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        《電工技術(shù)學(xué)報》優(yōu)秀論文_改進(jìn)型偏差耦合多電機(jī)

        放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-11-19 11:57:37    瀏覽次數(shù):89
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        《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文獲獎?wù)撐暮唸蟆豆夥l(fā)電出力預(yù)測技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文,榮獲華夏電工技術(shù)學(xué)會表彰?,F(xiàn)將部分獲獎?wù)撐牡梦恼潞唸蠓窒斫o各位讀者,以期

        《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文獲獎?wù)撐暮唸?/p>

        《光伏發(fā)電出力預(yù)測技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文,榮獲華夏電工技術(shù)學(xué)會表彰?,F(xiàn)將部分獲獎?wù)撐牡梦恼潞唸蠓窒斫o各位讀者,以期促進(jìn)本領(lǐng)域得技術(shù)交流。

        傳統(tǒng)偏差耦合多電機(jī)同步控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)得跟蹤性能與同步性能相互耦合,難以兼顧,尤其在多電機(jī)系統(tǒng)起動階段,轉(zhuǎn)速同步誤差較大。針對以上問題,感謝運(yùn)用線性系統(tǒng)校正原理設(shè)計了改進(jìn)型偏差耦合控制結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)得同步性能與跟蹤性能得解耦調(diào)節(jié),有效提升了系統(tǒng)起動階段得性能。

        團(tuán)隊(duì)介紹

        天津工業(yè)大學(xué)“高效能電機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計與制造”China地方聯(lián)合工程研究中心緊密圍繞China和天津市在智能制造領(lǐng)域得戰(zhàn)略部署和主攻方向,發(fā)揮在技術(shù)創(chuàng)新層面得主導(dǎo)作用,開展高效能電機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計與制造領(lǐng)域得前瞻性研究。中心設(shè)立了高效能電機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高效能電機(jī)系統(tǒng)電力電子變流與驅(qū)動、高效能電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時檢測與智能控制、高效能電機(jī)系統(tǒng)智能制造與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等主要發(fā)展方向,通過開展產(chǎn)學(xué)研合作交流,提升高效能電機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域先進(jìn)材料、工藝及配套技術(shù)得工程化與產(chǎn)業(yè)化,力求解決國內(nèi)高效能電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計、控制及制造面臨得瓶頸問題。

        耿強(qiáng)

        1978出生,教授,博士生導(dǎo)師,入選天津市“131創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程”、天津市高校“中青年骨干創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃”;擔(dān)任華夏電工技術(shù)學(xué)會電控系統(tǒng)與裝置專委會委員、華夏自動化學(xué)會電氣自動化專委會委員、China自然科學(xué)基金通訊評議可能等。主持China自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、天津市教委科研計劃重點(diǎn)項(xiàng)目等;作為主要參加人參與China自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、科技部973計劃項(xiàng)目、China自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、華夏工程院研究重大項(xiàng)目等。研究成果發(fā)表SCI/EI收錄論文40余篇;授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng);獲省部級科技特等獎1項(xiàng)、一等獎3項(xiàng)。

        研究背景

        圖1 傳統(tǒng)偏差耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖

        偏差耦合控制結(jié)構(gòu)因可靠性好、耦合程度高、可控電機(jī)數(shù)量多而被廣泛用于多電機(jī)轉(zhuǎn)速同步控制場合。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要將系統(tǒng)中所有電機(jī)得速度信號分別輸入到各自電機(jī)前端補(bǔ)償模塊中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算,轉(zhuǎn)速補(bǔ)償機(jī)制較為復(fù)雜;并且由于轉(zhuǎn)速環(huán)控制器參數(shù)得選擇會同時影響系統(tǒng)得跟蹤性能與同步性能,所以在保證系統(tǒng)快速性與穩(wěn)定性得前提下難以同時兼顧系統(tǒng)得同步性能。

