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同步控制及其在结晶器振动中的应用Synchronizatio.pdf


文档分类:汽车/机械/制造 | 页数:约4页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。0112年9月控制工程.-/0112第56卷第8期!"#$%"&’#()#**%)#("+!,)#-3"&456,7"48!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号:5:25;2<6(<0112)18;180<;16同步控制及其在结晶器振动中的应用刘坤,方一鸣,赵莹(燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛1::116)摘要:针对当今已广泛应用于多个领域的电机同步控制技术,研究能满足多电机间速度和角位移同步控制要求的先进同步控制技术已成为关键。通过对主令式、主从式、相交耦合技术、双轴相交耦合控制方法、电虚拟总轴控制、相关耦合策略等新老同步控制方法分析比较,为不同的工业场合提供参考,并提出一种采用同步策略控制双交流伺服电机驱动连铸结晶器振动的技术改造新方案。以上方法的仿真曲线均在三相交流感应电机上仿真得到,经过比较,给出了这些控制策略在不同负载扰动下的优缺点,并在改造方案中得到了成功应用。关键词:同步控制;相关耦合策略;连铸结晶器中图分类号:>?02文献标识码:***@A/#B,%"#)C-$)"#!"#$%"&-#DE$******@GG&)B-$)"#F$"!"#$)#H"HF!-F$)#(."&D!"#$%&,’()*+,;-,&.,/0(1+,&.(AB,""&"+’&*B$%)B-&’#()#**%)#(,I-#F,-#J#)K*%F)$/,L)#,H-#(D-"1::116,!,)#-)!"#$%&’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制效率。.引言电机同步控制技术的分析与提出工业应用中,传统的用机械总轴连接两个或更/多负载的技术已经逐步被多电机同步控制策略所取电机的同步控制主要是对电机间输出速度和角[]代5。文献[0]提出了几种由伺服电机(S!)和高效位移的同步控制,广泛应用于造纸、纺织、印刷、感应电机实现的同步技术。现在市场上已出现商用冶金、差速传动等领域。典型的多电机同步应用包同步控制器,可精确实现对多电机间速度和角位移括填充机、缝纫机、封口机、连续运动式纸板包装的同步控制。然而,这些驱动器只能应用于某些特机、电子变速箱、总轴式传送带和定长切断机等。定的工作场合,对新的同步控制要求有时不能扩展这些应用都可归结为同一个问题,即:在系统中加或重新配置。入一个重复的阶跃信号,来模拟间歇性的负载扰动为了解一些典型的同步控制技术,满足不同标和连续的负载变化。准的工业应用场合,本文给出了多种同步控制方5)主从式(串连式)双电机系统主从式结构法。熟悉并掌握这些方法,就可根据工程应用中的同步控制是一种较早的同步控制方法,这种同步主实际需要设计同步控制器。尤其是对同步性要求不要是电机间输出速度的同步,控制结构是主电机的高,无需采用商用同步控制器或现有商用同步控制输出速度作为从电机的参考速度。由此可知,对主器无法满足要求时,用同步控制技术进行自主研发电机的速度或负载的任何影响都会反映到从电机显得尤为重要。这不仅可以提高同步控制器的控制上,而对从电机的任何扰动却不会反馈给主电机。能力及与现场的匹配性,也可以降低成本,提高控并且,在阶跃输入启动过程的恒流升速阶段,后一收稿日期:011:;1:;1=;收修定稿日期:011:;12;18作者简介:刘坤(5=<5;),男,河北唐山人,研究生,主要研究方向为计算机控制和电机同步控制等;方一鸣(5=:9;),男,江苏无锡人,博士,教授。第"期刘坤等:同步控制及其在结晶器振动中的应用·"!-·台电机的转速要比前一台稍有滞后,启动过程跟随性能不是非常理想。这种控制方式并不能保证有负载影响时的轴间完全同步,主要应用于对速度和位置同步控制要求不高的工业控制场合,但其结构简单、易于实现。!)主令式(并联式)主令参考控制方案是一种并联方式的同步控制,也主要是对电机间输出速图8带有负载变化的双轴交叉耦合控制方法结构图度的同步控制。但是,如果把控制信号换成角位"#$%8&’()*’)(+,-’.+9#:5;#51*(,//:*,)01+6*,2’(,1移,也可实现对电机间角位移的同步控制。此系统3+’.,64#’.1,5675(#5’#,2中所有单元共享一个输入信号,各单元之间完全没对比图#可以看出,此方法只是相交耦合技术有耦合,由于主令参考信号直接作用到每个单元的的扩展,只是在其中加入了“同步”模块作为主参控制器上,各单元之间不会相互影响,并且任何一考模块。