CN109799796A - 一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统 - Google Patents

一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统，其包括顺次连接的无模型自适应平台、直接转矩控制模块、变频器、电机和回转窑；向所述无模型自适应控制器输入变频器的输出转矩设定值r(t)，将采集到所述变频器的输出转矩y(t)反馈给所述无模型自适应控制器输入端，所述无模型自适应控制器以在线的方式不断减小输出转矩设定值r(t)与输出转矩y(t)之间的偏差e(t)，通过所述无模型自适应平台内的单输入单输出系统的处理，剔除所述变频器内二极管整流电路产生的谐波分量或机械共振的扰动量d(t)过大的无效值，偏差e(t)接近零时，所述水泥熟料生产线窑主传动控制系统趋于稳定控制。本发明提高控制系统的稳定性，节能。

Description

一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统
技术领域
本发明涉及水泥熟料生产线技术领域，尤其涉及一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统。
背景技术
水泥行业作为高耗能行业，已是国家重点压缩和整改行业，新建项目将越来越集中规模生产，从而降低单位能耗。目前国内的大多数回转窑均采用直流调速系统，直流调速系统所采用的直流电机启动时需要较高启动电流，对电网造成较大冲击，从而污染电网质量。而窑主传运行在低速时，因全控桥整流的特性，产生的谐波分量较高，功率因数非常低，进而大大增加电耗成本，不利于节能减排，因此迫切需要一种新式的水泥熟料生产线窑主传动控制系统。
发明内容
本发明提供一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统，提高控制系统的稳定性，运行时转矩平衡，节能。
本发明采用以下技术方案：
一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统，包括：顺次连接的无模型自适应平台、直接转矩控制模块、变频器、电机和回转窑；
所述无模型自适应平台包括无模型自适应控制器和单输入单出系统，所述无模型自适应控制器的输出端连接所述单输入单输出系统的输入端；
所述变频器包括一个二极管整流电路、中间回路和逆变桥，三者顺次连接；
向所述无模型自适应控制器输入所述变频器的输出转矩设定值r(t)，将采集到所述变频器的输出转矩y(t)反馈给所述无模型自适应控制器输入端，所述无模型自适应控制器以在线的方式不断减小输出转矩设定值r(t)与输出转矩y(t)之间的偏差e(t)，通过所述单输入单输出系统的处理，剔除所述二极管整流电路产生的谐波分量或机械共振的扰动量d(t)过大的无效值，偏差e(t)接近零时，所述水泥熟料生产线窑主传动控制系统趋于稳定控制。
进一步地，所述电机为磁滞电机。
进一步地，所述直接转矩控制模块包括电机铭牌数据识别模块，所述电机铭牌数据识别模块根据所述电机的铭牌数据计算该电机的磁通矢量；
所述直接转矩控制模块根据接收到的输出转矩y(t、)和所述磁通矢量ψs＝∫(us-isrs)dt，在定子坐标系下通过所述输出转矩与定子磁通之间的角度正比关系，计算输出所述电机所需的转矩，保持在一个预定的磁滞范围，从而实现转速控制的高增益。
优选地，所述变频器为380V变频器或690V变频器。
有益效果
本发明通过基于人工神经网络的无模型自适应平台不断学习，以在线的方式不断减小输出转矩设定值r(t)与输出转矩y(t)之间的偏差e(t)，从而调节输出转矩以满足在回转窑负载启动时，由于水泥物料在底部堆积及筒体惯性阻力、摩擦阻力要求电机和变频器的极大启动力矩，从而实现回转窑控制系统的软启动，消除了机械共振，实现无极调速，提高控制系统的稳定性，运行时转矩平衡，交流调速系统替换传统直流调速系统，避免了对电网造成较大冲击，达到节能效果。另外，无模型自适应平台和直接转矩控制的结合，大大提高了水泥熟料生产线窑主传动控制系统的过载特性和环境适应能了。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统的结构示意图；
