长链传动系统双电机驱动控制研究

双电机 驱动

第24卷第1期2008年2月机械设计与研究

MachineDesignandResearchVo.l24No.1Feb.,2008

文章编号:1006 2343(2008)01 054 04

长链传动系统双电机驱动控制研究

王建军, 樊重建, 陈善本

(1.上海第二工业大学 电子与电气工程学院,上海 201209,E mai:lwangjjbs@http://doc.guandang.net;

2.上海交通大学 材料科学与工程学院,上海200030)

摘 要:研究分析了长链传动系统的特点。设计了适用于长链传动系统的双电机驱动控制系统。阐明了

负载均衡控制和同步跟踪速度控制的原理,模拟实际应用中的动态负载情况,对双电机驱动的链传动系统进行了稳定性、可靠性测试。实验和工程应用都验证了上述控制方式的有效性。

关键词:长链条;双驱动;载荷均衡控制;变频跟踪调速中图分类号:TC401 文献标识码:A

1

2

2

StudyonTheDual motorControlMethodForTheLongChainDrive

WANGJian jun, FANChong jian, CHENShan ben

1

2

2

(1.CollegeofElectronic&ElectricalEng.,ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,Shanghai201209,China;

2.SchoolofmaterialsScience&Eng.,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)

Abstract:Thecharacteristicsoflongchaindrivesystemareanalyzedandresearched.Thenewcontrolsystemwithdual motorforthelongchaindriveisdesigned.Theprinciplesofthecontrolequilibriumofloadandtracingfre quencyforadjustingspeedisexpatiated.Aimingatthedynamicloadintheactualprocess,thestabilityandreliabilityofthenew stylecontrolsystemareillustratedthroughacase.

Key words:

longchain;dual-drive;equilibriumofloadcontro;ltracingfrequencyforadjustingspeed

同步为目标的控制方法无法对负载的变化产生快速反应。而采用纯粹的检验驱动电机负荷电流并加以补偿的方法进行同步控制具有反应速度慢的缺点,同时负荷电流的平衡并不能保证系统运行速度的稳定和驱动两侧链条长度差的稳定[9],而且有可能引起电机堵转烧毁[10]。本文采用机械液力偶合装置与普通电机的主从变频跟踪调速方式,实现了各个电机的速度同步控制、位移同步控制和载荷均衡控制,保证了长链条双驱动系统的稳定运行。

链传动技术是工业过程中被广泛应用的一种重要传动方法。传统的链传动方式一般是由一台电动机做为动力源的单驱动系统。单驱动链传动系统无法实现长距离和大范围时变负载条件下的稳定运行。随着新的工业生产过程的出现,有些工艺设备传动链的长度已达500米以上甚至近千米,因此传统的单驱动方式已经无法满足实际需要。解决的方法是采用两台或多台电机共同驱动同一条链条即多驱动方式。但由于各台电机的电磁特性等存在差别,以及系统负载的时变性,使得多电机驱动系统连续运行过程中,极易产生链条堆积、驱动轮脱链或因张力过大导致链条断裂,无法保证系统的可靠性。对多电机协调控制方法进行研究是从上个世纪80年代开始的。Koren首先提出将交叉耦合控制模式用于多电机系统并探讨了解耦的方法[1]。Kulkami等人研究了交叉耦合控制模式,结合反馈补偿方式提出了最优控制方法统

[3-4]

[2]

1 系统结构

图1是长链条双驱动系统的基本结构。系统由驱动部分、链条张紧控制部分、负载自适应机械调节部分、变频跟踪调速部分和链条速度控制部分组成。1.1 系统驱动部分

系统驱动部分采用两台普通交流三相异步电动机和减速器组成,液力偶合器也是驱动的组成部分。电动机的标准输入电压为AC380伏,频率50Hz,每台电动机分别由一台变频器控制。按照在系统中的作用,将驱动划分为主驱动部分和从驱动部分,与主变频器相连的部分为主驱动部分,与从变频器相连的部分为从驱动部分。1.2 链条张紧控制部分