文献[&]讨论了两个控制器在绝对和相对个单元的扰动也不会影响其他单元的运动状态。如速度模块的作用,此控制策略可以达到更好的速度果只是主令参考信号波动,各单元之间的同步主要同步。但文献[&]并未给出用同种方法获得相对位靠各单元对主令信号的一致跟随。此控制方法结构置同步的可行性方案,也未给出如何把此种方法扩简单、易于实现,且启动时不存在某个电机速度滞展到对多台电机的同步控制中去的方案。后的问题,也很容易扩展到对多电机的同步控制%)电虚拟总轴控制(’()*)电虚拟总轴控制中。但是,如果某一单元发生扰动,由于缺少各单最早是在文献[%]中提出的,并在文献[+]中得到了元间的相互反馈,是一种开环控制,此时系统的同深入的讨论,在电机间速度同步控制中得到了较好步就难以保证。可见,此系统只适用于系统受扰较的控制效果,如图"所示。轻,并且各单元的参数或跟随性能相同的情况下。此种方法已经成功应用于秦皇岛***纶厂设备改造中,同步性能完全能够满足现场工况要求。")相交耦合技术这种技术最早提出是用于制造系统的,可实现电机之间的速度及角位移同步控制。如下图#所示。图双电机的电虚拟总轴控制方法结构图图!带有负载变化的交叉耦合控制方法结构图<"#$%!&’()*’)(+,-’.+*(,//*,)01#2$*,2’(,1/*.+3+"#$%<&’()*’)(+,-’.+=>?&-,(5’4,:3,’,(/@/’+34#’.1,5675(#5’#,2在上述两篇文献中都阐述到,机械总轴完全可与主从式相比,只是在两系统之间加入相对误以由电同步组合传动装置所取代,因为机械总轴可差信号作为反馈,经过增益后作为跟踪信号分别反被模拟为速度校准传动器,由电虚拟总轴来模拟实馈给各系统,与各系统的反馈信号和期望的输入信现。此策略在电机的启动和稳定运行时都得到了较号合并作为输入。此结构可反应两个系统中各自的好的运行效果,并且抑制了各电机上的负载扰动,负载变化,从而可得到更好的同步效果。但是文献得到了较好的速度同步。然而,在虚拟总轴中并不[",$]中并未详细地阐述如何把此方法扩展到多电包括位置主控器,使得在电机启动、有负载干扰、机同步的系统中去。此外,相对增益!必须很大电机停车时,不能保证电机间的位置(电机转角)同才能保持同步,并且在实际应用中表明,增益!步,造成可能存在各电机间的恒稳态位置差。也会放大噪声,产生转矩波动。这种同步方式推荐&)相关耦合策略文献[,]中提到一种新的同只应用于双电机系统和对同步要求较高的系统。步控制方法—相关耦合策略。$)双轴交叉耦合控制方法此方法最早在文此控制策略的关键在于“相对速度模块”。系献[%]中提出,只应用于双电机系统,其结构如图统中各电机的速度由于各种原因可能出现不同步即!所示。存在相对速度差,这种控制方法把系统中各电机速·%%)·控制工程第!"卷度集中到此模块,再进行对比运算,得出误差信号。运算参考信号是与此模块所连的电机速度,其他电机的速度作为比较信号,从而得出误差信号。再把所得误差信号经增益后进行加和,作为此电机的“相对误差”信号。其中参数降低了各电机!"!之间初始速度的差异,而不增加速度瞬时过载量,以免产生转矩抖动。双电机上的相关耦合策略,如图"所示。(#)采用主从式控制的仿真曲线(#)应用在双电机上的相关耦合策略控制框图()相对速度模块$!($)采用相交耦合式控制的仿真曲线图!双电机上的相关耦合策略"#$%!&’()*#+’,-./(#0$1*2)*’$31,4’5’6-2)*7-5-*-2131*’5此控制方案可扩展到多电机系统,尤其是在%电机同步控制中可表现出良好的控制效果。但是系统中电机多于%台时,就要参考更多的电机反馈信号,“相对速度模块”中要运算的量就会增多,模块的布置就会更加复杂。8仿真结果以上几种同步控制方法在&台三相交流异步电()采用电虚拟总轴()控制的仿真曲线机基础上的仿真结果,如图’所示。,-./0通过比较在不同控制方法下得出的仿真曲线,可以进一步印证各种控制方法的优劣。图’(()是应用相关耦合策略,在%台三相交流异步电机模型上仿真得到的。通过仿真结果可以看到,该控制策略在%台电机之间的同步控制性能很好。在图(’()上图中,在)*%+,)*"+,)*’+电机!、电机&、电机%加负载扰动。在有负载干扰时,同步调节时间较短,并不需要额外的控制器来保持各电机间的速(()采用相关耦合策略的三电机仿真曲线度同步。易于电脑编程实现,适用于计算机控图有负载扰动时的仿真曲线图!"9制系统,且结构简单,比虚拟总轴造价低,各电机"#$%9:.2+’1-6*4’1#5.()*#-07#*4(-);+)2#)*#-0驱动装置可单独工作或协调工作,依工业控制现场应用研究情况而定,为在不同工况下对电机台数切换提供了!方便,不失为一种新颖的多电机控制方案。