[发明专利]基于自抗扰的三电机同步系统无速度解耦控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及三电机同步协调控制和电机速度辨识，特别涉及基于无速度传感器的自抗扰技术控制新方案，属于工业生产自动化领域。

背景技术

随着现代工业自动化水平的不断提高，多电机同步驱动控制系统已经成为当今工业生产中不可或缺的电控系统。针对三电机系统中电机因皮带的连接相互有耦合的特点，利用自抗扰控制技术实现高精度的同步控制。

在高性能交流电机矢量控制中，为了提高系统的控制性能，系统中必须采用转速闭环控制。目前工业控制领域一般采用速度传感器(如光电编码器)来反馈转速信号。然而，(1)光电编码器价格昂贵，使用光电编码器必然增加系统的成本；(2)光电编码器安装繁琐，其安装效果对测量精度有较大的影响，降低了系统的机械可靠性；(3)编码器对环境适应力较差，其精度易受工作环境变化的影响；(4)安装编码器增加了电机轴向上的体积，缩小了调速系统的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对目前三电机同步控制系统中光电编码器的运行容易受环境影响，且价格昂贵安装复杂的问题，提出了一种基于自抗扰的三电机同步系统无速度解耦控制，该系统能够以定子电流和转子磁链为状态变量构成的自适应全阶磁链观测器来代替光电编码器，实现了三电机同步控制系统的控制，应用前景广阔，具有较强的实用价值。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制系统，包括控制部分、驱动部分、反馈检测部分、负载部分；所述控制部分包括一台PC机和一台可编程控制器PLC，所述PC机和所述PLC通过MPI总线相连，所述PC机用于作为运行STEP7编程软件的上位机，完成PLC中的各程序的编写和下载，以及读取PLC中的实时数据；所述PLC用于将DSP处理后得到的频率值通过Profibus-DP通讯接口传输给变频器，实现三电机同步无速度解耦控制；所述驱动部分包括三台西门子MMV变频器和三台交流异步电机，三台变频器分别驱动三台电机；所述反馈检测部分包括DSP、信号调理模块、张力传感器、电压传感器、电流传感器，所述DSP和PC机通过RS232相连，所述张力传感器、电压传感器、电流传感器经过信号调理模块输入到DSP中；所述反馈检测部分用于在DSP中利用检测的定子电压、电流容易检测到的物理量进行速度估计，实现无速度传感器速度的辨识及自抗扰算法的处理；所述负载部分由三台电机轴分别与三台减速机和三台驱动滚筒同轴连接，三台驱动滚筒上分别安装了磁粉制动器，通过给磁粉制动器加激励电流来模拟实际工况下的负载。

进一步，所述PC机的型号是INDUSTRIAL COMPUTER 610。

进一步，所述PLC选用的是西门子S7-300，包括PS307电源模块，用于实现将市电转换成24v的直流电供给PLC系统使用；一个型号为315-2DP的CPU，含有两个通讯接口，一个用来实现MPI通讯，另一个是Profibus-DP通讯接口；一个型号为SM321(D116x DC24V)的数字量输入模块，用来实现开关量的控制。

进一步，所述变频器用的是西门子Micromaster Vector变频器，其型号是XAN283MV397C。

进一步，所述减速机为减速比为15∶1的行星摆线针轮减速机。

进一步，所述电流传感器为LEM公司生产的型号是LA55-P的电流传感器，所述电压传感器为LEM公司生产的型号是LV25-P的电压传感器。

本发明的方法的技术方案为：一种基于自抗扰的三电机同步无速度解耦控制方法，包括如下步骤：

步骤1，PLC硬件组态设置，在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，对机架以及各个模块进行排列，组态一个与实际硬件相同的控制系统，使得软件与硬件一一对应；

步骤2，设置各个硬件组成部分的参数，每一个安装的硬件模块都有一个对应的货号，根据货号选择相应型号的模拟器件，机架上所有模块的参数在硬件组态的过程中进行设置，其中CPU的相关参数会保存在系统数据中，而其他模块中设置的参数会保存在CPU中；

步骤3，在步骤2的基础上对STEP7进行结构化程序设计，以项目的形式进行组织和管理，将自动化任务分解为若干个能够反映生产过程、功能或者可以重复使用的小任务(FC模块或者FB模块)，再由OB1模块根据需要调用这些任务块；