[发明专利]多电机协调控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多电机传动协调控制系统。

背景技术

多电机传动正在越来越多地应用于机电系统中，大型机电设备因数量众多的同步控制装置容易造成故障率高、使用维护不方便和维修工作量大，严重地影响生产。研究直进式拉丝机的多电机传动协调控制原理和方法，实现直进式拉丝机协调控制，可降低了设备成本并提高系统可靠性和控制管理水平，节能降耗，提高产品的产量、质量和设备运行的经济效益。

目前，在多电机协调控制中主要应用的控制结构有两类：非耦合控制结构和耦合控制结构。其主要控制参数是多台电动机的速度、转角或位移，目的是使各电机联结机构按既定的关系协调运行。

以前，一些大功率工程机械设备与系统的协调运行，包括定速比同步运行、位置随动运行等，大多数还采用机械式协调传动方式。近年来，随着交流变频调速技术、控制理论的迅速发展，交流变频供电下的多电机协调控制方案与控制策略的研究与应用不断引向深入，在多电机传动系统协调控制中，要求各轴速度按规定比例协调运行、各轴位置随动运行的应用系统与设备种类很多，应用也极为广泛。常见的有直进式拉丝机、连铸机、轧钢机、胶带输送机、印刷机组、染整机等。对于由多电机组成的协调传动系统，根据控制系统的结构，分为非交叉耦合型多电机传动系统和交叉耦合型多电机传动系统。

非交叉耦合型多电机传动系统的基本类型有两种，一种为比例给定的多电机并联传动系统，参照图1，传动系统中的各电机之间相互独立，电机之间不存在直接的物理连接，对应的控制系统中给定信号是根据生产工艺要求的比例分别给定。但是，当各电气传动单元的型号、规格不相同时，动态响应的一致性较差。另外，该类系统不能消除输出协调误差问题。

非交叉耦合型多电机传动系统还有一种基本类型为主从协调多电机控制系统，参照图2。在该系统中首先要确定某一传动系统为主系统，对应的电机称之为主电机，指令按某一比例给定到主电气传动单元。指令的大小可以调节给定值的大小而保持比例不变，也可以保持总给定值不变而改变比例系数，第一个电气传动单元的输出乘以增益作为下一个电气传动单元的输入，同理，下一个电气传动单元的输出乘以增益作为再下一个电气传动单元的输入……，这样，下一个输出将会跟随前一个输出的变化而变化，下一个电气传动相对于前一个电气传动来说是从属的，前一个电气传动相对于下一个电气传动来说是主动的。所以，称为主从协调多电机控制系统。主从协调控制的优点是系统结构简单、静态误差小，从电气传动系统会跟随主电气传动系统的扰动而变化，其缺点在于从电气传动系统响应时延较大，动态跟踪性能不好。

交叉耦合补偿控制分为前向交叉耦合补偿控制和反向交叉耦合补偿控制，参照图3和图4。前向交叉耦合补偿控制主要用于双电机系统，每个电机传动本身构成了闭环系统。除此之外，每个电机传动系统的被控量与给定值之间的误差通过控制器叠加到另一个电机传动系统，改善了动态跟踪性能。该类系统目前存在的问题是当被控对象由于机械传动机构产生误差时，无法得到校正，所以，它一般用于对静态性能要求不高、动态性能要求较高的场合。

参照图5，改进的非交叉耦合型多电机传动系统，该系统中的电气传动2单元的输入给定由总给定和前一级的输出两部分组成，电气传动3单元的输入与电气传动2单元类似，其特点兼顾了动态响应和跟随精度。该系统应用于启动一致性要求好、跟随精度较高的场合非常有效，但不能消除输出协调误差问题。

参照图6，反向交叉耦合补偿控制也是用于双电机系统，它是将2个电机传动控制系统输出量进行比较，通过信号处理后经协调控制器分别输出给2个电机传动单元。如果用在多于2个电机的系统，由于输入量之间、输出量之间的存在耦合，就会出现单个目标多个主控制器问题，无法设计协调控制器。

发明内容

为了克服已有的多电机控制系统的位置跟踪性能差、不能消除输出协调误差、存在有静差控制的不足，本发明提供一种位置跟踪性能好、消除输出协调误差、实现无静差控制的多电机传动协调控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：