基于状态观测器的轧机主传动系统机电振动控制研究

轧机主传动系统涉及到机械、电机、自动控制以及电网等多个学科,当机电配合不好时容易产生机电振动和断带现象.在各种轧机机电振动控制方法中,用状态观测器重构无法测量的状态,如负荷力矩、连接轴力矩、轧辊速度等,实现轧机主传动系统的状态反馈控制,较好地抑制了扭振和轧制负荷外扰引起的动态速降.首先从机电动力学出发,描述了机电弹性系统模型并以现代控制理论为基础,阐述了机电振动产生的机理.然后,详细综述了基于状态观测器的轧机主传动系统机电振动控制方法,比较了其机电振动控制效果.最后展望了其未来发展方向.     

炉卷轧机跑偏的自动测量

炉卷带钢热轧机的跑偏问题一直是一个严重的问题,它一直影响炉卷轧机不能正常轧钢。特别是轧制薄规格带钢时,跑偏一直是造成全部轧废的原因。因此炉卷轧机前一阶段的主要矛盾就是跑偏,这是急需解决的问题。在解决跑偏问题时,首先要解决的就是跑偏的自动测量问题。过去自动测量跑偏的方法是在轧机外面     

唐钢1680热连轧轧制力测量系统

在冶金行业热连轧中,轧制力的测量对轧机自动控制系统的实现起着至关重要的作用, 真正实现了轧机精确的自动压下控制,同时提高了成品的质量。轧机轧制力的测量是通过测力系统来完成的,由于轧制力通常都在几千吨甚至上万吨,环境条件又很差,如溅水、高温、腐蚀、冲击和振动等,对传感器的使用寿命、测量精度和过载都有很高要求。针对以上情况,唐钢1680热连轧中采用了ABB公司的Millmate Roll Force Meter(PFV 130)。     

可编程控制器在ACCU ROLL轧机控制系统中的应用

介绍一种无缝钢管轧机－ＡＣＣＵ ＲＯＬＬ轧机的控制系统。该系统采用美国通用电气公司的ＧＥ９０－３０可编程控制器（ＰＬＣ）实现了轧机的全部顺序控制和速度位置控制,一台和ＰＬＣ连接的上位机实现了轧机的运行参数设定和状态监视。整个控制系统结构简单、运行可靠且成本较低。     

电量变送器的应用

本文介绍电量变送器用途和在测量实践中的具体应用。由于它能变换被测量并在一定距离内传送测量信息,所以在电量和非电量的监测与控制中(如轧机的控制中)有很广泛的应用。     

具有不确定性的轧机主传动系统机电振动H∞控制研究

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象.为克服该缺陷,针对具有参数摄动、负载扰动和电枢反应引起的非线性不确定性的直流驱动轧机主传动系统控制问题,基于H∞理论设计了轧机主传动系统的鲁棒状态反馈控制器,并利用两自由度控制方法设计了主传动系统的前馈补偿控制器.仿真研究结果表明,该方法不仅有效抑制了轧机主传动系统的机电振动,而且减小了轧制负载扰动引起的动态速降.     

小波分析与共振解调技术

文中阐述小波分析与共振解调技术的基本原理和它们之间的内在联系。介绍这两项技术在高速线材轧机机械设备工作状态在线监测诊断系统中的应用。该系统自投入运行以来，工作运行正常，效果显著，为高速线材轧机的安全、高效运行提供可靠保证。     

具有不确定性参数的轧机主传动系统自抗扰控制器设计

轧机主传动系统通常由直流电机驱动,其性能好坏直接影响板带材的产量和质量.针对轧机主传动系统存在不确定性负荷扰动和未建模动态的特点,首先建立了轧机主传动系统的模型,将不确定性负荷扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的轧机速度鲁棒控制器.仿真结果表明:该控制器不仅有效地抑制了不确定负荷扰动的影响,同时对系统内部参数如电机转动惯量、电枢电阻等的摄动也具有较强的鲁棒性.     

