高层建筑钢模板操作架平台电动控制系统研究

2019-12-25

福建质量管理 2019年23期

(长春工业大学电气与电子工程学院吉林长春 130012)

引言

高层建筑钢模板操作架平台逐渐成为我国高层建筑建设的主要设备之一。本文以电动提升式操作架平台为研究对象，在实际使用过程中，因钢平台上建筑物料摆放不均匀，人员走动等，使得钢平台不同位置荷载不同，对整体系统的协调控制有所影响，故建立了同步升降协调控制系统模型，结合基于最大误差动态补偿的协调控制策略，通过仿真软件验证了协调控制策略的有效性。

一、协同控制系统结构

多电机协同控制系统中，采用合适的协同控制方式，可有效地提高系统的协同控制性能。目前主要有并行控制、主从控制、交叉耦合和偏差耦合控制。在基于最大误差的动态补偿控制系统中，其主要组成部分如下：协调控制器、速度补偿器、控制装置、变频器、电机等。

二、协调控制器的设计

协调控制器结主要有四个部分。误差计算模块、误差等级推算模块、判断器和速度补偿器.

(一)误差等级推算与模糊控制器设计

误差等级情况由模糊控制器判断，模糊控制器的输入输出组成如下:两个输入端和一个输出端，各台电机转速的误差ei与误差变化率eci为输入，误差等级ri为输出。模糊控制器的设计基本步骤如下:

(1)输入量为误差ei与其误差变化率eci，输出量为误差等级r。Ei和ECi分别是误差ei与其误差变化率eci的模糊集，论域均为[-3,3]，R是误差等级r的模糊集，论域[0,6]，三者量化均为七级。

(2)输入输出变量的模糊子集定义。ei和eci的模糊子集数量均为7，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ri的模糊子集为{Z0,P1,P2,P3,P4,P5,P6}，子集依次表示为由小到大。

(3)模糊推理。该模糊控制器的设计采用Mamdani模糊推理算法。依据此算法，(Ei-ECi)→Ri的模糊关系可以表示为：

R0=Uk,l(Ek×ECl)×Rkl

(2.1)

μR(e,ec,r)=∨[μEkl(e)∧μECl(ec)∧μrkl(r)]

(2.2)

(4)去模糊。该模糊控制器采用重心法.

(二)判断器设计

在误差等级不相等的情况下，对最大误差等级Rmax所对应的电机，输出补偿权值pi=1，其他小于等于最大误差等级的，输出补偿权值0。

(三)速度补偿器设计

电机i的补偿值yi计算过程如下，先计算出该电机与其他电机的同步误差eij，其中1≤j≤m(j≠i)，乘以其相对应的权值pi。计算公式可表示为：

(2.3)

(2.4)

三、动力单元协同控制建模与仿真

(一)仿真模型建立与参数设置

为研究基于最大误差动态补偿控制方法在多电机协同控制系统中的控制性能，基于MATLAB软件，以三电机的协同控制系统为例，仿真模型中采用三相异步电动机，参数等均相同：额定功率P为4700w，额定电压Un是380V，电压频率fn设定为50Hz，极对数np=2。定子绕组为Rs为0.435Ω，转子绕组Rr为0.816Ω，定子和转子电感均为0.002H，互感Lm为0.0693H，转动惯量J是0.19kg·m2。仿真时间为0.6s，选择固定步长ode5，步长取1e-5。起始给定转速均为1400rad/min，三电机在0.4s时分别加Te1=15N.m、Te2=55N.m、Te3=95N.m的负载转矩。

(二)仿真结果与分析

如图1与图2所示，三电机的转速n分别在无耦合补偿和最大误差补偿的仿真结果。在空载运行时，两种系统速度同步性较好，在0.4s分别加不同强度的负载时，无耦合补偿的系统转速没有相应调整，各电机之间转速差较大，而最大误差补偿系统转速有相应调整，各自之间转速差较小，跟随性好。