基于自抗扰的三电机同步控制平台研制

发布时间：2017-06-15 18:00

  本文关键词：基于自抗扰的三电机同步控制平台研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生活水平的提高,人们日益高涨的物质文化需求直接刺激了自动化领域控制技术的日益精进,多电机的同步控制领域也要求更高的精确性、快速性及稳定性。本文针对三电机同步系统中速度和张力的解耦控制进行了研究,同时根据被控系统的硬件结构,对相应的控制平台进行了设计。本课题中的三电机系统是一个高阶次、非线性及强耦合的复杂系统,要求能够对其进行高性能的同步控制。在分析了本课题被控系统的系统模型及转速与张力的耦合关系后,同时又分析了PID控制器的优势及不足进而引出自抗扰控制器,其能够通过扩张状态观测器将耦合、干扰等各种不确定因素进行估计与补偿并反馈给前端,且其具备无需被控对象精确模型的特点,因而本文采用自抗扰控制技术实现对系统参数的控制。本文对自抗扰控制技术进行了详细介绍与分析,设计出电机转速及张力的新型控制器,采用自抗扰技术实现两个参数之间的解耦。在控制结构上,本文采用了主从控制的控制方案。为了缩短控制过程的控制周期,本文设计出由MCU、DSP及CPLD为处理单元构成的组合式多核控制平台,各个处理器协同工作各司其职将系统控制周期缩短为10ms,实现了对本文中提到的多电机系统更好的同步控制。控制平台中MCU的职能是采集数模转换后的两个张力值,并将两张力值传输至CPLD。CPLD的功能是对光电编码器进行计数以测量电机转速,并将测量值反馈给DSP,CPLD还具备对光电编码器滤波、接收MCU传送过来的张力参数、将速度及张力参数反馈给DSP、与三台变频器通讯、接收DSP控制指令等功能。同时本文还设计了用以显示实时参数值的上位机界面,用以观察实验效果,还可以在上位机上通过Excel表格永久保存实验数据。采用本文设计的控制平台在本文中提到的多电机系统中运行,利用该平台先后对比了在PID控制方案与自抗扰控制方案下的解耦及负载实验,证明了自抗扰方案下解耦能力、抗干扰能力优于PID控制,接着又进行了基于自抗扰方案的该平台与PLC S7-300的实验对比,结果表明该平台的控制性能优于PLC,因此该平台具有良好的工业需求和发展前景。
【关键词】：三电机 控制平台 同步 自抗扰控制器 解耦
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM301.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 多电机同步控制技术的概述及国内外现状11-13
• 1.2.1 多电机同步控制的概述11-12
• 1.2.2 多电机同步控制算法的国内外研究现状12-13
• 1.3 自抗扰控制技术的产生及发展13-15
• 1.3.1 自抗扰控制技术的产生13-15
• 1.3.2 自抗扰控制技术的应用15
• 1.4 本文内容安排15-17
• 第二章 自抗扰控制技术的理论知识17-26
• 2.1 自抗扰控制理论的诞生17-19
• 2.1.1 传统PID控制器的长处与不足17-18
• 2.1.2 自抗扰控制技术诞生18-19
• 2.2 自抗扰控制器的组成19-24
• 2.2.1 跟踪微分器(TD)19-21
• 2.2.2 扩张状态观测器（ESO）21-23
• 2.2.3 非线性误差反馈控制律（NLSEF）23
• 2.2.4 扰动补偿23-24
• 2.3 自抗扰控制器24-25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 三电机同步控制系统的理论设计26-35
• 3.1 三电机同步控制系统的物理模型26-27
• 3.2 三电机同步控制方案27-29
• 3.3 速度自抗扰控制器的设计29-32
• 3.3.1 一阶自抗扰控制器速度控制环的设计29-30
• 3.3.2 一阶自抗扰控制器的优化30-32
• 3.4 自抗扰控制器张力控制环的设计32-34
• 3.4.1 二阶自抗扰控制器张力控制环的设计32-33
• 3.4.2 张力二阶自抗扰控制器的参数整定33-34
• 3.5 小结34-35
• 第四章 三电机同步控制平台的设计35-69
• 4.1 三电机同步控制系统的硬件平台总体介绍35-45
• 4.1.1 控制部分35-40
• 4.1.2 执行部分40-41
• 4.1.3 信号采集部分41-45
• 4.2 三电机同步协调控制系统中的通讯45-49
• 4.2.1 UART通信46
• 4.2.2 RS-485通信46-47
• 4.2.3 SPI接口通信47-48
• 4.2.4 USS协议介绍48-49
• 4.3 三电机同步协调控制平台的软件设计49-68
• 4.3.1 CPLD端的程序设计51-62
• 4.3.2 DSP程序的设计62-65
• 4.3.3 单片机部分程序设计65-67
• 4.3.4 上位机程序设计67-68
• 4.4 小结68-69
• 第五章 三电机同步控制平台的控制实验结果与分析69-83
• 5.1 主电机闭环转速响应实验69-73
• 5.2 三电机同步控制平台的解耦实验73-79
• 5.2.1 速度突变两张力恒定实验73-75
• 5.2.2 速度恒定两张力突变实验75-79
• 5.3 三电机同步控制平台的负载实验79-82
• 5.3.1 突加负载实验79-81
• 5.3.2 突减负载实验81-82
• 5.4 小结82-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 主要结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-88
• 致谢88-89
• 在校期间发表的论文89

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