图2是图1中无模型自适应控制平台的控制系统结构示意图；
图3是图2中无模型自适应控制器的控制结构示意图；
图4是图1中变频器的电路结构示意图；
图5是图1中直接转矩控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，是本发明实施例提供的一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统的结构示意图。
水泥熟料生产线窑主传动控制系统，包括顺次连接的无模型自适应平台100、直接转矩控制模块200、变频器300、电机400和回转窑500，电机400为磁滞电机；可选地，无模型自适应平台100为计算机、服务器、云和/或具有从通讯计算功能的装置。
无模型自适应平台100包括无模型自适应控制器(MFA，Model-Free Adaptive，以下简称“MFA控制器”)和单输入单出系统(SISO，Single input single output)，无模型自适应控制器的输出端连接单输入单输出系统的输入端。
参见图4，变频器300包括一个二极管整流电路301、中间回路302和逆变桥303，三者顺次连接。变频器300为380V变频器或690V变频器，用以满足客户对不同机械设备类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求。
直接转矩控制模块200的输入端连接单输入单输出系统的输出端，直接转矩控制模块200的输出端连接二极管整流电路301的输入端；逆变桥303的输出端连接电机400，电机400连接直接转矩控制模块200的输入端。
参见图2，MFA控制器是基于人工神经网络算法，其刷新权值的算法是基于一个单一的目标，即缩小设定值和过程变量之间的偏差。MFA控制器的控制目标是产生一个输出u(t)，迫使过程变量y(t)在设定值变化，存在扰动和过程动态特性改变的情况下仍然能跟踪设定值r(t)，也就是，MFA控制器以在线的方式不断减小设定值r(t)和过程变量y(t)之间的偏差e(t)。通过SISO处理，通过分析计算记录并保存一段时间的有效值，剔除部分二极管整流电路产生谐波分量、机械共振等的扰动量过大的无效值，再进行输出，这意味着当过程处于稳定状态，偏差接近零时，不需要对MFA控制器的权值进行修改，也即水泥熟料生产线窑主传动控制系统控制趋于稳定。当系统受各界因素造成波动趋势时，MFA系统能免去了复杂的控制器参数整定，能控制极端非线性过程，控制多变量过程，抑制可测的二极管整流电路产生谐波分量、机械共振等扰动，迫使过程变量维持在预定的范围。MFA控制器的用户，无需对控制器进行设计，只要选择相应的控制器并简单地设定控制器参数就可以将MFA控制器投入使用；并且基于人工神经网络的MFA控制器保存了一部分历史数据，为了解过程动态特性提供有价值的信息，从而更好地控制系统。
参见图3，也可以理解为，该MFA控制器采用了一个多层感知器结构的人工神经网络(ANN)，有一个输入层、一个具有N个神经元的隐含层和一个单个神经元的输出层。在这个神经网络中有一组可以根据需要而改变的权重因子(Wij和hi)，从而对MFA控制器的行为进行调整。更新权重因子的算法是以缩小设定值与过程变量之间的偏差为目标。由于其效果与控制目标是一致的，因此，采用权重因子能帮助MFA控制器在过程动态特性发生变化的时候减小偏差。
向MFA控制器输入变频器的输出转矩设定值r(t)，将采集到变频器的输出转矩y(t)反馈给MFA控制器输入端，MFA控制器以在线的方式不断减小输出转矩设定值r(t)与输出转矩y(t)之间的偏差e(t)，通过单输入单输出系统的处理，剔除二极管整流电路产生的谐波分量或机械共振等的扰动量d(t)过大的无效值，偏差e(t)接近零的过程中，MFA控制器自动不断改变的权重因子(Wij和hi)，以使偏差e(t)接近零，当偏差e(t)接近零时，所述水泥熟料生产线窑主传动控制系统趋于稳定控制。
参见图5，直接转矩控制模块200(Direct torque control，简称DTC)包括转速控制器、转矩给定值控制模块、磁通给定值控制模块、切换频率控制模块和直接转矩控制芯片。
