基于模糊控制器的改进耦合多电机同步控制

需要，这种需求为多台电机的同步控制提供了发展的空间。目前对多路电机的同 步 控 制 主 要 有 非 耦 合 和 耦 合 控 制 两 种。在传统耦合控制中当从电机负载突变时，因主电机没有对从电机运行 状态 的 跟 踪， 因 而 造 成 了 主从 两 台 电机 间 的失步。基于模糊控制器对多电机传统耦合控制方式进行改进。并以模糊 控 制 器 为 核 心，应 用 Matlab / Simulink 进 行 建模仿真，结果表明改进后的多电机同步控制系统具有良好的同步性和稳定性。 关键词: 同步控制; 耦合控制; 模糊控制器; 多电机; Matlab / Simulink 中图分类号: TP273 文献标志码: A 文章编号: 1001-6848 ( 2011 ) 03-0075-03 ) 的 转速 保 持同 步， 需 要 保
。
图1
改进耦合多电机同步控制结构框图
2
基于模糊控制器的判断和执行模块
模块中有 与电机 数 量 对应的模 糊 控 制 器、 一个
根据对多路 电机 运 行 的 预 定要求 和 经 验 总 结制 定出模糊控制规则表，见表 1 。
NB N6 N5 N4 N3 N2 N1 ZO
NM N5 N4 N3 N2 N1 ZO P1
NS N4 N3 N2 N1 ZO P1 P2
ZO N3 N2 N1 ZO P1 P2 P3
PS N2 N1 ZO P1 P2 P3 P4
化时，其它三台都具有较好的跟随性能。
解模糊是 模 糊 化 的 相 反 过 程， 它是 从 模 糊 推 理 的结果中产生 我 们 需 要的 控 制 数 值
［5 ］
0
引
言
。传统耦合控制
思想是以主电机的输出 量 作为 从 电机的输 入 量， 使 从电机精确地 跟 踪 主 电机。 在 传 统 的 耦 合 控 制 中 从 电机能够在主 电机的 负 载 突 变 或 速度 跳 变 时 保 持对 主电机的同 步， 但从 电机的 运 行 状态 改 变 时， 主 电 机因为没有对 从 电机 运 行 状态 的 跟 踪， 因 而 造 成 了 主从两台电机 间 的 失 步。 交 叉 耦 合 法虽然 能 够 有 很 好的同步控制性能， 但 是这种控 制 策 略 不 适合 两 台 以上电动机的同 步 控 制 情况。 为 此， 本文 提出 一种 基于模糊控制器的改进耦合控制方法。
The Improved Coupling Multimotor Synchronous Control Based on Fuzzy Controller
CUI Jiefan1 ，XING Feng1 ，ZHAO Nan1 ，WU Qiong2 ( 1. Shenyang University of Technology，Shenyang 110870 ，China; 2. Jinzhou Northern Electrcity Installation Co. LTD，Jinzhou Liaoning 121000 ，China) Abstract: With the improvement of industrial automation and gradually increasing in requirements with quality of product，in some occasions single motor driven can not meet with the needs of modern development any more，which provide multimachine synchronous control with room for development． Currently multimotor synchronous control were mainly divided into noncoupling and coupling control． In traditional coupling control ，falling out of step will be caused between the two motors when load mutation happens due to the lack of main motor’ s running status tracking on the submotor． Coupling control method was improved by detecting each motor speed error in multimachine control system ，then Matlab / Simulink was adapted in modeling and simulation with the core of fuzzy controller and the results indicate good synchronization and stability with the improvement of multimotor synchronous control system． Key words: synchronous control; coupling control; fuzzy controller; multimotor; Matlab / Simulink 非耦合控制 算 法 和 耦 合 控 制 算 法