基于以上理论成果及仿真比较,本文提出一种第*期刘坤等:同步控制及其在结晶器振动中的应用·**&·由双电机同步技术控制!台交流伺服电机驱动连铸制,也为以后设备升级打下基础。如果以后要对更结晶器振动的技术改造新方案,双伺服电机的引多台电机进行控制,只需增加硬件接口通道数量和入,在结晶器振动领域尚属首次。软件输出的数据量即可。连铸结晶器非正弦振动是连铸过程中的关键环对该方案分析可以看出,采用精确的同步控制节,前人已开发了多种驱动方式的振动设备,典型策略,实现电机精确同步运转,增加了结晶器振动的如机械式、电液伺服式。电液伺服式不足之处是台振动时的平稳性,并且克服了单台电机功率有时系统复杂、投资昂贵、维护工作量大。这很大程度不能完全满足工况要求的缺点,极大地提高了结晶上限制了它的推广和应用。而机械式驱动装置降低器振动装置的控制精度和连铸的生产效率。了结晶器振动的平稳性及运动精度,占用的空间较结语大,不便于应用在流间距较小的多流连铸机,并且6振动波形(波形偏斜率)不能在线自动调节,限制随着工业自动化程度的提高及生产规模的扩!了非正弦振动优越性的发挥。大,生产线的长度和所需求的驱动功率不断增加,本文提出的新方案克服了以上缺点,应用双电就要用到多电机的同步控制。在某些工业场合多电机同步技术控制!台交流伺服电机驱动连铸结晶机同步驱动必将代替传统的机械总轴式驱动或单电器,使振动机构实现非正弦振动。占地面积小,适机驱动。本文通过对目前国内外多电机同步控制方合多流连铸,并且由计算机软件编程,根据不同的式分析比较,提出了新的控制方案,给出了具体应工况要求由工控机实时给出控制信号,实现对双伺用实例,为多电机同步控制的应用提供了参考。服电机的同步控制,控制精度高,又能拥有电液伺参考文献():服驱动中振动波形(波形偏斜率)可在线自动调节7(/(+(3-()!的优点。具体方案结构图如图"所示。[&]吴其华,徐邦荃’多电机同步传动控制系统分析[(]’兵工自动化,!))*,!!(&):!)+!,(’%-./0-1,2-31456-14’74189:/:;<:94+=0>;4/?***@A=;4B>;8:9:******@C<;>C-8B/+C;B;[>(]’D>A414=***@E4A-:B>97-B;+C1B/;4,!))*,!(!&):!)+!,’)[!]F->8G,H-C4@>I’7C-8B//4A-=B/;4+C;B;>A>/J@:B>******@59;K@>1B/45/4B0@:***@4:;>8@::C;A[@(]’ELLLF>14:;4E4A-:B>97KK8/=1B/;4:M;4<@>+***@4=@,!))&,*(N!):&!*!+&!*O’[*]P;>***@4Q’M>;::+=;-******@AR/1S/18=;CK-B@>=;4B>;8<;>C14-<1=B->/45:9:+******@C[:(]’(;->418;<T941C/=H9:******@C:,******@1:->***@******@4B14AM;4B>;8,&OU),&)(!&!):!"#+!N!’[,]F;C/?-$1I,V-(H,M0/-FM,!"#$’H94=0>;4/:1B/;4;<BW;C;B/;4图!应用方案系统结构图=;4B>;81S@:-4A@>1A1KB/J@<@***@A<;>W1>A=;4B>;[8(]’7HIL(;->418;<T941C/=******@******@C:,******@1:->***@******@4B14AM;4B>;8,&OO!,&&(,"):&O"+!)*’"#$%!&’()*+,-*,+(./*’(0112#-0*#.3)4)*(5[],本方案中采用了台伺服电机,主要是考虑到#74A@>:;4XGY;>***@4?X’%***@RC1=0/4@=;;>A/******@AC;B/;4=;4B>;8J/1!***@8@=B>;4/=8/4@+:01<B/4[5(]’ELLLF>14:E4A7KK8/=1B/;4,!))&,*(N&):目前市场上可选用的伺服电机中最大功率为##$%,!,N+!#,’["]F->8G,H-C4@>I,7:0@>GI’7:94=0>;4/:***@AC-8B/+C;B;>=;4B>;8:9:+连铸结晶器在大方坯铸造时单台伺服电机功率可能******@C-:/45:***@4:;>8@::/4A-=B/;4C;B;>A>/J@:[M]’EB189:E4B@>41B/;418还是满足不了要求,所以本方案设计采用两台大功M;4<@>***@4=@;4Z;W@>L8@=B>;4/=:,I1=0/4@:14AT>/J@:,!))!’[N][******@4?