多级电机同步驱动控制系统

多级电机同步驱动控制系统Ξ

贵州工业大学　文方　姜孝华

摘要:本文对多电机同步调速控制的特点进行了分析,提出了对多级独立电机及多级柔性连接电机同步驱动的速度补偿、电流补偿方案。介绍了用此同步控制技术在钢厂连铸机、彩显管生产线以及邮政包裹分拣机等多电机同步驱动系统中的应用。

关键词:同步驱动　电动机　负荷补偿　控制

The Con trol Syste m of Sync-dr ive of M ulti-m otor

W en Fang　J iang X iaohua

Abstract:T h is paper analyzes the contro l character of sync2drive of m ulti2mo to r.T he compensate p lan of speed and electric current fo r m ulti2mo to r of independence and supp le j o int are p ropo sed.By th is contro l tech2 nique,som e app licati on of industry contro l such as continuous cast of steel,p roducti on line of co lour monito r and divided line of po st are realized.

Keywords:sync2drive　mo to r　load compensati on　contro l

1　引言

随着工业生产自动化程度的提高和生产规模的扩大,各种生产输送线的长度和输送功率不断增加,当输送线长度增加到一定程度时(一般大于200m),采用单电机驱动就难以满足生产的要求,必须采用多电机同步驱动方式。在多电机同步驱动系统中,特别是各传动电机之间存在一定物理连接的系统中,实践证明,不能采用常规的负反馈控制方案。因为常规负反馈控制是建立在偏差调节基础上的,当控制对象偏离给定值时(如增大),通过反馈调节改变控制量(减小控制量),使控制对象恢复到给定范围内。而在多电机同步调速系统中,由于各同步电机之间存在严重的耦合作用,某一传动电机转速的偏离往往是由该电机的负荷变化引起,与传输线上其它电机的转速密切相关,这时若按常规负反馈方法对这一电机施加调节,将导致该电机的转速偏离更加严重,最后造成整个传动系统不能正常工作。因而对多电机同步驱动系统,如何实现传动电机的高精度速度同步调速控制是一个急待解决的具有实际工程意义的重要课题。

本文根据多级同步驱动系统的负载特点,对不同结构的多级同步驱动系统的控制进行了研究,特别是运用智能控制方法,通过对同步驱动系统中的传动电机实施速度同步补偿及负荷均衡控制,达到了高精度的同步调速。同时还以自己开发研制的单片机系统、可编程序控制器等对不同的多电机实际传动线进行同步调速控制,取得了很好的效果。

2　多级同步驱动系统特点及控制方案

目前,大多数工业企业生产上的远距离、大功率传动线均采用交流变频调速控制方式。组成多级同步驱动系统后,从驱动电机之间的连接关系看可分为两类:一类是各电机之间相互独立,电机之间不存在物理连接,采用多级电机同步驱动主要是生产工艺或功率的需要,如钢厂的连铸机、轧钢机都属这类同步驱动;另一类是各驱动电机依赖链式传送线进行柔性连接,各电机的工作状态具有相互影响,彼此之间存在着严重的耦合作用,

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Ξ贵州工业大学科研基金资助

许多工厂的生产线、装配线就属这类。图1　双级独立驱动同步控制系统

(a )同步定值速度控制系统　(b )同步比值速度控制系统

211　多级独立电机同步驱动

多级独立电机驱动的同步控制较为单纯,控制系统所要解决的问题,乃是根据生产工艺的要求,决定各级驱动电机的同步速度,构成独立的速度定值闭环控制系统,或是速度比值闭环控制系统。前者适用于等速多级驱动控制,后者适用于差速多级驱动控制。

独立电机同步驱动系统中各电机的速度大小、负荷大小都是相对独立的,不会产生耦合,各个闭环回路中控制器的控制规律和控制参数也按常规单闭环速度控制系统设计考虑。但是,作为多级同步驱动控制系统,它当然不会仅是多个单闭环控制回路的简单组合。控制系统应对不同电机的反馈转速进行同步监测,并针对存在的转速差确定同步补偿量进行补偿控制。实际系统中,同步补偿器可首先根据多台驱动电机的工艺允许转速差确定同步工作带,当不同电机的转速差落在工作带内时,认为系统为正常同步,否则进行同步补偿调整,在系统严重不同步时还应控制电机停车并发出报警。

以双级独立驱动同步控制系统为例,其控制系统框图如图1所示。

同步补偿控制采用如下智能控制策略。

设同步速度允许工作带宽为∃n g ,在k 时刻

双驱动电机的实际反馈转速分别为n 1(k )、n 2(k ),不同电机要求的工艺速度比值为K n =N 1 N 2(N 1、N 2分别为两电机速度给定值),对定值速度系统K n =1,两电机异步停车报警的最大速差为∃n m ax ,则当:

n 1(k )-K n n 2(k ) ≤∃n g ,系统同步正常,不进行同步补偿调节;

n 1(k )-K n n 2(k ) ≥∃n m ax ,系统严重不同步,停车报警;

∃n g < n 1(k )-K n n 2(k ) <∃n m ax ,计算同步补偿量,实施同步补偿控制。

2台电机的同步补偿控制量u nj (k )为

u nj (k )=k j [a j (k )+b j (k )] n 1(k )-K n n 2(k ) (j =1,2)(1)式中,u nj (k )为第j 个电机的同步速度补偿控制输出,a j (k )、b j (k )、k j 为第j 个电机补偿计算变量。其中k j 由现场工艺决定,a j (k )、b j (k )由下式给出

a j (k )=-Sing [n j (k )-n gj -∃n g ]

b j (k )=Sing [n gj -n j (k )-∃n g ]

(2)

式中n gj 为速度给定值,对不同电机其值为

n gj =

N 1j =1

N 1 K n j =2(3)

符号函数定义为

Sing [x ]=

+1x ≥0-1

x <0

最后得同步控制器的输出

u j (k )=u dj (k )+u nj (k )　(j =1,2)

(4)式中　u dj (k )——第j 个电机单闭环速度调节器控制输出

u nj (k )——第j 个电机补偿控制量212　柔性连接电机同步驱动

柔性连接电机同步驱动控制系统具有相当广泛的应用前景。目前,大多数工业企业的连续生产传动线、装配线长度都较短,一般采用单驱动电机就能满足生产要求,随着生产规模的提高,愈来愈多的企业有扩展生产线的强烈要求。这些生产传动线不仅要求距离长,而且线路各段高差大,转弯多,用单电机驱动将造成线上拉力不均衡,极易产生卡链,甚至断链事故,这时就必须采用多电机进行传动链的同步驱动。

在多电机传动链同步驱动系统中,各电机一般通过减速机构与传动链进行机械连接,各电机

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