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多电机同步系统是现代工业生产中应用比较普遍的电控系统。它的应用领域包括了工业生产、军事及航空的方方面面。高性能的同步协调控制可以大大提高纺织、冶金、机械、造纸等行业产品的质量和成品率。因此迫切需要研究交流电机和多电机的高性能的控制。本文工作主要围绕着交流电机反馈线性化控制、交流电机变频调速系统的神经网络逆系统控制、交流多电机变频调速同步系统的神经网络逆系统控制、系统参数的辨识及实验研究等方面展开。
1.电压控制型交流电机可实现反馈线性化解耦控制,但转子电阻变化和负载扰动对解耦控制影响很大。论文直接将负载转矩作为一个扰动输入量,将转子电阻的偏差作为另一个扰动输入,采用自适应的策略对其参数进行辨识改进其控制效果,减少参数变化的影响,实现自适应反馈线性化解耦控制,采用该方法并通过选择相关参数可降低控制算法的运算量,易于数字实现。
2.针对交流电机的复杂性和变频调速的要求,论文提出了交流电机变频调速系统的神经网络α阶逆系统的控制方法。根据恒压频比控制的要求,论文给出了恒压频比交流电机变频调速系统的数学模型,并对该系统进行可逆性分析,得出了系统的可逆性不受带补偿和不带补偿的恒压频比运行方式的影响。结合磁场定向的特点,导出了磁场定向运行方式的交流电机变频调速系统的数学模型,并对该系统进行了可逆性分析,证明该系统可逆。把变频器和交流电机看成一个整体,采用神经网络α阶逆系统的方法可以使恒压频比和矢量控制交流电机变频器系统复合成伪线性系统。仿真结果证明了采用神经网络α阶逆系统的方法可以获得较好的运行性能,为神经网络α阶逆系统在工程应用的推广,打下了良好的基础,也为高性能交流电机变频器系统的控制提供了一条新途径。 3.论文提出了两电机变频调速同步系统的神经网络逆系统控制方法,针对恒压频比和张力控制的特点,论文给出了恒压频比运行模式下两电机变频调速同步系统的统一数学模型,通过可逆性分析,证明该系统可逆。针对矢量控制和张力控制的特点,论文同时给出了矢量控制运行模式下两电机变频调速同步系统的统一的数学模型,证明了逆系统的存在性。把变频器和交流电机看成一个整体,不管变频器采用哪一种运行模式,神经网络逆系统方法都可以实现速度和张力的解耦控制,获得速度和张力的伪线性化的子系统,分别设计了速度和张力子系统的复合控制器。通过仿真验证了分析的结果,并获得较好的运行效果,系统具有较好的动、静态性能和较强的抗负载扰动的能力,解决了交流多电机同步解耦控制的难题,成功地实现了系统速度与张力的解耦控制。
4.通过定义一种辅助的状态变量,提出了一种仅以定子电流作为比较信号的新的速度、磁链自适应辨识方法,并给出了收敛性的证明,即使电机参数发生变化(如转子电阻变化),速度和磁链的估计值都能收敛到其真实值,论文给出了仿真结果。从电流控制型异步电机的状态方程出发,论文提出了一种基于定子电流的神经网络磁链和转速辨识的新方法。在神经网络辨识速度值的基础上,提出了基于定子电流的神经网络张力辨识的方法。并通过仿真和实验验证了上述方法的可行性。
5.自行设计、制作了多电机同步控制系统,该系统设计合理,功能齐全,满足实际要求,可以用来模拟速度、张力相耦合的复杂控制系统并完成各种实验,可以实现多台电机之间同步协调控制,用来检验神经网络逆系统的控制方法和速度、张力的辨识方法。论文给出了系统和程序设计的思想,并给出了部分程序设计的框图。恒压频比和矢量控制的变频器交流电机系统均可以用神经网络逆系统方法进行控制,且控制效果好,系统抗负载扰动能力强,能够满足工程实际的需要。采用神经网络逆系统可以实现双电机变频器同步系统的速度和张力的解耦控制,无论变频器采用恒压频比运行模式还是矢量控制运行模式系统都具有较好的控制效果,且系统具有较强的抗负载扰动的能力,大量的实验结果验证了设计方案的可行性。