-***@817,Y;>***@4?X’L8@=B>;4/=8/4@+:01<B/45=;4B>;8<;>K1K@>C1+率伺服电机,这就涉及到选用同步控制算法的问=0/******@A>/J@:[(]’ELLLF>14:1=B/;4:;4E4A-:B>97KK8/=1B/;4:,!))&,*N题。基于以上理论分析和仿真结果,本文采用相关(&):&)"+&&!’[U]Z@>@?Z,M18A@>;4G,7>1-\;E’******@81B/J@=;-K8/45:B>******@5[9M]’******@S/=;耦合策略进行软件编程,对双伺服电机实现同步控M/B9:L8@=B>;4/=I1=0/4@:14AT>/J@:M;4<@>***@4=@,!))*’!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第*)*页)["]柴天佑,郎世俊’一种简单的多变量自校正控制器及其在电加热炉上的应用[(]’控制理论与应用,&OUN,,(!):NN+U!(’M01/参考文献():F/149;-,Y145H0/\-4’7:/******@C-8B/J1>/1R8@:***@8<+B-4/45=;4B>;88@>7(/(+(3-()14A/B‘:1KK8/=1B/;4B;***@8@=B>/=******@******@A<->41=[@(]’M;4B>;8F0@;>9a7KK8/=1B/;4:,&OUN,(,!):NN+U!’)[],,&******@J/=?$******@BB@:9(V/5@>I’******@8<+B-4/451A1KB/J@=;4B>;8;<=@+[N]G;;AW/4GM,V/88T(,Z1814/:W1C/I’7K@>:K@=B/J@;4=;4J@>******@4=@[],,():******@4B>1WC1B@>/******@4A/45(’7-B;C1B/=1&ONU&,"#!#+#*!’;<1A1KB/J@=;4B>;8185;>/B0C[:(]’7-B;C1B/=1,&OU,,!()#):#&O+#*&’[!]P;/J;V]’7C-8B/J1>/1R8@:***@8<+B-4/45=;4B>;88@>[(]’7-B;C1B/=1,[]柴天佑全局收敛的多变量极点配置自校正控制算法[]东北,():U’(’&OU)&",*#&+*""’工学院学报,&OUU,O(,):,U&+,U"(’M01/F/149;-’7C-8B/J1>/1R8@[*]Y145H(,G-2Q,M01/FQ’7C-8B/J1>/******@******@4@>18/?***@A:***@8<+B-4/45[]K;******@K81=***@******@4B:***@8<+B-4/45=;4B>;8185;>/B0CW/B058;R18=;4J@>******@4=@=;4B>;88@>W/B0A@=;-K8/45A@:/54(’ELLLF>14:1=B/;4:;47-B;C1B/=[],,():),,():(’(;->418;<];>******@1:B@>4^4/J@>:/B9&OUUO,,U&+,U"’M;4B>;8&OU"7M+*&#,N,+,NN’[],,[]柴天佑,郎世俊,顾兴源多变量自校正前馈控制器及其应用OG;;AW/******@Z(M1/4@:ZL’T/:=>***@B@+B/******@C-8B/J1>/1R8@,’[],,[(]’自动化学报,&OU",&!(*):!!O+!*"(’M01/F/149;-,Y145H0/+1A1KB/J@=;4B>;8(’ELLLF>14:1=B/;4:;47-B;C1B/=M;4B>;8&OU),7M+!(#*):,,O+,#N’\-4G-2/459-14’7C-8B/J1>/1R8@:***@8<+B-4/45<@***@A<;>W1>A=;4B>;88@>[]刘贺平直接辨识扰动模型的内模极点配置自适应控制[]自14A58;R18=;4J@>******@4=[@(]’7=B17-B;C1B/=1H/4/=1,&OU",&(!*):!!O+&)’(’动化学报,,():(!*"’)&OOU!,,#)!+#)"’Y/-******@K/45’7A1KB/******@K;******@K81=@+[][#]3;>/::;4^Y_’******@8<+B-4/45>***@5-81B;>:<;>1=81::;<C-8B/J1>/1R8@:9:+******@4B=;4B>;88@>W/B0A/>@=B89@:B/C1B/45A/:B->R14=***@C;******@8(’7=******@C[:(]’7-B;C1B/=1,&ONO,&(#!):!)O+!&#’7-B;C1B/=1H/4/=1,&OOU,!(,,):#)!+#)"’)

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