中厚板轧机主传动速度控制系统研究

论文摘要

直流电机由于其良好的调速性能一度在电气传动领域占统治地位,但是由于直流电机存在换向器、电刷等部件,使其在单机大容量、高过载能力、低转动惯量以及维护简单化等方面受到了限制,已不能满足生产机械高性能、大型化的需要。随着电力电子学、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展,在大功率调速传动领域出现了交流传动取代直流传动的趋势。交流传动分为同步电机传动和异步电机传动,同步电机比异步电机变频调速系统的功率因数高、变频器容量小、电机效率高且转动惯量小,在大功率传动领域中同步电机调速优势明显。本文是结合宝钢中厚板轧机主传动维护项目展开工作的。宝钢集团中厚板分公司4200mm厚板轧机是国内较为先进的可逆厚板轧机,由于可逆轧机轧制钢板过程是往复轧制的过程,超调过大会导致钢板轧制质量的下降,影响轧辊的寿命和控制精度,所以轧制过程对主传动调速性能要求很高。本文针对轧机主传动速度控制系统展开研究,其主要目的是通过此项研究,使现场的技术人员从理论上对轧机主传动速度控制系统有更加深入的了解,论文的研究成果对调试和运行维护的过程具有一定的指导意义和实用参考价值。首先,本文分析了交流同步电机矢量控制的解耦过程、推导了交流同步电机气隙磁链定向控制的数学模型、研究了交流同步电机磁场定向控制系统的结构,并在此基础上结合宝钢集团中厚板分公司4200mm精轧同步电机的技术数据建立了轧机主传动速度控制系统的数学模型。其次,深入学习了模糊控制理论和遗传算法,并将二者结合起来构成模糊遗传算法,旨在对遗传算法的早熟收敛问题进行改进。最后,运用遗传算法和模糊遗传算法对轧机主传动速度控制系统的PID参数进行优化,设计遗传算法PID控制器和模糊遗传算法PID控制器,实验结果表明模糊遗传算法较好的抑制了早熟收敛,对轧机主传动速度控制系统取得了更好的优化效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题来源及背景
• 1.2 轧机传动交流调速技术的现状与发展
• 1.2.1 轧机传动对电气传动系统的要求
• 1.2.2 交流电机与直流电机调速比较
• 1.2.3 同步电机与异步电机调速比较
• 1.3 矢量控制系统简介
• 1.4 智能PID控制方法
• 1.4.1 智能控制
• 1.4.2 智能PID控制方法
• 1.4.3 基于遗传算法的PID参数优化方法研究现状
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 磁场定向控制同步电机调速系统研究
• 2.1 精轧机主传动控制系统
• 2.1.1 隐极式同步电动机
• 2.1.2 主传动控制系统简介
• 2.2 交流同步电动机坐标系与坐标变换
• 2.2.1 坐标系的设立
• 2.2.2 坐标变换
• 2.3 同步电机磁场定向控制的数学模型
• 2.3.1 同步电机dq轴系的数学模型
• 2.3.2 同步电机MT轴系的数学模型
• 2.4 同步电机矢量控制解耦过程分析
• 2.4.1 直流电机的转矩控制
• 2.4.2 同步电机矢量控制解耦过程分析
• 2.5 同步电动机磁场定向控制系统结构
• 2.6 磁场定向控制同步电机的传递函数
• 2.7 本章小结
• 第3章 模糊遗传算法研究
• 3.1 模糊控制
• 3.1.1 模糊控制的理论基础
• 3.1.2 模糊控制的基本结构
• 3.2 遗传算法
• 3.2.1 遗传算法的特点与应用
• 3.2.2 遗传算法的设计与实现
• 3.3 模糊遗传算法研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 速度控制系统PID参数优化
• 4.1 PID控制算法
• 4.2 传统PID速度控制系统
• 4.3 基于遗传算法优化的速度控制系统
• 4.3.1 基于遗传算法的PID参数优化仿真
• 4.3.2 仿真结果研究
• 4.4 基于模糊遗传算法优化的速度控制系统
• 4.4.1 基于模糊遗传算法的PID参数优化仿真
• 4.4.2 仿真结果研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