（南京南瑞继保电气有限公司 南京 211102）
摘要：转矩同步是多电机同步控制系统的控制目标之一。分析了目前多电机同步控制策略发展现状，提出了一种适用于多电机系统的耦合控制策略，并应用于多电机传动系统。通过与采用主从控制策略的多电机传动系统同步性能对比，证明了所提出策略具有更高的同步精度和更好的动态性能。
关键词：耦合控制策略；多电机；转矩同步控制
中图分类号：TP273
0 引言
目前多电机同步控制系统主要控制目标包括转速同步、位置同步及转矩同步等。其中转速及位置同步控制的研究较多，基于不同的控制结构的多电机转速及位置同步控制策略主要有同一给定控制，主从控制，虚拟总轴控制，交叉耦合控制和偏差耦合控制等[1]。采用同一给定控制策略和主从控制策略的系统中，系统的同步精度不能够得到保证，抗扰性也不够理想[2]。虚拟总轴控制策略中，系统输入信号要经过虚拟总轴的作用才能得到电机的参考信号，因而总的参考信号并不一定等于系统输入信号[1]。交叉耦合控制策略比较适用于两台电机的同步控制，当电机数量较多时，其控制算法复杂程度将会增加[2]。偏差耦合控制策略中随着电机数目的增加，其控制结构复杂程度也会增加，耦合补偿规律也愈加难以确定。
本文在同一给定控制策略的基础上，增加同步误差双环反馈环节，提高了系统中多电机耦合程度。所提出得转矩同步耦合控制策略，在考虑每台电机转速跟踪误差的同时，还对主从电机间转速及转矩同步误差加以补偿，能够有效改善系统同步性能，提高系统抗干扰性。
1 转矩同步耦合控制策略
转矩同步耦合控制策略基于同一给定控制加误差补偿的控制思想，其控制系统如图1
图1 转矩同步耦合控制策略结构图
主电机转速调节器统一为所有电机提供转矩给定信号，各电机内环路控制器对转矩指令进行快速跟踪，将电磁转矩控制限定在一定宽度的滞环内，从而达到电动机输出转矩均衡的目的。同步误差的反馈与补偿仅在主电机与各从电机之间进行，因此即使系统中电机数量较多，也不会使控制结构过于复杂；所有电机对同一给定信号实现一致跟随，而且主从电机间两两实现同步误差耦合补偿，所以系统起动过程跟随性能和抗干扰性能够得到保证，适合受控电机较多的系统，是一种比较理想的转矩同步控制策略。
2 基于耦合控制策略的转矩同步控制
构建4台电机组成的多电机同步控制系统。其中电机类型采用笼式感应电动机，额定功率37kW，额定电压380 V，频率50Hz，定子电阻和电感分别为0.087Ω和0.8e-3H，转子电阻和电感分别为0.228Ω和0.8e-3H，互感为34.7e-3H，转动惯量为1.662 kg•m2，摩擦系数0.1 N•m•s，极对数为2。设置电机2总负载突变如图2中上图所示。
分别对采用主从控制策略和耦合控制策略的电机同步控制系统进行仿真，对结果做出分析和比较。其中，采用主从控制策略的系统中，将电机1设为主电机。图2的中图和下图分别为传统主从控制下的主从电机转矩同步误差曲线和耦合控制下相应两台电机间的转矩同步误差曲线。如图所示，采用耦合控制策略的系统中电机同步误差得到有效抑制，电机载荷发生突变对同步性能影响很小，其动态同步性能明显优于采用主从控制策略的系统。
设置电机2在第5秒时载荷发生扰动（如图3上图所示），分别对采用主从策略和耦合策略的控制系统进行仿真，仿真结果如图3的中图和下图所示。
由图6、7可知，在采用耦合控制策略的系统中，出现扰动的电机与主电机的转矩同步误差值明显小于采用主从控制策略的系统。其中，采用主从控制策略时，转矩同步误差差值在-40 N•m ~40N•m范围内脉动；采用耦合控制策略时转矩同步误差差值则收敛在-20 N•m ~20N•m范围内。即耦合补偿环节使系统中电机扰动时产生的同步误差得到有效抑制。
图2 电机2负荷突变时传统主从控制与耦合控制下电机转矩误差曲线对比
图3 电机2负荷扰动时传统主从控制与耦合控制下电机转矩误差曲线对比
仿真结果表明本文提出的控制策略明显地改善了系统动态和稳态性能，耦合补偿控制器的应用使系统对外部扰动具有很好的鲁棒性，使系统具有良好的动态同步性能，能够满足对同步精度要求较高的情况。
3 结论
多电机传动系统转矩同步控制的研究具有非常重要的现实意义。目前广泛采用的转矩主从控制同步性能不够理想。本文结合同一给定控制与耦合补偿原理，提出了转矩同步耦合控制策略，控制结构简单，抗干扰性能好。通过与采用传统转矩主从控制策略的4电机同步控制系统进行比较，表明本文提出的控制策略使系统具有良好的动态性能和抗干扰性，增强了系统的鲁棒性，提高了系统的同步精度，适合于对多台电机的同步控制，及对同步精度要求较高的场合。
参考文献
[1] M. Aníbal Valenzuela, Robert D. Lorenz. Electronic Line-Shafting Control for Paper Machine Drives for Paper Machine Drives[J]. IEEETRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, 2001, 37:158-164.
[2] KOREN Y. Cross-coupled biaxial computer controls for manufacturing systems [J].Transactions of the ASME, 1980, 102(4):265-272.
论文作者:胡心平
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
标签：转矩论文; 电机论文; 策略论文; 主从论文; 误差论文; 系统论文; 性能论文; 《电力设备》2016年第5期论文;