高層建筑鋼模板操作架平臺(tái)電動(dòng)控制系統(tǒng)研究

(長春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 吉林 長春 130012)

引言

高層建筑鋼模板操作架平臺(tái)逐漸成為我國高層建筑建設(shè)的主要設(shè)備之一。本文以電動(dòng)提升式操作架平臺(tái)為研究對(duì)象，在實(shí)際使用過程中，因鋼平臺(tái)上建筑物料擺放不均勻，人員走動(dòng)等，使得鋼平臺(tái)不同位置荷載不同，對(duì)整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制有所影響，故建立了同步升降協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)模型，結(jié)合基于最大誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膮f(xié)調(diào)控制策略，通過仿真軟件驗(yàn)證了協(xié)調(diào)控制策略的有效性。

一、協(xié)同控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中，采用合適的協(xié)同控制方式，可有效地提高系統(tǒng)的協(xié)同控制性能。目前主要有并行控制、主從控制、交叉耦合和偏差耦合控制。在基于最大誤差的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制系統(tǒng)中，其主要組成部分如下：協(xié)調(diào)控制器、速度補(bǔ)償器、控制裝置、變頻器、電機(jī)等。

二、協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)控制器結(jié)主要有四個(gè)部分。誤差計(jì)算模塊、誤差等級(jí)推算模塊、判斷器和速度補(bǔ)償器.

(一)誤差等級(jí)推算與模糊控制器設(shè)計(jì)

誤差等級(jí)情況由模糊控制器判斷，模糊控制器的輸入輸出組成如下:兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，各臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的誤差ei與誤差變化率eci為輸入，誤差等級(jí)ri為輸出。模糊控制器的設(shè)計(jì)基本步驟如下:

(1)輸入量為誤差ei與其誤差變化率eci，輸出量為誤差等級(jí)r。Ei和ECi分別是誤差ei與其誤差變化率eci的模糊集，論域均為[-3,3]，R是誤差等級(jí)r的模糊集，論域[0,6]，三者量化均為七級(jí)。

(2)輸入輸出變量的模糊子集定義。ei和eci的模糊子集數(shù)量均為7，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ri的模糊子集為{Z0,P1,P2,P3,P4,P5,P6}，子集依次表示為由小到大。

(3)模糊推理。該模糊控制器的設(shè)計(jì)采用Mamdani模糊推理算法。依據(jù)此算法，(Ei-ECi)→Ri的模糊關(guān)系可以表示為：

R0=Uk,l(Ek×ECl)×Rkl

(2.1)

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

(2.2)

(4)去模糊。該模糊控制器采用重心法.

(二)判斷器設(shè)計(jì)

在誤差等級(jí)不相等的情況下，對(duì)最大誤差等級(jí)Rmax所對(duì)應(yīng)的電機(jī)，輸出補(bǔ)償權(quán)值pi=1，其他小于等于最大誤差等級(jí)的，輸出補(bǔ)償權(quán)值0。

(三)速度補(bǔ)償器設(shè)計(jì)

電機(jī)i的補(bǔ)償值yi計(jì)算過程如下，先計(jì)算出該電機(jī)與其他電機(jī)的同步誤差eij，其中1≤j≤m(j≠i)，乘以其相對(duì)應(yīng)的權(quán)值pi。計(jì)算公式可表示為：

(2.3)

(2.4)

三、動(dòng)力單元協(xié)同控制建模與仿真

(一)仿真模型建立與參數(shù)設(shè)置

為研究基于最大誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方法在多電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)中的控制性能，基于MATLAB軟件，以三電機(jī)的協(xié)同控制系統(tǒng)為例，仿真模型中采用三相異步電動(dòng)機(jī)，參數(shù)等均相同：額定功率P為4700w，額定電壓Un是380V，電壓頻率fn設(shè)定為50Hz，極對(duì)數(shù)np=2。定子繞組為Rs為0.435Ω，轉(zhuǎn)子繞組Rr為0.816Ω，定子和轉(zhuǎn)子電感均為0.002H，互感Lm為0.0693H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J是0.19kg·m2。仿真時(shí)間為0.6s，選擇固定步長ode5，步長取1e-5。起始給定轉(zhuǎn)速均為1400rad/min，三電機(jī)在0.4s時(shí)分別加Te1=15N.m、Te2=55N.m、Te3=95N.m的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

(二)仿真結(jié)果與分析

如圖1與圖2所示，三電機(jī)的轉(zhuǎn)速n分別在無耦合補(bǔ)償和最大誤差補(bǔ)償?shù)姆抡娼Y(jié)果。在空載運(yùn)行時(shí)，兩種系統(tǒng)速度同步性較好，在0.4s分別加不同強(qiáng)度的負(fù)載時(shí)，無耦合補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)轉(zhuǎn)速?zèng)]有相應(yīng)調(diào)整，各電機(jī)之間轉(zhuǎn)速差較大，而最大誤差補(bǔ)償系統(tǒng)轉(zhuǎn)速有相應(yīng)調(diào)整，各自之間轉(zhuǎn)速差較小，跟隨性好。

圖1 無耦合補(bǔ)償?shù)娜姍C(jī)轉(zhuǎn)速n

圖2 最大誤差補(bǔ)償?shù)娜姍C(jī)轉(zhuǎn)速n

四、結(jié)論

基于最大誤差的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方式，具有較好的抗干擾性，能夠在各單元負(fù)載不平衡時(shí)做出相應(yīng)轉(zhuǎn)速調(diào)整，對(duì)鋼平臺(tái)整體升降系統(tǒng)有較好的實(shí)用性。