矢量控制与模糊控制在双轴高精密同步调速中的应用

论文摘要

论文来源于晋西铁路车辆有限公司双轴高精度同步调速控制磨合机控制系统的设计项目,系统中的异步电机采用交流电机矢量控制方法,并针对交流电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,以及矢量控制的不完全解耦性等缺点,利用了模糊控制技术来改善上述缺点。论文运用了一种将矢量控制与模糊控制相结合的交流电机协调控制方法,并将此方法成功的应用于试验系统设计中。系统构建了一个货车转向架的实际运行环境,通过两台变频器各控制两台交流伺服电机,带动支撑旋转机构,同时通过液压系统对转向架进行加载,从而使转向架上的车轴随着支撑旋转机构同步旋转,达到实际的工作效果。为了满足货车运行的震动指标要求,系统在设计上必须减小震动对磨合试验所带来的影响,由于转向架的两个车轴的转速分别是两个变频器和四个电机控制的,所以说四个电机的不同步,会使转向架上的同轴产生不必要的扭力,两轴之间不同步,从而产生震荡,大大影响了其检测效果。系统选用模糊PID控制器,其根据不同调速阶段自动调整模糊控制器中的量化因子和比例因子的项权系数,具有自寻优性质,从而提高系统的动态性能,符合系统的控制要求。系统使用西门子变频器的矢量控制功能对交流电机进行变频调速,在西门子PLC中实现了模糊PID控制。通过对Matlab仿真结果的分析,结合工艺要求,验证了本文设计的控制方案运行的精度和运行的可靠性。经过现场安装调试及运行,证明了设计方案的可行性,其精度满足了该厂的生产要求,达到了预期效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要工作
• 1.4 课题的研究意义
• 1.5 试验系统功能分解
• 1.6 驱动模块异步电机的控制方式
• 第二章 异步电机矢量控制
• 2.1 矢量控制的引入
• 2.2 矢量控制中的坐标变换
• 2.2.1 三相/两相变换（clark 变换）
• 2.2.2 α-β/d-q（park 变换）
• 2.3 三相异步电动机的数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系中的异步电机数学模型
• 2.3.2 交流电机在两相任意旋转坐标系上的数学模型
• 第三章 多电机协调控制系统的研究
• 3.1 交流电机矢量控制调速系统
• 3.1.1 交流调速矢量控制原理
• 3.2 多电机同步控制方案
• 3.2.1 机械同步方式
• 3.2.2 电同步方式
• 3.2.2.1 多电机非耦合控制
• 3.2.2.2 多电机的耦合控制
• 3.3 模糊控制的引入
• 第四章 模糊控制的原理及设计方法
• 4.1 模糊控制系统的组成和工作原理
• 4.1.1 模糊控制的提出和特点
• 4.1.2 模糊控制系统
• 4.1.3 模糊控制系统的组成
• 4.1.4 模糊控制的基本原理
• 4.2 模糊控制器设计的主要内容和方法
• 4.2.1 模糊控制器设汁的主要内容
• 4.2.2 模糊控制器设计的基本方法
• 4.2.3 解模糊化
• 4.2.4 论域、量化因子、比例因子的选择
• 4.2.5 采样时间的选择
• 4.3 模糊控制器在交流调速中的应用
• 4.3.1 速度控制
• 4.3.2 模糊系统识别
• 4.4 基本模糊控制器的缺陷和改善模糊控制性能的主要途径
• 4.4.1 基本模糊控制器的缺陷
• 4.4.2 模糊控制性能改善的主要途径和方法
• 4.5 带有自调整因子的模糊控制器
• 4.6 基于模糊自适应整定PID 同步控制
• 第五章 双轴同步控制系统设计
• 5.1 系统硬件组成
• 5.2 西门子65E70 变频器
• 5.2.1 65E70 硬件连接和参数设置
• 5.2.2 软件组态
• 5.3 通讯实现
• 5.3.1 315-2DP 与65E70 之间的通讯
• 5.3.2 315-2DP 与226 CN 之间的通讯
• 5.4 程序设计
• 5.4.1 主程序的设计
• 5.4.2 参数自调整的模糊控制的框图如图5.7
• 5.4.3 基于模糊自适应整定PID 同步控制系统
• 5.5 系统调试及运行
• 第六章 仿真与实验结果及分析
• 6.1 仿真研究
• 6.2 实验结果
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文