光电程序控制系统在开坯及Y型连轧机上的应用

<正> 上海铜材厂在浙江大学的帮助下,于1979年在φ8毫米铜杆生产线上安装了一套光电程序控制系统。两年多运行证明,这套光电系统性能稳定,控制准确,操作、校验、检查都很方便,满足了轧制要求。φ8毫米钢杆生产由一台φ500三辊开坯机、一台φ350二辊轧机和一台Y型连轧机组和若干输送滚道及收线装置等辅机组成。截面为100×100毫米的铜锭加热后,先在φ500轧机中往复轧制五道,然后送入φ350轧机和Y型连轧机组轧制成φ8毫米铜杆。原来全部按钮都集中在中央控制台     

三相不平衡下交直流配电网状态估计

基于电压源型换流器(VSC)的柔性直流技术被越来越多地运用到配电网中,需要对含VSC的三相不平衡交直流配电网进行准确的状态估计,而配置相量测量单元(PMU)的测量数据是实现配电网准确状态估计的有效手段。首先,提出了考虑配电网三相不平衡特性的交直流配电网状态估计模型,采用加权最小绝对值法进行状态估计;其次,进行PMU测量数据的线性描述,给出了PMU及数据采集与监控(SCADA)系统的混合测量方程,并将多种交直流设备在测量方程中统一描述;最后,在三相不平衡的IEEE 33节点交直流配电网算例上,验证了所提方法的有效性和实用性。     

抑制量测噪声的大功率异步电动机自抗扰矢量控制

异步电机矢量控制过程中通过测速装置获取电机转速信息,而检测元件由于受到干扰、量化误差以及电机运行状况等因素影响,导致转速信息中混有噪声需要经过滤波处理,但传统的转速滤波方法不能兼顾实时性和精度要求。线性扩张状态观测器具有系统输出信号滤波的功能,在传统线性扩张状态观测器通道增加滤波环节提高噪声抑制能力,对观测器升阶处理以提高观测能力,进而解决系统响应速度与控制器噪声抑制方面的矛盾。在频域中通过伯德图对线性自抗扰控制器的稳定、跟踪、抗扰性能进行了分析,理论分析表明改进后的自抗扰控制器能够削弱控制器输入与系统反馈处噪声带来的影响,仿真结果也验证了控制器噪声抑制的有效性。     

基于扰动观测器的PMSM无速度传感器控制

针对负载扰动对电机驱动的影响,提出一种基于扰动观测器的PMSM无速度传感器控制方法。该方法使用自适应扩展状态观测器(AESO)观测电机转速,并设计了电机定子电阻自适应律,实时更新定子电阻值。同时设计了一种自适应积分状态反馈控制器(AISFC),将定子电阻估计值作为控制器输入,实时更新控制器中的电阻值,消除了定子电阻变化对控制器控制精度的影响。仿真结果表明,该控制方法具有良好的控制性能和鲁棒性。     

基于龙伯格观测器的变频一体机谐波电流抑制控制

针对无速度传感器高品质矢量控制在变频一体机中的应用,在龙伯格观测器基础上,设计改进的反馈增益矩阵,保证转子磁链观测和转速估算收敛速度的同时,又兼具低频区电机转速观测的稳定性。针对大负载工况中间母线电压波动引起的电机端电流谐振问题,设计自适应谐振控制器,通过电机端电流中谐波幅值实时调整谐振调节器补偿量,实现了电机端电流中特定频率谐波的无静差控制及良好的动态性能。仿真和电机对拖实验验证了该控制策略的有效性。     

基于MRAS的异步电机无速度传感器应用研究

针对异步电机基于转子磁链模型参考自适应(MRAS)速度观测器中的积分直流偏置和PI自适应率参数不能在线修正的问题,将转子磁链的电压模型进行改进,并提出一种自适应线性神经元(ADALINE)速度观测器。通过一阶惯性环节代替了电压模型中的纯积分环节,消除了积分直流偏置和误差积累,利用ADALINE算法对MRAS观测器中的自适应率进行改进,实现了在中高速情况下对电机转速的准确观测。仿真结果表明,改进后的MRAS速度观测器对速度的辨识度较高,动态性能良好,验证了该控制策略的正确性与可行性。     

永磁同步电机自抗扰控制调速系统

在永磁同步电机(PMSM)调速系统中,提出采用自抗扰控制(ADRC)设计PMSM调速系统速度环,针对调速系统控制特性和ADRC策略特点,改进ADRC中的扩张状态观测器。同时,采用非线性扩张状态观测器(NESO)观测系统负载转矩并进行前馈补偿,以降低系统负载转矩扰动影响。综合以上两点改进措施,设计出速度环改进型自抗扰控制器(IADRC)。通过仿真和试验验证了IADRC在PMSM调速系统中的有效性。     