链条张紧控制部分共有两处,每台驱动电机各配置一个张紧装置。张紧装置的作用是调节链条的紧张程度,当某段链条出现松弛,张紧装置会立即向外侧移动,将链条拉紧,防,。Pradeep等人采用电机与变频器等数量配套的方

式,采用非线性控制法设计了双电机双轴同步控制系

。国内学者则采用变结构控制和模型参考自适应控

[5-6]

制对双电机驱动系统控制方法进行了研究式

[7-8]

,同时还出现

了基于差频的控制方式和对位置与速度进行估计的控制模

。上述控制方式主要以各个电机的转速同步和位置

同步为目标,对于轻负载、小惯量系统,这些控制方式是有效的,但是对于实际的大惯量、负载时变的系统,以速度和位置

:-

双电机 驱动

第1期 王建军等:长链传动系统双电机驱动控制研究主要由一只光电检测开关组成,安装于张紧轮的外侧,距离张紧轮约10厘米的位置,由控制PlC采集该限位开关的输入信号。当某一侧的链条出现松弛的时候,张紧轮会向外侧移动,如果张紧轮向外侧移动并遮住光电开关,表明驱动电机两侧的链条长度差过大,需要调整。此时控制PLC接收到开关的输入信号后产生告警并采取自动保护措施。它的作用是将张紧轮的运动范围加以限制,防止出现驱动两侧的链条长度差过大。

1.3 负载均衡机械调节部分

负载均衡机械调节部分的核心是一台液力偶合器,每台电机都独自装配一台液力偶合器。液力偶合器安装在电机的输出轴与减速器之间,也就是电机并不直接与减速器相连,而是通过液力偶合器与减速器相联接。当链条某一侧由于负载变化引起链条拉力过大的时候,液力偶合器与电机之间会发生打滑脱转,防止拉力进一步增大。1.4 变频跟踪调速部分

每台电机各配置一台变频器,变频器采用安川Vadspeedc7型电流矢量变频器,其中一台变频器的输出频率由该变频器与编码器组成的闭环反馈系统调控,称为主变频器,另一台变频器的输出频率跟踪主变频器的输出频率,称为从变频器。1.5 链条运动速度控制部分

对于特定应用的链传动系统而言,链运动速度的稳定非常重要。图1所示系统链条速度调控系统由电

机、主变频器、编码器组成。编码器采集电机的速度信息并反馈到主变频器,主变频器根据内部控制器的运算结果控制变频器的频率输出,从而控制链条运转速度。

图1 长链条双驱动系统结构

55

频率为

fc(t)=KKgfz(t)

(3)

式(3)说明,从变频器的输出频率只取决于主变频器的当前频率,只要选择合适的控制参数,使得KKg=1,就可以使从变频器的输出频率与主变频器的输出频率相等,而且还可以根据系统误差通过调整比例系数调整从变频器的输出频率,因此从变频器完全会跟踪主变频器的输出频率。在实际工程中,主变频器的频率值转换成模拟量的电压值后通过变频器的模拟量输出端输出,然后此模拟电压接人从变频器的模拟量输入端,用于控制从变频器的输出频率。从上述推

导可以看出,由于从变频器都是独立的,因此,对于更长的链传动系统,如果采用两个以上的电机进行共同驱动即多驱动也是完全可行的。2.2 载荷均衡控制

载荷均衡控制的目的是保证两个电机的输出转矩保持在一定范围内,防止由于负载不平衡导致的电机烧损,同时防止由于链条的张紧力升高导致链条断裂。液力偶合器实现载荷均衡的原理是:根据驱动电机的额定转矩选定限矩型的液力偶合器,通过加注合适种类的油种和油量保证液力偶合器的最大输出转 …… 此处隐藏：7908字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……