        論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

        感謝提出了一種結(jié)構(gòu)較為簡單,同步性能較好得改進(jìn)型偏差耦合控制結(jié)構(gòu),為簡化分析,忽略電流環(huán)延遲和測速延遲,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        圖2 改進(jìn)型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖

        所提改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)下得多電機(jī)系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成:轉(zhuǎn)速環(huán)控制器、同步誤差補(bǔ)償器以及多電機(jī)系統(tǒng)。對于多電機(jī)系統(tǒng)而言,為簡化分析,將系統(tǒng)中每臺電機(jī)得傳遞函數(shù)視為積分環(huán)節(jié),經(jīng)推導(dǎo)可得任意兩臺電機(jī)之間得同步誤差為

        為了得到改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)在不同HP與HI得參數(shù)取值下,系統(tǒng)同步性能得動態(tài)性能,以改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),進(jìn)行3臺永磁同步電機(jī)得仿真,結(jié)果如圖3所示。

        圖3 改進(jìn)偏差耦合結(jié)構(gòu)動態(tài)性能仿真

        由圖中可以看出,當(dāng)3臺電機(jī)所帶負(fù)載不同時,無論是起動階段還是負(fù)載突變階段,系統(tǒng)同步誤差峰值隨著HP與HI得增大而逐漸減小,但同步誤差調(diào)節(jié)時間卻隨著HP得增大而增大;在起動階段,由于選擇輸出器得作用,調(diào)節(jié)時間隨HP與HI得變化較為復(fù)雜,當(dāng)HP比HI為某一較小比值時,調(diào)節(jié)時間較短。

        依據(jù)上述理論分析與仿真結(jié)果,對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了整定,并搭建了多電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)平臺和起動階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖4、圖5所示。

        圖4 多電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺

        圖5 兩種結(jié)構(gòu)在起動過程中得輸出轉(zhuǎn)速與同步誤差

        由圖5(a)可以看出,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比,改進(jìn)結(jié)構(gòu)得3臺電機(jī)得調(diào)節(jié)時間保持不變;由圖5(b)可以看出,在電機(jī)起動瞬間,改進(jìn)結(jié)構(gòu)得同步誤差蕞大值相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),縮小了約20%;并且,同步誤差調(diào)節(jié)時間相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),也減小了約20%。

        結(jié)論

        感謝所設(shè)計得改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)適用于3臺及以上電機(jī)且對同步性能有較高要求得多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng),其特點(diǎn)如下:

        (1)設(shè)計了新型多電機(jī)系統(tǒng)偏差耦合控制結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)同步性能與跟蹤性能得解耦調(diào)節(jié);

        (2)采用比例-積分控制得同步誤差補(bǔ)償器替代了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中只含比例控制得轉(zhuǎn)速補(bǔ)償環(huán)節(jié),減少了誤差得調(diào)節(jié)時間,使用自身轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)速作為輸入量,相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了在線計算量;

        (3)在轉(zhuǎn)速環(huán)控制器中增加了選擇輸出器,電機(jī)負(fù)載不均起動時,在同步誤差比例補(bǔ)償量與限幅量得參與下,將轉(zhuǎn)速環(huán)比例部分補(bǔ)償量進(jìn)行在線調(diào)節(jié)去飽和(使之小于限幅值),然后經(jīng)同步補(bǔ)償作用,使得平均轉(zhuǎn)速以下得重載電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩相對較大,平均轉(zhuǎn)速以上得輕載電機(jī)參考轉(zhuǎn)矩相對較小,從而減小了起動階段系統(tǒng)得同步誤差。

        引用感謝

        耿強(qiáng), 王少煒, 周湛清, 史婷娜, 夏長亮. 改進(jìn)型偏差耦合多電機(jī)轉(zhuǎn)速同步控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2019, 34(3): 474-482. Geng Qiang, Wang Shaowei, Zhou Zhanqing, Shi Tingna, Xia Changliang. Multi-Motor Speed Synchronous Control based onImproved Relative Coupling Structure. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(3): 474-482.

         
        (文/小編)
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