[發明專利]多電機協調控制系統

無效

• 申請號: 200710307241.0
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN101237206A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 南余榮;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;H02P5/52
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及一種多電機傳動協調控制系統。

背景技術

多電機傳動正在越來越多地應用于機電系統中，大型機電設備因數量眾多的同步控制裝置容易造成故障率高、使用維護不方便和維修工作量大，嚴重地影響生產。研究直進式拉絲機的多電機傳動協調控制原理和方法，實現直進式拉絲機協調控制，可降低了設備成本并提高系統可靠性和控制管理水平，節能降耗，提高產品的產量、質量和設備運行的經濟效益。

目前，在多電機協調控制中主要應用的控制結構有兩類：非耦合控制結構和耦合控制結構。其主要控制參數是多臺電動機的速度、轉角或位移，目的是使各電機聯結機構按既定的關系協調運行。

以前，一些大功率工程機械設備與系統的協調運行，包括定速比同步運行、位置隨動運行等，大多數還采用機械式協調傳動方式。近年來，隨著交流變頻調速技術、控制理論的迅速發展，交流變頻供電下的多電機協調控制方案與控制策略的研究與應用不斷引向深入，在多電機傳動系統協調控制中，要求各軸速度按規定比例協調運行、各軸位置隨動運行的應用系統與設備種類很多，應用也極為廣泛。常見的有直進式拉絲機、連鑄機、軋鋼機、膠帶輸送機、印刷機組、染整機等。對于由多電機組成的協調傳動系統，根據控制系統的結構，分為非交叉耦合型多電機傳動系統和交叉耦合型多電機傳動系統。

非交叉耦合型多電機傳動系統的基本類型有兩種，一種為比例給定的多電機并聯傳動系統，參照圖1，傳動系統中的各電機之間相互獨立，電機之間不存在直接的物理連接，對應的控制系統中給定信號是根據生產工藝要求的比例分別給定。但是，當各電氣傳動單元的型號、規格不相同時，動態響應的一致性較差。另外，該類系統不能消除輸出協調誤差問題。

非交叉耦合型多電機傳動系統還有一種基本類型為主從協調多電機控制系統，參照圖2。在該系統中首先要確定某一傳動系統為主系統，對應的電機稱之為主電機，指令按某一比例給定到主電氣傳動單元。指令的大小可以調節給定值的大小而保持比例不變，也可以保持總給定值不變而改變比例系數，第一個電氣傳動單元的輸出乘以增益作為下一個電氣傳動單元的輸入，同理，下一個電氣傳動單元的輸出乘以增益作為再下一個電氣傳動單元的輸入……，這樣，下一個輸出將會跟隨前一個輸出的變化而變化，下一個電氣傳動相對于前一個電氣傳動來說是從屬的，前一個電氣傳動相對于下一個電氣傳動來說是主動的。所以，稱為主從協調多電機控制系統。主從協調控制的優點是系統結構簡單、靜態誤差小，從電氣傳動系統會跟隨主電氣傳動系統的擾動而變化，其缺點在于從電氣傳動系統響應時延較大，動態跟蹤性能不好。

交叉耦合補償控制分為前向交叉耦合補償控制和反向交叉耦合補償控制，參照圖3和圖4。前向交叉耦合補償控制主要用于雙電機系統，每個電機傳動本身構成了閉環系統。除此之外，每個電機傳動系統的被控量與給定值之間的誤差通過控制器疊加到另一個電機傳動系統，改善了動態跟蹤性能。該類系統目前存在的問題是當被控對象由于機械傳動機構產生誤差時，無法得到校正，所以，它一般用于對靜態性能要求不高、動態性能要求較高的場合。

參照圖5，改進的非交叉耦合型多電機傳動系統，該系統中的電氣傳動2單元的輸入給定由總給定和前一級的輸出兩部分組成，電氣傳動3單元的輸入與電氣傳動2單元類似，其特點兼顧了動態響應和跟隨精度。該系統應用于啟動一致性要求好、跟隨精度較高的場合非常有效，但不能消除輸出協調誤差問題。

參照圖6，反向交叉耦合補償控制也是用于雙電機系統，它是將2個電機傳動控制系統輸出量進行比較，通過信號處理后經協調控制器分別輸出給2個電機傳動單元。如果用在多于2個電機的系統，由于輸入量之間、輸出量之間的存在耦合，就會出現單個目標多個主控制器問題，無法設計協調控制器。

發明內容

為了克服已有的多電機控制系統的位置跟蹤性能差、不能消除輸出協調誤差、存在有靜差控制的不足，本發明提供一種位置跟蹤性能好、消除輸出協調誤差、實現無靜差控制的多電機傳動協調控制系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：