模糊矢量控制的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1 引言

隨著近年來傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。為了提高多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，滿足一些特定系統(tǒng)對(duì)多電機(jī)控制的同步要求，多電機(jī)協(xié)調(diào)同步控制方法的研究變得越來越重要。針對(duì)交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，以及矢量控制的不完全解耦性等缺點(diǎn)，本文引入了智能控制中的模糊控制技術(shù)，選用參數(shù)自調(diào)整模糊控制器，設(shè)計(jì)了一種基于模糊矢量控制的多電機(jī)同步控制方案從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。方案中使用西門子變頻器的矢量控制功能對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，在西門子PLC中實(shí)現(xiàn)了參數(shù)自調(diào)整的模糊控制。并通過Matlab進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真驗(yàn)證和分析。

2 多電機(jī)同步控制系統(tǒng)概述

在現(xiàn)代應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，充分利用計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中合理選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)、檢驗(yàn)控制方法，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)效率有著極其重要的作用。本文依據(jù)已提出的矢量變頻調(diào)速與合成誤差補(bǔ)償主從串聯(lián)控制方案構(gòu)建了主從軸協(xié)調(diào)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)與資料，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于可編程控制器(PLC)具有硬件簡單、編程方便、抗干擾性強(qiáng)等有點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用與交流電機(jī)控制系統(tǒng)中，本章介紹的矢量控制是以PLC作為控制核心的控制系統(tǒng)。

多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求基本有以下幾點(diǎn)：

(1) 傳動(dòng)系統(tǒng)要有一定的穩(wěn)定精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其中穩(wěn)態(tài)精度±0.01~0.02%，動(dòng)態(tài)精度±0.05~0.5%，同步動(dòng)態(tài)精度為±0.05~0.45%;

(2) 工作速度要有較寬、均勻的調(diào)節(jié)范圍。調(diào)節(jié)范圍為之間;

(3) 具有負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整的功能，以免造成負(fù)荷動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移而引起的過流或過壓;

(4) 具有良好的接口能力。

3工業(yè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 變頻PLC控制系統(tǒng)

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最常見的是變頻器和PLC的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，構(gòu)成了不同類型的變頻PLC控制系統(tǒng)。

變頻PLC控制系統(tǒng)在變頻器控制中屬于通用的一種控制系統(tǒng)。一個(gè)變頻PLC控制系統(tǒng)通常由三部分組成，即變頻器本體、可編程控制器PLC部分、變頻器與PLC的接口部分。交流電機(jī)由西門子變頻器進(jìn)行一對(duì)一的傳動(dòng)控制。西門子S7-200PLC負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的開關(guān)量、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和工藝控制。交流變頻器通過RS-485實(shí)現(xiàn)與PLC之間的通信。

PLC變頻控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

圖1 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖

本文重點(diǎn)研究交流電機(jī)的同步控制，為達(dá)到研究目的，在上述工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，以一臺(tái)交流電機(jī)為主動(dòng)電機(jī)，以其它交流電機(jī)為從動(dòng)電機(jī)，按照交叉耦合并行同步控制方式，進(jìn)行交流電機(jī)的同步控制。

系統(tǒng)中，由S7-200系列PLC完成數(shù)據(jù)的采集、處理和對(duì)變頻器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。主、從電機(jī)接受PLC或其他系統(tǒng)的速度指令，通過編碼器形成速度反饋，使系統(tǒng)達(dá)到精確的速度控制。當(dāng)主電機(jī)獲得PLC的啟動(dòng)命令和速度給定時(shí)，經(jīng)過矢量變頻器進(jìn)行處理，調(diào)整轉(zhuǎn)矩獲得給定的速度。如果從電機(jī)并未將力矩傳遞到負(fù)載上，那么從電機(jī)將感覺到負(fù)載重增加扭矩，同時(shí)主電機(jī)也將相應(yīng)的減小扭矩;若主電機(jī)負(fù)載稍輕，那么主電機(jī)就會(huì)相應(yīng)的減小扭矩以保證與從電機(jī)保持相應(yīng)的速度，主從任何一方的負(fù)載變化必將反映在另一方的輸出轉(zhuǎn)矩變化上。