基于PI补偿控制器的多电机速度同步系统设计

摘要

多电机速度同步控制系统作为典型的电机控制系统,要求对单台电机进行精确的速度控制和对多台电机的速度进行协调控制,广泛应用于化工、钢铁、纺织等工业生产中,因此对多电机速度同步控制系统的研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　 本文针对腈纶纺丝生产线,设计了PLC变频控制的多电机速度同步系统。PLC的工业可靠性和变频调速的精确实用性,使得PLC和变频器的组合非常适合用于多电机速度同步控制的工业实现。采用PROFIBUS现场总线取代模拟信号,使得PLC与变频器之间的通信更加准确及时,也减少了现场布线工作。采用WinCC作为上位机监控软件,对生产线各工艺点的状态进行监控,并对重要的生产数据进行归档处理。
　　 在矢量控制原理的基础上,本文在MATLAB中构建了异步电机速度和电流双闭环控制系统,仿真结果表明了矢量控制用于异步电机调速的优越性。根据多电机速度同步控制的发展历程,本文分别介绍了机械式同步、并行同步、主从同步和基于速度补偿的同步方式,并在MATLAB中进行了仿真。通过比较和分析这几种同步方式的优缺点之后,设计了基于模糊PI补偿控制器的多电机速度同步系统。仿真结果表明,在这种同步方式下,稳态时电机之间的速度互不影响,当一台电机由于负载扰动等因素导致速度抖动时其他电机会迅速跟随其变化,实现了较好的速度同步。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 多电机速度同步控制方式研究现状

1.3 速度补偿控制器的算法介绍

1.4 本文的主要工作

第二章 腈纶纺丝生产线控制系统设计

2.1 腈纶纺丝工艺原理介绍

2.2 腈纶纺丝生产线PLC控制系统设计

2.2.1 控制方案设计

2.2.2 PLC硬件组态

2.2.3 软件设计

2.3 腈纶纺丝生产线WINCC监控系统设计

2.3.1 组态软件WinCC简介

2.3.2 腈纶纺丝生产线WinCC组态流程

2.4 多电机通讯系统设计

2.4.1 网络结构设计

2.4.2 现场设备层网络

2.4.3 车间监控层网络

第三章 三相异步电机矢量控制系统及其MATLAB仿真

3.1 三相异步电机数学模型分析

3.2 三相异步电机矢量控制

3.2.1 矢量控制原理

3.2.2 两相系下异步电机数学模型

3.3 异步电机矢量控制MATLAB仿真

3.3.1 MATLAB软件介绍

3.3.2 基于MATLAB的异步电机矢量控制系统仿真模型

3.3.3 三相异步电机本体模块

3.3.4 矢量控制模块

3.3.5 坐标变换模块

3.3.6 速度控制模块

3.3.7 电流滞环控制模块

3.3.8 逆变器模块

3.4 仿真结果分析

第四章 基于模糊PI补偿控制器的多电机速度同步系统MATLAB仿真

4.1 速度同步控制策略及其MATLAB仿真

4.1.1 并行同步控制MATLAB仿真

4.1.2 主从同步控制MATLAB仿真

4.1.3 基于速度补偿的同步控制MATLAB仿真

4.2 模糊控制理论

4.3 模糊PI控制器设计

4.3.1 模糊PI控制器原理

4.3.2 基于MATLAB的模糊PI控制器设计

4.4 基于模糊PI补偿控制器的多电机同步控制系统MATLAB仿真

第五章 总结与展望

5.1 内容总结

5.2 问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文