發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 12:51

　　 近20年來,軋制工業(yè)過程中的電氣傳動系統(tǒng)已由直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)向了交流電機(jī)控制。特別是大型寬帶鋼熱連軋和冷連軋生產(chǎn)線上,基本都采用了交流電機(jī)拖動。原因主要是在于交流電機(jī)便于維護(hù),同等功率下體積小、轉(zhuǎn)動慣量小、功率利用率高的優(yōu)點(diǎn)。對于大型寬帶鋼連軋生產(chǎn)線,交流電機(jī)控制基本是三種類型。其一是軋機(jī)主傳動設(shè)計(jì)同步電動機(jī)拖動,目的是利用同步電動機(jī)工作在過勵(lì)磁的狀態(tài)下,使電動機(jī)處于容型負(fù)載性質(zhì),有利于工廠的無功補(bǔ)償,控制方法基本上是采用空間矢量控制;其二是對于中等功率狀態(tài)下的拖動系統(tǒng),例如立輥軋機(jī)、卷取機(jī)、飛剪等設(shè)備的傳動控制,目的是利用交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小,便于啟動和快速的負(fù)荷響應(yīng),控制方法基本上是采用磁場定向、電流解耦的矢量控制;其三是對于功率小、電機(jī)多的輔助傳動系統(tǒng),例如傳輸輥道設(shè)備的拖動,基本上是采用公共直流母線的變頻控制系統(tǒng)。軋制過程中拖動系統(tǒng)具有一種顯而易見的共性特點(diǎn),就是負(fù)荷頻繁突變,例如主軋機(jī)咬鋼和拋鋼、飛剪的剪切動作、卷取機(jī)的咬鋼上卷等。由于此特點(diǎn),也為交流電機(jī)應(yīng)用于軋制過程拖動控制帶來了伴隨性的缺點(diǎn)。即動態(tài)速降不可避免,無論采取何種控制手段,速度的動態(tài)調(diào)整精度必將受限,而對于連續(xù)軋機(jī)機(jī)組,速度的匹配及動態(tài)響應(yīng)性能要求很高,此項(xiàng)缺點(diǎn)必須要予以解決。由理論分析可知交流電機(jī)控制系統(tǒng)屬于典型的非線性控制系統(tǒng),使用經(jīng)典的控制理論應(yīng)用于速度、張力(力矩)控制時(shí),動態(tài)響應(yīng)性能也會受到限制,不能與直流電機(jī)控制系統(tǒng)相媲美。為了利用交流電機(jī)拖動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),克服它自身帶來的不足,本文主要研究電氣傳動系統(tǒng)的外補(bǔ)償控制方法,達(dá)到大型寬帶鋼連軋機(jī)各主要拖動設(shè)備控制性能要求,主要創(chuàng)新點(diǎn)及工作如下。提出且設(shè)計(jì)了一種軟測量負(fù)荷觀測器,從速度給定上給出外補(bǔ)償控制,在無負(fù)荷直接檢測裝置的前提下,解決了動態(tài)速降問題,提高動態(tài)速度補(bǔ)償?shù)木�。由于軋制�?fù)荷的突變,雖然有軋制壓力的直接檢測儀表,而機(jī)械和電磁感應(yīng)原理帶來的滯后響應(yīng)必然存在,會造成外補(bǔ)償方法達(dá)不到預(yù)期效果。本文所設(shè)計(jì)的負(fù)荷觀測器是基于交流電機(jī)自身的電磁力矩突變觀測組成,而電機(jī)的電磁力矩的變化不僅在于負(fù)荷突變時(shí)出現(xiàn),在正常的加減速調(diào)整時(shí)也會出現(xiàn),又由于加減速造成的電磁力矩變化是不能由軋制力檢測獲得,二者之間也無直接的線性關(guān)系,故設(shè)計(jì)軟測量負(fù)荷觀測器,從眾多的電磁力矩變化因素中,無滯后地準(zhǔn)確獲得軋制負(fù)荷突變信息,從而給出準(zhǔn)確的外補(bǔ)償控制量。提出且設(shè)計(jì)了一種卷取張力補(bǔ)償控制器,在無張力傳感器直接檢測的前提下,實(shí)現(xiàn)了被控對象參數(shù)時(shí)變時(shí)自適應(yīng)的張力跟蹤控制,提高了卷取張力控制精度和自適應(yīng)性。原因是在軋制過程中,卷取機(jī)張力控制精度十分重要,關(guān)系到鋼卷的卷型、板形質(zhì)量以及生產(chǎn)的順行等問題。卷取機(jī)在咬鋼上卷后,卷徑將由小變大連續(xù)變化,在不同規(guī)格寬度下,轉(zhuǎn)動慣量將產(chǎn)生明顯的時(shí)變,致使張力控制對象模型時(shí)變,此時(shí)若采用經(jīng)典的固定參數(shù)線性調(diào)節(jié)器控制,不能達(dá)到全局的張力動態(tài)最優(yōu)化控制,高性能張力響應(yīng)精度會因此受到限制。本文設(shè)計(jì)了基于多模型切換自適應(yīng)控制進(jìn)行分段補(bǔ)償;基于自抗擾控制原理的卷取張力跟蹤器以及外補(bǔ)償控制,利用自抗擾理論自身的跟蹤性能、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器弱化對象模型參數(shù)需求的特點(diǎn),提高了控制器的自適應(yīng)性。提出一種無源控制與氣隙磁場定向控制相結(jié)合的電勵(lì)磁同步電動機(jī)控制策略,提高了調(diào)速系統(tǒng)控制品質(zhì)和減少了功率變換器的容量。首先針對由于負(fù)荷突變的電樞反應(yīng)使電勵(lì)磁同步電動機(jī)磁場定向矢量控制動態(tài)過程中,轉(zhuǎn)矩和磁鏈不能解耦,調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)下降以及定子電壓升高、感性功率角變大致使逆變器的電壓、容量增加的問題,采取氣隙磁場定向與不追求實(shí)時(shí)解耦的無源控制解決。其次是弱化交流電機(jī)模型非線性控制的復(fù)雜性,采取定子勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)矩電流、轉(zhuǎn)子激磁電流混合調(diào)整克服由于軋制負(fù)荷頻繁突變時(shí),功角震蕩和不穩(wěn)定的問題,提出了無源性控制與氣隙磁場定向的組合設(shè)計(jì)方法,從理論上證明了控制器的穩(wěn)定性,穩(wěn)定裕度與機(jī)械阻尼、定子電阻的關(guān)系。無源性控制的優(yōu)點(diǎn)是直接利用電機(jī)能量關(guān)系,保留電機(jī)的非線性結(jié)構(gòu),抵消無功力簡化控制器設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性,無奇異點(diǎn)問題。文中對于所提出的方法均給出了詳細(xì)的理論描述和分析,進(jìn)行了仿真研究和結(jié)果分析,并給出了有關(guān)高性能交流電機(jī)控制方法的綜述、分析、歸納與總結(jié)。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG335
【部分圖文】：

