[發明專利]兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統及其解耦控制方法

無效

• 申請號: 201210434798.1
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102969948A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 張懿;魏海峰;馮友兵;王玉龍;朱志宇
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02P5/50
• 分類號: H02P5/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及兩電機變頻調速系統的一種兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統及其解耦控制方法，適用于電力傳動控制設備的技術領域。

背景技術

兩變頻器驅動兩臺感應電機構成的兩電機變頻調速系統，采用矢量控制的模式，在工業生產中得到了廣泛的應用，其運行性能和效率對工業生產有著十分重要的影響。

兩電機變頻調速系統是一個典型的多入多出、非線性、強耦合的復雜系統，系統的張力是由兩臺感應電機的轉速之差形成的。造紙、紡織、建材等現代工業領域，經常采用多電機變頻調速系統傳送和卷取物料。為保證物料的高效收卷且不被拉斷和堆積，一般要求各臺電機同步協調運行，同時使張力保持在某個給定值恒定不變，并且不受電機速度變化的影響。因此，張力和速度的有效控制是系統同步運行的關鍵。對于張力和速度之間的這種互相耦合，傳統PID控制存在技術瓶頸，國內外研究者圍繞兩電機控制系統的設計進行了一系列研究，有：采用反饋線性化方法實現卷材傳送系統速度和張力的解耦控制，相鄰耦合誤差控制算法對兩電機系統的同步控制，自適應前饋控制器和離散自適應滑模控制器用于兩電機系統的靜態解耦，等。這些研究均基于系統模型，需深入了解具體系統運行機理和動力學過程，實現過程復雜，且多是針對特定的應用背景，缺少適用于兩電機變頻調速系統的通用控制策略設計方法。

矢量控制模式下，感應電機效率優化是通過調節轉子磁鏈大小來實現的。當電機處于動態運行過程中，由于電機磁鏈和轉矩間相互耦合，磁鏈的變化不利于電磁轉矩動態響應的快速性，進而會對系統的轉速和張力的控制產生不利的影響。尤其是當系統長期處于輕載高速的動態工況下，這種負面影響的表現將更為突出。對于動態條件下調速系統的效率優化，目前研究相對較少，一方面是由于這種特定情況下的能量損耗問題尚未引起人們的足夠重視。此外，由于必須改變電機的磁鏈，將會引起電磁轉矩的耦合脈動，進而影響動態過程的調整，控制難度加大。現有的解決方法是采用切換控制的思想：負載轉矩或轉速指令變化進入動態過程時，恢復為額定轉子磁鏈下的矢量控制；動態過程結束進入新的穩態后，再進行磁鏈調節實現效率的優化控制。這種方法存在著明顯的不足：1)轉子時間常數的存在使轉子磁鏈上升到額定值需要一段時間，從而影響電機的轉矩響應速度；2)由于定子勵磁電流指令變為額定值，則系統達到穩態后再次進行效率優化的過程將變長；3)沒有考慮電機動態變化過程中的效率優化。

發明內容

發明目的：本發明提供一種兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統及其解耦控制方法，在實現解耦控制的基礎上兼顧效率優化，有效改善系統的動、靜態性能和運行效率。

技術方案：一種兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統，包括由第一臺電機、第一臺變頻器、第二臺電機和第二臺變頻器組成的兩電機變頻調速系統，由表征逆系統非線性映射關系的最小二乘支持向量機(LSSVM)和表征逆系統動態特性的積分器組成的LSSVM逆系統；所述LSSVM逆系統和兩電機變頻調速系統串聯得到包含磁鏈、速度及張力子系統的偽線性復合系統；將PID控制器作為實現偽線性復合系統閉環控制的附加控制器，LSSVM逆系統和閉環控制器共同組成LSSVM逆控制器。

一種兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統解耦控制方法，包括：

建立考慮電機轉子磁鏈的兩電機變頻調速系統的數學模型，并進行可逆性分析；設計由表征逆系統非線性映射關系的最小二乘支持向量機(LSSVM)和表征逆系統動態特性的積分器組成的LSSVM逆系統，將LSSVM逆系統作為前饋控制器與兩電機變頻調速系統串聯，得到包含磁鏈、速度及張力子系統的偽線性復合系統，實現兩電機變頻調速系統的近似線性化和解耦；設計簡單實用的PID控制器作為附加控制器，實現偽線性復合系統閉環控制；在此基礎上，采用基于電機損耗模型的轉子磁鏈優化給定，完成兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統的解耦控制。

與現有技術相比，本發明提供的兼顧效率優化的兩電機變頻調速系統及其解耦控制方法，具有如下優點：

1、串聯LSSVM逆前饋控制器后得到的偽線性復合系統，實現了兩電機變頻調速系統的解耦和線性化，使通過附加簡單的閉環控制器來獲取高性能的控制效果成為可能。

2、在解耦控制的基礎上，基于電機損耗模型的轉子磁鏈優化給定方法，既能保證系統具有良好的動態響應性能，又能提高電機動、穩態運行效率。