可逆式轧机主传动控制方法的研究

摘要

可逆式轧机因具有生产规模小、投资少、品种规格变换快而批量小的特点，广泛应用于钢铁生产行业。轧机主传动控制系统对轧机操作、运行、日常维护以及产品质量、品种规格范围的影响极大，而轧机主传动控制方法决定了主传动控制系统的控制性能，因而对可逆式轧机主传动控制方法的研究具有重要的应用价值和理论意义。
　　本文以某不锈钢厂的冷轧生产线为背景，将20辊可逆式轧机主传动控制系统作为研究对象，分析了可逆式轧机主传动控制系统的基本结构、工作原理及控制方法。由于可逆式轧机主传动采用主动前端(AFE)三电平交-直-交调速系统，因而实现了对整流侧和逆变侧的独立控制。针对以往采用虚拟磁链定向矢量方法控制三电平PWM整流器时，存在因观测器初值不确定而导致整流器启动电流过大，引起系统故障的问题，提出采用电网电压定向矢量控制方法，以实现对整流器更有效的控制。但该方法数学模型复杂，控制器设计十分困难，因此本文对整流器模型按工程需要进行合理简化，使其易于PID控制器参数的选取，并利用锁相环(PLL)技术解决电网电压定向方法中存在的定向偏差问题，从而实现对整流侧直流母线电压及电网功率因数的有效控制。针对以往采用气隙磁链定向矢量方法对凸极同步电动机进行控制时，存在因磁路不对称导致控制误差大的问题，本文提出采用定子磁链定向矢量控制方法，实现对凸极同步电动机动态数学模型的解耦，并在此基础上，采用PID对同步电动机转速和转矩进行控制。针对实际工业应用中凸极同步电动机参数易变，且负载转矩变化非线性的特点，本文在矢量控制方法的基础上，尝试将具有快速响应、且对参数变化及扰动不灵敏特性的滑模变结构控制方法引入主传动调速系统的速度控制器设计，实现对同步电动机转矩和速度的准确、快速响应。
　　最后，利用Matlab仿真软件对所给出的滑模变结构速度控制器设计进行了仿真研究，仿真结果表明了基于滑模变结构的主传动调速系统不仅具有对设定值和起/制动、加/减速指令的快速且准确的跟随性能，而且能够更好地适应负载的扰动及环境参数的变化，并满足正/反转之间快速平滑切换的要求，实现了对可逆式轧机主传动调速系统的有效控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 轧机主传动控制系统的发展

1．3 可逆式轧机主传动控制方法的研究现状

1．3．1 PWM整流器控制方法的研究现状

1．3．2 交流电动机控制方法的研究现状

1．4 课题研究内容

第2章 可逆轧机主传动计算机控制系统概况

2．1 可逆式轧机概况及主要设备

2．2 可逆式轧机主传动计算机控制系统特点

2．2．1 主传动控制系统的硬件结构功能

2．2．2 可逆式轧机传动控制系统的结构特点

2．3 本章小结

第3章 主传动三电平整流器控制方法的研究

3．1 三电平整流器的数学模型

3．1．1 abc静止坐标系下三电平整流器数学模型

3．1．2 dq旋转坐标系下三电平整流器数学模型

3．1．3 三电平整流器模型的简化

3．2 三电平整流器的控制方法

3．3 三电平整流器控制系统的控制器设计

3．3．1 电流控制器设计

3．3．2 电压控制器设计

3．4 基于锁相环PLL的θ控制

3．5 仿真研究

3．6 本章小结

第4章 主传动凸极同步电动机控制方法的研究

4．1 凸极同步电动机的数学模型

4．2 凸极同步电动机的控制方法

4．3 凸极同步电动机控制系统的控制器设计

4．3．1 定子电流控制器设计

4．3．2 转速控制器设计

4．3．3 励磁电流控制器设计

4．3．4 磁链控制器设计

4．3．5 磁链模型观测器设计

4．4 本章小结

第5章 基于滑模变结构主传动调速系统控制的研究

5．1 滑模变结构控制简介

5．2 滑模变结构转速控制器的设计

5．3 仿真研究

5．3．1 仿真模型的建立

5．3．2 仿真结果与分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