(7 )相连，所述U型底座(8 )上最外侧的圆柱形质量体(3 )的外侧与电机(I)相连，每个圆柱形质量体(3)后还接有采样测速机构(4)，其特征在于，在前馈通道中由PID控制器(6 )控制电机(I)，所述采样测速机构(4)通过微分控制器(5 )与电机(I)相连形成反馈回路。
2.根据权利要求1所述的双微分反馈控制的弹性扭转系统，其特征在于，所述圆柱形质量体(3)为两个。
3.根据权利要求1所述的双微分反馈控制的弹性扭转系统，其特征在于，所述圆柱形质量体(3)为三个。
4.根据权利要求1所述的双微分反馈控制的弹性扭转系统，其特征在于，所述PID控制器(6)为可编程计算机控制器。
5.根据权利要求1所述的双微分反馈控制的弹性扭转系统，其特征在于，所述微分控制器(5)为可编程计算机控制器。
6.根据权利要求1所述的双微分反馈控制的弹性扭转系统，其特征在于，所述采样测速机构(4)为光栅式编码器。
【文档编号】G05B11/42GK203413032SQ201320435297
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】何宝嘉, 金鑫, 张果, 石红瑞 申请人:东华大学