CN106953582B - 一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法，属于自动化技术处理过程技术领域，首先利用监控环境下的数据，通过相关数值分析手段，对转速反馈结果进行曲线拟合，建立特定负载情况下的交流变频特性数学模型，同时对照实际电机拖动系统测取的速度时间积分值，采用遗传算法对电机不同速度运行情况曲线的七段时间参数进行动态寻优，寻优结果保存至数据库，实施过程通过程序动态调用实现不同方向电机拖动轨迹合成定位的可控性。为同步运行的多个交流电机系统目标轨迹合成的可控性提供参考方法。

Description

一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法
技术领域：
本发明涉及属于自动化技术处理过程技术领域，特别涉及一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法。
背景技术：
变频调速技术即利用电动机工作的转速和电源输入频率的关系，调整改变电机工作时产生的电源频率从而使电机工作转速发生改变。具体来讲，变频调速技术指的是依据电机转速直接受工作电源输入频率的影响关系，通过改变电动机工作电源频率对电机转速进行适当调整。
相比于交流电机，相同功率的直流电机的速度等级低于交流电机。加上直流拖动系统需要换向器，控制设备复杂，维护不方便等特点，过去采用直流拖动的大型系统，相当一部分被交流拖动替代。随着新型大功率电力电子器件的出现与发展，交流拖动系统在精密机械方面的应用也越来越多。近些年来随着变频器技术的发展，技术水平、实用性、低制造成本均取得可喜的成果，广泛被用作变频电动机的电源。
电动机的调速是节电的主要方式，负荷调速运行节电率一般可达到20％～35％，可在经济性、运行性能等方面取得多方面效益。目前，多种交流变频调速技术日趋成熟，变频器的控制精度和动态性能大大提高，得到广泛的应用，已经成为电力系统常用设备，更以其能够拖动多组电机的优势而产生巨大的应用价值与发展空间。
交流变频控制下电机拖动的动态运行位移可直接由电机的转速对时间的积分来求取，因此对于多维空间多电机拖动的设备运行合成轨迹主要取决于累计时间内转速的积分值。目前因变频曲线的模型不确定而约束了交流电机在精确定位控制中的应用，保留着传统的原直流电机系统，而其功率等级与体积及复杂的结构也一直限制了其在不同场合的推广应用，所以对变频特性的研究将有助于不同高功率交流拖动系统在合成轨迹精确控制中的应用及推广。
发明内容：
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法，包括以下步骤：
A、首先要根据特定对象，根据监控的历史实验数据，采用朗格朗日插值法对电机启动、运行、停止整个过程的频率随时间数值变化关系分7段分别建立数学模型；
B、一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法，对动态轨迹需求下的动态频率，其中的七段时间给定由遗传算法根据数学模型进行寻优，每次寻优结果进入专家数据库保存，并动态更新。
本发明的进一步改进在于：根据所要实现的二维平面合成轨迹需求，分解成两个方向的位移量，结合变频器的参数设置，频率给定及分段时间寻优结果通过专家数据库程序调用直接动态输入两个方向的变频器，驱动交流电机拖动系统，实现控制目标。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、二维平面的两个相互独立的交流变频拖动系统在动态速度给定情况下能按设计的最短路径、最快的速度运行至每一终点。或者按照设定的合成轨迹运动。
2、变频输出控制本身为半闭环控制，如设定位传感器可完善系统的功能，计算变频特性曲线面积带来的误差能够通过系统程序设置自动校正，提高系统运行效率，系统运行更稳定，定位更精确，系统方法可在立体车库等相似应用场合推广使用，具有一定的工程应用价值。
附图说明：
图1为本发明的二维空间运行轨迹示意图；
图2为本发明的变频特性曲线示意图；
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法，首先利用监控环境下的数据，通过相关数值分析手段，对转速反馈结果进行曲线拟合，建立特定负载情况下的交流变频特性数学模型，同时对照实际电机拖动系统测取的速度时间积分值，采用遗传算法对电机不同速度运行情况曲线的七段时间参数进行动态寻优，寻优结果保存至数据库，实施过程通过程序动态调用实现不同方向电机拖动轨迹合成定位的可控性。为同步运行的多个交流电机系统目标轨迹合成的可控性提供参考方法。
图1中X向、Y向的所走长度分别为各方向S曲线的面积，所以两方向的位移夹角因此要实现合成轨迹精确控制，前提条件是熟悉电机变频运行的特性曲线。
如图2所示的电机运行的变频特性曲线七段示意图，X向、Y向的所走长度分别为X方向与Y方向S曲线的面积。图中变频特性曲线，开始启动到时间t1为变加速曲线运行段，加速度由零开始线性的上升，当到时间t1时，加速度达到最大值；此后，进入匀加速斜坡运行段；到时间t2，速度的变化又以曲线段减小；直到t3时，开始进入匀速运行阶段。t4到t7为制动减速段，其运行过程类似与启动加速段逆变化。图中斜坡上升段BC与曲线段AB、弧线CD分别相切，延长BC直线的两端与最大频率运行线及时间轴相交于点M、N。在实际面积计算时，阴影ANB的面积与CMD的面积近似相等，所以x方向变频驱动S曲线面积Sx即为一梯形面积。
其中f1(t)、f2(t)、f3(t)、f4(t)、f5(t)、f6(t)、f7(t)为需要朗格朗日插值法建模的七段特性函数模型，t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7即为需要遗传算法寻优的参数。离线运行，所有的历史实验数据用于建立数学模型与参数寻优，寻优参数进入专家数据库存储。在具体在线动态运行及控制时，只要执行数据库参数的调用。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (1)

1.一种交流变频电机拖动二维平面定位控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、首先要根据特定对象，根据监控的历史实验数据，采用朗格朗日插值法对电机启动、运行、停止整个过程的频率随时间数值变化关系分7段分别建立数学模型；
B、对动态轨迹需求下的动态频率，其中的七段时间给定由遗传算法根据数学模型进行寻优，每次寻优结果进入专家数据库保存，并动态更新；
C、根据所要实现的二维平面合成轨迹需求，分解成两个方向的位移量，结合变频器的参数设置，频率给定及分段时间寻优结果通过专家数据库程序调用直接动态输入两个方向的变频器，驱动交流电机拖动系统，实现控制目标。
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