直驱式永磁曳引机零低速运行自抗扰控制策略研究

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永磁同步电机因其效率高、能够实现低速大转矩等一系列优点在现代直驱式升降电梯系统中被广泛的用作曳引机。零速起动与低速运行是直驱式电梯在应用过程当中的两个重要环节。针对零速起动时保证舒适性的问题,可以运用自抗扰控制方法,实现对负载转矩,电流环误差等一系列系统扰动量的跟踪补偿,从而尽可能的减小轿厢倒溜距离。针对低速运行时保证平稳性的问题,可以利用时间最优原理,构造阶跃式位置信号的平滑跟踪环节,保证其微分之后得到的速度信号快速且连续,具有暂态时延时小,稳态时平滑度高的特点,本文针对零速起动问题和低速运行问题进行以下研究。首先针对直驱式电梯曳引系统结构特点,分析起动时不同阶段的运动过程,同时考虑制动衬片施加在制动轮上的摩擦力,建立相应的数学模型,并通过仿真进行验证。在上述分析基础上,确定了在零速起动阶段导致轿厢发生倒溜的主要因素,从而选择利用自抗扰控制方法对倒溜现象进行抑制。利用扩张状态观测器对系统“整体扰动”进行观测并在控制量中提前消除。通过进行性能与稳定性分析,讨论扩张状态观测器各参量对系统的影响。针对扩张状态观测器引入系统后永磁曳引机出现的反向滑动现象进行原理分析,得出扩张状态观测器能够消除静差的结论,从而转速环调节器不需要积分环节。为了保证去除积分环节后的系统仍然能够实现快速补偿,利用非线性误差反馈控制器,对转速环调节器进行修正,保证尽可能小的倒溜距离与倒溜速度。针对低速运行平稳性问题,利用时间最优原理,设计位置信号平滑跟踪调节器,将原本阶梯式变化的位置信号修正为平滑变化的信号。将修正后的位置信号经微分环节,计算得到的转速含有较少的高频噪声,提高了转速计算的精度。根据时间最优原理,在离散状态分析了最速函数的表达形式,并利用仿真系统下的扫频测试方法,分析了最速函数中各参数对调节器性能的影响,并通过闭环系统仿真验证了该方法的有效性。基于所提出的零速起动与低速运行的控制策略,利用Matlab/Simulink仿真软件进行了模拟,搭建基于相应控制策略的矢量控制仿真平台。同时,在现有的基于ARM芯片的永磁曳引机实验平台上进行了实验,对控制方法进行程序实现,控制11.7k W对拖加载平台。
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