网络化多电机系统同步控制策略研究

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多电机同步控制系统在冶金、造纸等领域得到了广泛的应用,其同步性能直接关系到产品的质量。因为传统的电机控制方式越来越难以满足多电机、大规模、远距离的工业生产的需要,所以能够实现远距离控制、系统维护方便的网络控制系统(NCS,Networked Control System)得到了广泛的应用。但网络的引入给多电机系统的高性能同步控制带来了更多的挑战,因此深入开展网络环境下多电机系统的同步控制策略研究具有较高的理论和实际意义。本文研究网络化多电机系统的同步控制策略,考虑网络因素对系统性能的不利影响,为提高多电机系统的同步性能,提出基于预测自抗扰控制和改进型偏差耦合结构的同步误差补偿控制策略。本文的主要研究内容如下:通过查找和阅读国内外相关文献,分析和综述了网络化多电机系统的同步控制结构和同步控制器的研究现状。网络化多电机系统同步控制的基本问题研究。阐述了网络化多电机系统的结构、同步控制的概念和同步性能评价指标,选择基于电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM,Space Vector Pulse Width Modulation)的网络控制系统作为研究对象,完成了数学建模和仿真建模。仿真研讨了网络因素、转动惯量、外部扰动等对网络化多电机系统的同步性能的影响,并通过仿真研究确定了偏差耦合结构为本文的同步控制结构。为了提高网络控制系统的跟踪性能,研究并提出了网络环境下多电机同步控制系统中单个电机的预测自抗扰控制策略,该策略包含对网络时延的预测和电机的自抗扰控制两部分。针对网络时延的预测,提出了基于互补集合经验模态分解算法和最小二乘支持向量机算法的时延预测模型,通过仿真研究,验证了该模型具有较高的预测精度。电机的控制器采用线性自抗扰控制算法(LADRC,Linear Active Disturbance Rejection Controller),并且网络时延预测值被作为控制器的一个输入,并将预测PI算法引入LADRC中,实现了电机的预测自抗扰控制。通过对基于SVPWM矢量控制的网络控制系统的仿真实验对比研究,验证了该控制策略能够更有效的提高电机系统的跟踪性能。建立了基于偏差耦合结构的网络化多电机同步控制系统,为了提高电机之间的同步性能,提出了基于偏差耦合结构的改进型同步误差补偿器。即一方面在结构上引入了误差因子,另一方面采用变论域模糊PD算法作为补偿算法。仿真实验对比研究验证了该补偿器可以更有效的提高系统的同步性能。最后,将预测自抗扰控制策略和改进型同步误差补偿器相结合,形成了一个综合的同步误差补偿控制策略,通过仿真实验验证了即使存在较大的网络时延,该控制策略仍能使系统具有良好的跟踪和同步性能。搭建了网络化三电机速度同步控制系统实验平台,设计了预测自抗扰控制器的应用程序,提出了多模式同步误差补偿器的设计结构,并完成了相关应用程序的设计,完成了组态监控系统的软件设计。
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