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专利号: 2014105034199
申请人: 广州航海学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:包括绞刀主变压器、变频器、绞刀左电机、绞刀右电机以及PLC控制器;所述变频器包括整流模块、绞刀左电机逆变器模块、绞刀右电机逆变器模块、传感器模块以及控制模块;所述PLC控制器包括第一ADRC模块与第二ADRC模块;

所述绞刀左电机与所述绞刀右电机同轴连接;

所述绞刀主变压器为移相变压器,其输入端与主电源电连接,其输出端与所述变频器的整流模块电连接;

所述整流模块将所述绞刀主变压器输出交流电压转换为直流电压,并分别输出至所述绞刀左电机逆变器模块与所述绞刀右电机逆变器模块;

所述第一ADRC模块根据转速给定信号v与所述绞刀左电机的当前转速通过ADRC算法计算对所述绞刀左电机的实际控制量;其中,所述绞刀左电机的当前转速由所述传感器模块获取并通过所述控制模块反馈至所述第一ADRC模块;

所述第二ADRC模块根据转速给定信号v与所述绞刀右电机的当前转速通过ADRC算法计算对所述绞刀右电机的实际控制量;其中,所述绞刀右电机的当前转速由所述传感器模块获取并通过所述控制模块反馈至所述第二ADRC模块;

所述控制模块根据所述绞刀左电机的实际控制量生成第一控制信号并将所述第一控制信号输入至所述绞刀左电机逆变器模块;所述控制模块根据对所述绞刀右电机的实际控制量生成第二控制信号并将所述第二控制信号输入至所述绞刀右电机逆变器模块;

所述绞刀左电机逆变器模块将所述整流模块输出的直流电压转换为第一交流电压,并根据所述控制模块的第一控制信号控制所述第一交流电压的频率;所述第一交流电压输出至所述绞刀左电机以驱动其转动;

所述绞刀右电机逆变器模块将所述整流模块输出的直流电压转换为第二交 流电压,并根据所述控制模块的第二控制信号控制所述第二交流电压的频率;所述第二交流电压输出至所述绞刀右电机以驱动其转动;

所述第一ADRC模块、所述控制模块、所述绞刀左电机逆变器模块以及传感器模块构成一个闭环控制回路;所述第二ADRC模块、所述控制模块、所述绞刀右电机逆变器模块以及传感器模块构成另一个闭环控制回路;两个闭环控制回路分别将所述绞刀左电机与所述绞刀右电机的转速同步于所述转速给定信号v。

2.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述第一ADRC模块与所述第二ADRC模块两者任一包括跟踪微分器,根据绞刀电机转速给定信号v以安排过渡过程的方式生成中间信号v1与v2,其中v1为对所述绞刀电机的安排过渡过程,v2是对所述绞刀电机的安排过渡过程的微分;

非线性扩张状态观测器,根据对所述绞刀电机的实际控制量u以及所述绞刀电机的当前转速y来计算状态变量的估计值z1、z2和作用于所述绞刀电机的总扰动量的估计值z3;其中z1是所述绞刀电机的转速跟踪值,z2是所述绞刀电机的转速跟踪值的微分即加速度;

非线性PD控制器,生成误差信号e1=v1-z1以及e2=v2-z2,并由误差信号e1与e2组合出误差反馈控制量u0,形成对所述绞刀电机的实际控制量u=u0-z3/b;其中,b是补偿因子。

3.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述跟踪微分器在离散系统中的表达式为

其中,Ts是系统采样时间,r是决定跟踪速度的速度因子、h是决定滤波效果的滤波因子;

fhan(v1(k)-v(k),v2(k),r,h)是变量v1(k)-v(k),v2(k),r,h的给定的非线性函数,其表达式为

4.根据权利要求3所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述非线性扩张状态观测器在离散系统中的表达式为

其中,βi>0(i=1,2,3),a1,a2为自定义参数;

饱和函数fal(error,a,δ)表示为

其中a为非线性因子,δ为线性区间的长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系 统,其特征在于:所述非线性PD控制器在离散系统中的表达式为

以及

其中,δ1、δ2为线性区间长度,a01、a02为非线性因子,且0<a02<a01<1。

6.根据权利要求5所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:跟踪微分器中,取r=100,h=0.01;非线性扩张状态观测器中,取β1=200,β2=600,β3=6000,a1=0.5,a2=0.25,δ=1;非线性PD控制器中,kp=100,kd=10,a01=0.75,a02=0.5,δ1=0.1,δ2=0.2,b=1。

7.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述绞刀主变压器是移相三绕组变压器,其原边接成三角形,副边为两个绕组,一个接成三角形,另一个接成星形。

8.根据权利要求7所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统还包括预充磁变压器、延时切换控制电路、第一受控开关与第二受控开关;所述绞刀主变压器的原边通过第一受控开关与主电源连接,其副边与所述变频器连接;所述预充磁变压器的输入端通过第二受控开关与所述主电源连接,其输出端与所述绞刀主变压器的原边连接;

延时切换控制电路,用于控制所述第一受控开关与所述第二受控开关的开关状态;工作状态下,所述延时切换控制电路先控制所述第一受控开关断开并且控制所述第二受控开关闭合,使所述预充磁变压器与主电源连接;经过延时,所述延时切换控制电路控制所述第一受控开关闭合并且控制所述第二受控开关断开,使绞刀主变压器与主电源连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统还包括一传动机构;包括左离合器、左齿轮箱、右离合器、右齿轮箱以及机械轴组成的;所述绞刀左电机通过所述左离合器与所述左齿轮箱连接,所述绞刀右电机通过所述右离合器与所述右齿轮箱连接;

所述左齿轮箱与所述右齿轮箱成双机并车结构共同驱动所述机械轴;所述机械轴与所述绞刀刚性连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于自抗扰控制技术的绞刀电机同步调速控制系统,其特征在于:所述传感器模块为光电码盘。