转速控制器的第一输入端为输出转矩y(t)，转速控制器的第二输入端为直接转矩控制芯片的第一输出端(实际转速)；切换频率控制模块的输入端连接直接转矩控制芯片的第二输出端(实际频率)，切换频率控制模块的输出端连接直接转矩控制芯片的第一输入端(磁滞窗口端)；磁通给定值控制模块的输入端连接直接转矩控制芯片的第二输出端(实际频率)，磁通给定值控制模块的输出端连接直接转矩控制芯片的第二输入端(磁通给定值ψref)；转矩给定值控制模块的第一输入端连接转速控制器的输出端，转矩给定值控制模块的第二输入端输入绝对转矩给定值，转矩给定值控制模块的输出端连接直接转矩控制芯片的第三输入端(转矩给定值Tref)；直接转矩控制芯片的第三输出端连接电机的功率级，直接转矩控制芯片的第四输入端连接电机功率级直流回路电压，直接转矩控制芯片的第五输入端连接电机功率级以前的切换顺序端，直接转矩控制芯片的第六输入端连接电机电流反馈端。
所述直接转矩控制芯片内包含电机铭牌数据识别模块，所述电机铭牌数据识别模块根据所述电机的铭牌数据计算该电机的磁通矢量ψs＝∫(us-isrs)dt。直接转矩控制模块根据接收到的输出转矩和所述磁通矢量，在定子坐标系下通过所述输出转矩与定子磁通之间的(正弦)角度正比关系，计算输出所述电机所需的转矩，保持在一个预定的磁滞范围，从而实现转速控制的高增益。
也可以理解为，DTC模块依托强大的数字处理器(25μs控制回路)和电机数学模型，无需转速反馈，无需调制器，无开换模式。通过使用自适应电机模型，基于电机铭牌数据准确计算电机的磁通矢量，通过转矩与定子磁通之间的(正弦)角度正比关系。将磁通给定值比作磁通，并保持在一个预定的磁滞之中，同时将转矩给定值比作估计(即计算出的)转矩，并保持在一个预定的磁滞之中。从而通过快速的转矩控制实现转速控制的高增益，提高动态精度和静态精度，并优化对特殊情况的反应，如功率损失、过压和欠压、迅速的负载变化、机械振动和无中断跳闸等等，从而实现对水泥窑传动的理想控制。
采用本实施例水泥熟料生产线窑主传动控制系统，以5000T水泥线为例，可以实现窑主传动无冲击电流起动(起动电流小于电机额定电流，直流电机启动电流高达电机额定2倍左右)，年系统维护量(含电机)小于1次(直流控制系统年维护量大于5次)，整体功率因数由80％提高到90％以上。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水泥熟料生产线窑主传动控制系统，其特征在于，包括：顺次连接的无模型自适应平台、直接转矩控制模块、变频器、电机和回转窑；
所述无模型自适应平台包括无模型自适应控制器和单输入单出系统，所述无模型自适应控制器的输出端连接所述单输入单输出系统的输入端；
所述变频器包括一个二极管整流电路、中间回路和逆变桥，三者顺次连接；
向所述无模型自适应控制器输入所述变频器的输出转矩设定值r(t)，将采集到所述变频器的输出转矩y(t)反馈给所述无模型自适应控制器输入端，所述无模型自适应控制器以在线的方式不断减小输出转矩设定值r(t)与输出转矩y(t)之间的偏差e(t)，通过所述单输入单输出系统的处理，剔除所述二极管整流电路产生的谐波分量或机械共振的扰动量d(t)过大的无效值，偏差e(t)接近零时，所述水泥熟料生产线窑主传动控制系统趋于稳定控制。
2.如权利要求1所述的水泥熟料生产线窑主传动控制系统，其特征在于，所述电机为磁滞电机。
3.如权利要求2所述的水泥熟料生产线窑主传动控制系统，其特征在于，所述直接转矩控制模块包括电机铭牌数据识别模块，所述电机铭牌数据识别模块根据所述电机的铭牌数据计算该电机的磁通矢量；
所述直接转矩控制模块根据接收到的输出转矩y(t)和所述磁通矢量ψs＝∫(us-isrs)dt，在定子坐标系下通过所述输出转矩与定子磁通之间的角度正比关系，计算输出所述电机所需的转矩，保持在一个预定的磁滞范围，从而实现转速控制的高增益。
4.如权利要求1所述的水泥熟料生产线窑主传动控制系统，其特征在于，所述变频器为380V变频器或690V变频器。
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