专利名称：基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及三电机同步控制方案中控制器。三电机同步控制系统中，三台变频器分别驱动三台异步电机，三台电机共同驱动聚酯皮带连接的模拟工况下的负载。在两两电机之间的皮带上由于电机速度差存在张力的问题，该控制器不需要加特定的解耦环节，就能将电机的速度与张力实现解耦，实现高性能的同步控制。本发明属于电力传动控制技术领域。
背景技术：
多电机同步控制系统广泛地应用于各工业现场中，如纺织、煤矿、轧钢等领域。在工业现场中变频驱动是交流感应电机主要的驱动方法之一。但是，多电机同步系统是一个高阶、非线性、时变的系统，其精确的数学模型不易建立。而且，在多电机系统中，电机的转速与连接电机轴的皮带张力有着严格的耦合，这给电机转速及皮带张力的精确控制带来了一定的难度。对多电机同步控制系统的研究，对于提闻工厂生广效率、提闻广品的质量有重要意义。目前工业现场较多的使用PID控制器，但是PID控制器难以实现速度与张力的精确解耦，经常顾此失彼，所以需要同步性能更高、控制性能更优的控制器来代替PID控制器。本发明所研究的对象即为由三台变频器控制的三台交电机的流感应所组成的系统。江苏大学电气信息学院刘国海与嘉兴学院机电工程学院张今朝在《基于GGAP-RBF神经网络逆的复杂多电机系统同步控制》中，提出了基于增长和修剪的RBF (CCAP-RBF)神经网络逆的多电机同步控制方法，用积分器加神经网络再串接于原系统，组成复合伪线性系统。给定量与输出反馈形成误差，分别经过PID控制器作为伪线性系统的输入，引用了基于生长和修剪的RBF神经网络来逼近非线性对象，优化伪线性系统。上述控制器的结构复杂，运算量大，不易于工程实现。本发明是一种结构简单，易于工程实现的控制器构造方法。技术内容本发明是用于解决三电机同步运行问题的控制器问题，在用皮带连接的三电机同步运转的系统中，电机的转速与皮带张力间具有严格耦合，简单地说，张力的值由其前后两电机的速度差决定。那么改变电机的转速或者皮带张力的给定值必然会影响到其中另外一个控制量的变化。因此，如何实现电机转速与皮带张力解耦，是本发明的主要技术问题。采用本发明的方法构造出的控制器，不依赖于系统的数学模型，将转速与张力的耦合归于系统总扰动，通过扩张状态观测器观察并给予补偿，具有良好的动静态控制性能，抗负载扰动能力强，有较好的鲁棒性，与传统PID控制器相比，较大地提高了系统的动态响应速度、稳态跟踪精度、抗扰动能力等。实现本发明的技术方案是基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，包括编程工控机、PLC (可编程控制器)、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压力传感器，所述PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PR0FIBUS-DP进行现场通讯；所述光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至所述PLC，所述压力传感器采集相邻两电机皮带间的张力值，并将张力值反馈至所述PLC ;所述PLC用于根据给定转速和所述反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的所述张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。所述PLC带有SM323数字量输入输出模块、SM331模拟量输入模块和FM350高速计数模块。本发明的优点在于该发明结构简单，鲁棒性好，适用性强，解决了多电机同步控制的速度与张力耦合问题，同时解决了多电机高要求的同步问题，具有较大的工业价值和广阔的应用前景。
图1为本发明实施例三电机同步控制系统示意图；图2为本发明实施例系统结构图。
具体实施方案如图2所示，基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，包括编程工控机、PLC(可编程控制器)、第一变频器1、第二变频器2、第三变频器3、第一交流感应电机Ml、第二交流感应电机M2、第三交流感应电机M3、光电编码器和压力传感器，PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PR0FIBUS-DP进行现场通讯；光电编码器对第一交流感应电机Ml转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至PLC，压力传感器采集第一和第二交流感应电机皮带间的张力值F12，第二和第三交流感应电机皮带间的张力值F23,并将张力值反馈至所述PLC ;PLC用于根据给定转速和反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。本系统中，采用西门子可编程控制器(PLC)S7-300作为主控单元，并带有SM323数字量输入输出模块、SM331模拟量输入模块、FM350高速计数模块。PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PR0FIBUS-DP进行现场通讯。变频器型号为西门子MMV，交流电机的型号为YlOO I1 -4。使用光电编码器对电机转速进行检测，使用压力传感器采集皮带间张力值。三电机同步系统的简化模型如图1所示。三台异步电机由一带状物(如皮带)连接。该系统为三输入三输出系统，输入参数第一交流感应电机Ml的转速、第一交流感应电机Ml与第二交流感应电机M2之间的皮带张力值F12、第二交流感应电机M2与第三交流感应
电机M2之间的皮带张力值F23 ,输出参数是三台电机的转速给定，即输入三台变频器的信号。根据数学建模所得到模型可知，张力值F12由电机I与电机2的转速差决定且成正比，张力值F23由电机2与电机3的转速差决定且成正比。因此，电机速度与皮带张力之间存在耦合。[0013]本实施例使用主从控制策略，使第一交流感应电机Ml作为主电机，第二交流感应电机M2和第三交流感应电机M3作为从电机。首先给定第一交流感应电机Ml的转速，使用模糊二阶自抗扰速度控制器实现第一交流感应电机Ml速度闭环控制。然后根据给定的皮
带张力Fut、以及检测到的第一交流感应电机Ml的转速，使用模糊二阶自抗扰张力控制器
来求得第二交流感应电机M2应有的转速，并将该转速值赋予第二交流感应电机M2的变频
器。再由给定的第一交流感应电机M2与第三交流感应电机M3之间的皮带张力F3/和上步
所求得的第二交流感应电机M2的转速通过模糊二阶自抗扰张力控制器来得到第三交流感应电机M3应有的转速并给予第三交流感应电机M3的变频器。
权利要求1.基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，其特征是，该系统包括编程工控机、PLC、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压力传感器，所述PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间通过PROFIBUS-DP进行现场通讯；所述光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至所述PLC，所述压力传感器采集相邻两电机皮带间的张力值，并将张力值反馈至所述PLC ;所述PLC用于根据给定转速和所述反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的所述张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，其特征是，所述PLC带有SM323数字量输入输出模块、SM331模拟量输入模块和FM350高速计数模块。
专利摘要基于模糊二阶自抗扰控制器的三电机同步控制系统，包括编程工控机、PLC、第一、第二和第三变频器、第一、第二和第三交流感应电机、光电编码器和压力传感器，PLC与编程工控机之间使用MPI通信方式，与单台变频器之间进行现场通讯；光电编码器对第一交流感应电机转速进行检测，并将检测到的转速反馈信号输入至PLC，压力传感器采集相邻两电机皮带间的张力值，并将张力值反馈至PLC；PLC用于根据给定转速和反馈转速信号，计算获得第一转速控制值，输出至第一变频器，对第一交流感应电机进行控制，根据给定张力值和反馈的所述张力值，计算获得第二、第三转速控制值输出至对应的第二、第三变频器，对第二、第三交流感应电机进行控制。
文档编号H02P5/46GK202889267SQ20122046486
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者唐琳, 刘星桥, 朱丽婷 申请人:江苏大学