基于偏差耦合结构的多电机转速协同控制

摘要

随着工业生产自动化水平的不断提升，在传统工业传动领域，多电机协同控制技术已逐步取代传统单台电机机械轴传动技术。而对于多电机协同电驱动系统，无耦合多电机系统又因为控制量较少，无其它材料属性与机械摩擦等物理量的加入，使其控制难度相对较低，控制精确度相对较高。而在现有的并行控制、主从控制、虚拟总轴控制、交叉耦合控制与偏差耦合控制结构中，偏差耦合控制结构又因耦合性能好，控制电机数目多，被广泛认可和使用在多电机转速同步控制中，并且也是今后研究的主要方向。
　　传统偏差耦合结构中，转速给定与补偿模块补偿机制复杂，在线计算量大;并且在电机系统负载不均起动时与系统稳定运行负载发生扰动时，系统会产生较大的同步误差从而导致系统同步性能不佳。针对这些问题，本文将传统结构中的转速给定与补偿模块替换为同步误差补偿器，其补偿机制是将某台电机的转速与所有电机的平均转速做差，差值经过一个单独控制系统同步性能的比例-积分控制器，补偿到该电机的转速控制器输出端，解决了系统稳定运行时负载发生扰动使得同步误差过大的问题。并且在转速环控制器的比例部分增加了输出选择器，使系统在起动时，转速较快电机的转矩给定退饱和，转速较慢电机的转矩给定饱和，从而解决了系统在起动时由于电机负载不均导致的系统同步误差较大的问题。最后搭建了三电机实验平台，并在此平台上进行了传统偏差耦合结构与改进偏差耦合结构的对比实验分析。实验结果表明，相对于传统结构，改进型偏差耦合多电机控制系统，在电机负载不均起动以及系统稳定运行负载发生扰动时，能有效减小系统同步误差，提高系统同步性能。该改进型结构适用于对多电机系统同步性有较高要求的控制场合。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 多电机协同控制技术研究现状

1．3 多电机协同控制算法研究现状

1．4 本文主要内容

第二章 永磁同步电机数学模型及其控制策略

2．1 永磁同步电机简述

2．2 永磁同步电机数学模型

2．3 永磁同步电机控制策略

2．4 本章小结

第三章 多电机同步控制策略

3．1 非耦合控制结构

3．1．1 并行控制

3．1．2 主从控制

3．2 耦合控制结构

3．2．1 虚拟总轴控制

3．2．2 交叉耦合控制

3．2．3 偏差耦合控制

3．3 本章小结

第四章 改进型偏差耦合多电机同步控制策略

4．1 改进偏差耦合控制结构设计

4．2 改进偏差耦合控制性能分析

4．2．1 稳态性能分析

4．2．2 起动时的同步性能分析

4．3 仿真结果

4．4 本章小结

第五章 三电机转速协同控制系统实验对比分析

5．1 实验平台设计

5．1．1 硬件设计

5．1．2 软件设计

5．2 实验结果与分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