基于龙伯格观测器的BLDC滑模控制系统仿真研究

针对无刷直流电机（BLDC）负载频繁改变导致电机调速性能差的问题,提出了一种基于负载转矩观测器的速度滑模控制方法。速度环采用滑模变结构控制方法,基于改进指数趋近律设计了速度滑模控制器;同时为了减小负载转矩扰动对电机运行状态的影响,基于龙伯格观测器设计了负载转矩观测器,通过观测器来估计实际的负载转矩并将观测器的输出前馈给速度滑模控制器来抵消负载转矩扰动的影响。为了验证提出方案的有效性,在MATLAB/Simulink仿真环境上搭建了仿真模型并进行了仿真分析,仿真结果表明基于负载转矩观测器和速度滑模控制器的无刷直流电机系统有着优异的性能,与传统PI控制相比,抗扰能力强、恢复时间短、转速响应快,证明了提出方案的有效性。     

Speed control system and design of resonant system with disturbance observer

In industrial motor drive systems such as industrial plants and industrial robots, a torsional vibration often is generated because of the elastic elements in torque transmission. This vibration makes it difficult to achieve quick responses of speed and may result in damage to the plant. Such systems simply are modeled as a two mass system. The shaft torque feedback system with the disturbance observer, which is called “resonance ratio control,” is proposed to suppress the vibration for the two-mass system. In this paper, the design of controller gains in the shaft torque feedback system is examined considering not only the control performance such as the vibration suppression and dynamic responses, but also the robust stability against the noise and the model uncertainties. This paper shows the validity of the control system and the examinations by several experiments.     

开关磁阻式平面电动机及其控制

该文提出了一类新颖结构的平面电动机，这类电动机采用开关磁阻电动机的工作原理，结构简单、适用性强，可产生直接驱动的平面运动；在对平面电动机特性分析的基础上，进行了速度自抗扰控制研究；采取的特殊结构使半面电动机两个方向的运动解耦，使平面电动机的平面运动控制等效为两个直线电动机的运动控制；利用扩张状态观测器对扰动的观测和补偿，实现了速度的自抗扰控制；在进行控制器设计时，采用力分配函数的方法，即减小了纹波推力扰动，又使控制器的设计简单和易于实现；实验结果验证了所用方法的可行性和有效性。     

基于自抗扰迭代学习控制的双定子磁场调制电机转矩脉动抑制策略

与传统单层气隙电机相比,双定子磁场调制（FMDS）电机存在较大的转矩脉动。转矩脉动随转子位置的变化而周期性变化,从而导致速度脉动。针对周期性转矩脉动、快速性与超调性的矛盾以及外部不确定干扰的存在,提出一种基于自抗扰迭代学习（ILC-ADRC）的转速外环控制器。通过设定期望转速的过渡过程,避免了阶跃输入引起过大转速超调,降低了迭代学习的初始条件要求。设计线性扩张状态观测器(LESO)以简化参数调节。加入过去周期性的转速误差信息,以补偿转矩脉动。最后,利用状态误差反馈控制律生成控制信号。仿真结果表明,该系统响应快速、无超调,有效地降低了电机的转矩脉动。     

永磁直线同步电机的改进线性自抗扰控制

在永磁直线同步电机（PMLSM）的运动控制系统中,提出一种位置环的改进线性自抗扰控制（ILADRC）方法。相对于传统的线性自抗扰控制（LADRC）,ILADRC仅利用线性扩张状态观测器输出的位置估计信号,通过PD控制器计算初始控制量,避免了引入速度估计信号的滞后影响。对PMLSM运行过程中受到的总扰动通过线性扩张状态观测器进行实时估计,并在控制律中进行动态补偿。利用李雅普诺夫函数方法证明了闭环误差系统的渐近稳定性。通过系统辨识得到了PMLSM平台的传递函数模型,在MATLAB中进行了仿真分析,并搭建了基于dSPACE控制器的实验系统。实验结果表明,相比于PID和LADRC,ILADRC能够有效减小跟踪误差,降低超调,且具有更好的扰动抑制能力。