(長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 吉林 長春 130012)

引言

高層建筑鋼模板操作架平臺逐漸成為我國高層建筑建設(shè)的主要設(shè)備之一。本文以電動提升式操作架平臺為研究對象，在實際使用過程中，因鋼平臺上建筑物料擺放不均勻，人員走動等，使得鋼平臺不同位置荷載不同，對整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制有所影響，故建立了同步升降協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型，結(jié)合基于最大誤差動態(tài)補償?shù)膮f(xié)調(diào)控制策略，通過仿真軟件驗證了協(xié)調(diào)控制策略的有效性。

一、協(xié)同控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多電機協(xié)同控制系統(tǒng)中，采用合適的協(xié)同控制方式，可有效地提高系統(tǒng)的協(xié)同控制性能。目前主要有并行控制、主從控制、交叉耦合和偏差耦合控制。在基于最大誤差的動態(tài)補償控制系統(tǒng)中，其主要組成部分如下：協(xié)調(diào)控制器、速度補償器、控制裝置、變頻器、電機等。

二、協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計

協(xié)調(diào)控制器結(jié)主要有四個部分。誤差計算模塊、誤差等級推算模塊、判斷器和速度補償器.

(一)誤差等級推算與模糊控制器設(shè)計

誤差等級情況由模糊控制器判斷，模糊控制器的輸入輸出組成如下:兩個輸入端和一個輸出端，各臺電機轉(zhuǎn)速的誤差ei與誤差變化率eci為輸入，誤差等級ri為輸出。模糊控制器的設(shè)計基本步驟如下:

(1)輸入量為誤差ei與其誤差變化率eci，輸出量為誤差等級r。Ei和ECi分別是誤差ei與其誤差變化率eci的模糊集，論域均為[-3,3]，R是誤差等級r的模糊集，論域[0,6]，三者量化均為七級。

(2)輸入輸出變量的模糊子集定義。ei和eci的模糊子集數(shù)量均為7，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ri的模糊子集為{Z0,P1,P2,P3,P4,P5,P6}，子集依次表示為由小到大。

(3)模糊推理。該模糊控制器的設(shè)計采用Mamdani模糊推理算法。依據(jù)此算法，(Ei-ECi)→Ri的模糊關(guān)系可以表示為：

R0=Uk,l(Ek×ECl)×Rkl

(2.1)

μR(e,ec,r)=∨[μEkl(e)∧μECl(ec)∧μrkl(r)]

(2.2)

(4)去模糊。該模糊控制器采用重心法.

(二)判斷器設(shè)計

在誤差等級不相等的情況下，對最大誤差等級Rmax所對應(yīng)的電機，輸出補償權(quán)值pi=1，其他小于等于最大誤差等級的，輸出補償權(quán)值0。

(三)速度補償器設(shè)計

電機i的補償值yi計算過程如下，先計算出該電機與其他電機的同步誤差eij，其中1≤j≤m(j≠i)，乘以其相對應(yīng)的權(quán)值pi。計算公式可表示為：

(2.3)

(2.4)

三、動力單元協(xié)同控制建模與仿真

(一)仿真模型建立與參數(shù)設(shè)置

為研究基于最大誤差動態(tài)補償控制方法在多電機協(xié)同控制系統(tǒng)中的控制性能，基于MATLAB軟件，以三電機的協(xié)同控制系統(tǒng)為例，仿真模型中采用三相異步電動機，參數(shù)等均相同：額定功率P為4700w，額定電壓Un是380V，電壓頻率fn設(shè)定為50Hz，極對數(shù)np=2。定子繞組為Rs為0.435Ω，轉(zhuǎn)子繞組Rr為0.816Ω，定子和轉(zhuǎn)子電感均為0.002H，互感Lm為0.0693H，轉(zhuǎn)動慣量J是0.19kg·m2。仿真時間為0.6s，選擇固定步長ode5，步長取1e-5。起始給定轉(zhuǎn)速均為1400rad/min，三電機在0.4s時分別加Te1=15N.m、Te2=55N.m、Te3=95N.m的負載轉(zhuǎn)矩。

(二)仿真結(jié)果與分析

如圖1與圖2所示，三電機的轉(zhuǎn)速n分別在無耦合補償和最大誤差補償?shù)姆抡娼Y(jié)果。在空載運行時，兩種系統(tǒng)速度同步性較好，在0.4s分別加不同強度的負載時，無耦合補償?shù)南到y(tǒng)轉(zhuǎn)速沒有相應(yīng)調(diào)整，各電機之間轉(zhuǎn)速差較大，而最大誤差補償系統(tǒng)轉(zhuǎn)速有相應(yīng)調(diào)整，各自之間轉(zhuǎn)速差較小，跟隨性好。

圖1 無耦合補償?shù)娜姍C轉(zhuǎn)速n

圖2 最大誤差補償?shù)娜姍C轉(zhuǎn)速n

四、結(jié)論

基于最大誤差的動態(tài)補償控制方式，具有較好的抗干擾性，能夠在各單元負載不平衡時做出相應(yīng)轉(zhuǎn)速調(diào)整，對鋼平臺整體升降系統(tǒng)有較好的實用性。