）忽略磁路飽和影響；）忽略鐵芯損失；??）不考慮溫度和頻率對繞組電阻的變化影響；??）交流異步電動機(jī)均視為繞線式電機(jī)，定轉(zhuǎn)子每相匝電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系、依據(jù)磁動勢等效、功率不變的原交流異步電動機(jī)在三相靜止ＡＢＣ坐標(biāo)系、兩相靜止Ｄ轉(zhuǎn)ＭＴ坐標(biāo)系中的電動機(jī)數(shù)學(xué)模型，三相交流異步電基本物理模型如圖３－１、圖３－２、圖３－３所示，圖中定成軸線圈，ＷＡ、Ｗｂ、ｗａ、Ｍｂ、Ｗｅ為分別為定轉(zhuǎn)子相、／。為分別為定轉(zhuǎn)子相電流，電壓電流方向?yàn)橄嚯妷�、電流為正時(shí)，產(chǎn)生的磁動勢矢量與繞組軸線一致�！叮�、、／ｑ分別為定轉(zhuǎn)子三相繞組在地區(qū)坐標(biāo)系中等效軸線／Ｍ、／Ｔ、Ｗｍ、Ｗｔ、／ｍ、／ｔ分別為定轉(zhuǎn)子三相繞組在兩相等效軸線圈電壓、電流。??Ｉｍｊ??

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2836615