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44 卷
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改进耦合的同步控制思想
对于有 n 台 电机 ( 转 轴 ) 的 控 制 系统， 定 义 第 i
比较器和一个 执 行 器。 模 糊 控 制 器 的 作用是 判 断 与 它对应电机的 转速误 差 等级 的大 小。 比 较 器 是 将全 部模糊控制器 的输出 先 取 绝 对 值 然后 进 行 比 较， 最 后将结果送给 执 行 器， 执 行 器 按照 事 先 制定的 逻辑 规则将反馈信 号 送 给 对应的电机， 从 而 实 现 新 的 耦 合顺序。 2. 1 基于模糊控制器的判断模块设计 这个模块的 主 要 功 能 是 判 断 出输 入 该 模 糊 控 制 器的电机转速 的 误 差 等级 大 小。 它 主 要 包括 输 入 量 ( 2) 的模糊化、模 糊 推 理机 和 解 模 糊。 考虑 到 如果 只 考 虑电机的转速误 差 而 不 考虑 转速误 差的变 化 率 将很 难对转速误 差 进 行 科 学的 判 断， 所 以本文采 用 二维 模糊控制器。模 块 的输 入 是 电机的 转速误 差 和转速 误差的变化率，输出是速度误差的等级。 ， 将控制器输入 变 量 的模 糊 论 域 设 定 为［ － 3 3 ］ 模糊变量划分为 6 个模糊子集，语言值均取为{ NB ， ( 4) NM ，NS ，ZO ，PS ，PM ，PB } ，隶属度函 数 选 用 三角 形， 如 图 2 所 示。 控 制 器 输 出 变 量 的 论 域 为 ［－ 6 6 ］ ，语 言 取 为 { N6 ，N5 ，N4 ，N3 ，N2 ， N1 ， ZO ，P1 ，P2 ， P3 ， P4 ， P5 ，P6 } ， 隶 属 度 函 数 也 选用三角形，如图 3 所示。 模糊推理机 是 模 糊 控 制 器 的 核 心。 模 糊 推 理机 的主要功能是 模 仿 人 的 思 维 特 征。 它是 根据 事 先 制 定好的依据专家 知 识 或 控 制 经 验 取 得 的 若 干 组 模 糊 条件语句构成 的模 糊 控 制 规 则， 运用 模 糊 数 学理 论 进行推理
多电机同步 控 制 一 直 是运 动 控 制研究 领域 的 重 要课题之一，广泛应 用 于 拉 拔、纺织、印 染、造 纸、 轧钢等制造与 生产 过 程自 动 化 控 制 系统中。 多 电机 同步控制技术 在工 业领域 的应 用， 是 自 动 化 生产 的 一种发展 趋 势
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。 实际应 用中， 多 电机的同 步 性
第 44 卷 2011 年
第3 期 3月
M ICROM OTORS
Vol. 44． No. 3 Mar. 2011
基 于 模 糊 控制器 的 改进耦 合 多 电机 同步 控制
1 崔皆凡 ，邢 1 丰 ，赵 1 楠 ，吴
琼
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( 1. 沈阳工业大学，沈阳 110870 ; 2. 锦州北方电力安装工程有限责任公司，锦州 121000 ) 摘 要: 随着工业自动化程度和对产品质量要求的逐渐提高，单台电机驱动在 某 些 场 合 已 经 不能满足 现 代 化 发展 的
3期
崔皆凡等: 基于模糊控制器的改进耦合多电机同步控制
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表1 ec NB NM NS ZO PS PM PB
模糊控制规则表 e
还是在给定指 令 变 化 的 调 速 过 程 中 都 具有 较 快 的动 态响应速度。当 某台 电机 负 载 出 现 扰 动 导 致 速度 变
PM N1 ZO P1 P2 P3 P4 P5 PB ZO P1 P2 P3 P4 P5 P6 图4 4 台电机起动、负载跳变和调速时的转速仿真曲线
速给定值; Δn i 为第 i 轴的转速误 差。 对于 整 个 n 台
当转速给定相同时( 同步比例系数为 1 ) : 则有 n =n =…=n 持每台电机的转速误差相等，即 Δn1 = Δn2 = … = Δn n 当某一台 电机 负 载 端 受 到扰 动 时， 会 使 这 台 电 机的转速误 差 增 大， 从 而 失 去 与 系统中 其 它 电机的 同步运行状态。例如第 i 台电机受到扰动时，则有 n i = max( n1 ，n2 ，…，n n ) (5 ) 那么我们就 将 扰 动最大的第 i 台 电机 作为 主 电 机，其它电机 为 同 级 从 电机。 改 进 的 耦 合 控 制 算 法 的系统结构，如图 1 所示。 改进耦合 的 多 电机 控 制 系统 由 电机、 电机 控 制 器和基于模 糊 控 制 器 的 判 断 和 执 行 模 块 组 成。 每 台 电机和电机控 制 器 组 成一个 完整 的 单 台 电机 控 制 系 统。每个单台电机 控 制 系统 通过 判 断 和 执 行 机构 来 实现耦合，根据 运 行 状况 的不同 改 变 耦 合 的 连接 次 序，即更改耦合的接线形式。