粗轧机主传动调速系统的研究

论文摘要

本文以宝钢集团4200mm中厚板可逆轧机主传动为背景进行研究。宝钢4200mm中厚板轧机是迄今为止国内最先进的厚板轧机之一,其主电机为大功率交流同步低速电机,控制系统采用两套西门子交交变频系统,分别控制上、下辊两台电机。在近、现代对大功率交流同步低速电机的控制系统中,西门子采用的大多都是矢量控制原理,这使得交流电机在保留原有相对于直流电机,单机容量大、转动惯量小、效率高、结构简单坚固、维护工作量少等优点的同时,大大提高了传动系统的控制性能和精度,达到甚至超过了直流传动系统。由于可逆轧机轧制钢板过程是往复轧制的过程,超调过大会导致钢板轧制质量的下降,影响轧辊的寿命和控制精度,所以轧机主传动对调速性能要求很高,本文研究旨在寻求比现场更好的控制效果。首先,论文介绍了交流电机磁场定向矢量控制的概念,从交流电机理论出发,仿效直流电机的转矩控制原理,把交流电机通过坐标变化控制等效为直流电机,产生出交流电机磁场定向矢量控制原理。其次,以6脉波交交变频系统为基础掌握构成系统的各个环节及作用,进而扩展到12脉波交交变频系统,又从交交变频调速模拟控制系统过渡到交交变频调速数字控制系统,深入理解模拟系统与数字系统之间的异同点。然后,应用ibaAnalyzer软件从宝钢集团4200mm中厚板可逆轧机主传动现场采集了系统的重要变量的变化曲线及相关数据,对这些变量曲线进行了分析研究。通过对同步电机及整个系统的数学建模,进行了Simulink仿真,并且以现场曲线为依据,结合理论知识验证了仿真的准确性。最后,对基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应控制系统进行了学习与研究,了解了自适应控制产生、发展、已取得的成果等,并对同步电机交交变频调速系统进行了模型参考自适应控制的仿真,与传统的PID控制进行了对比,进一步掌握模型参考自适应控制的优缺点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题来源及背景
• 1.2 交流调速传动与直流调速传动
• 1.3 矢量控制
• 1.4 自适应控制
• 1.5 本章小结
• 第2章 粗轧机主传动矢量控制系统构成及控制方法研究
• 2.1 硬件构成
• 2.2 软件构成
• 2.2.1 电流环的控制
• 2.2.2 速度环的控制
• 2.3 主传动控制系统
• 2.4 控制系统中几个重要参数曲线
• 2.5 变频器三相电流控制系统
• 2.5.1 定子电压给定量的计算
• 2.5.2 定子、励磁、磁化及阻尼电流矢量
• 2.5.3 电流模型
• 2.6 同步电动机的电压模型
• 2.7 同步电动机磁链调节及弱磁控制
• 2.8 同步电动机功率因数控制
• 2.9 同步电动机速度控制
• 2.9.1 定子双重绕组的12脉波交交变频器
• 2.9.2 控制方法
• 2.10 本章小结
• 第3章 同步电动机矢量控制系统建模及仿真研究
• 3.1 同步电动机数学模型
• 3.1.1 abc坐标下的同步电动机数学模型
• 3.1.2 dq0坐标下同步电动机数学模型
• 3.1.3 同步电动机动态参数
• 3.1.4 同步电动机定子MT轴系数学模型
• 3.1.5 实用的同步电机MT轴系数学模型
• 3.1.6 标幺值选取
• 3.2 同步电动机交交变频调速系统仿真
• 1-φ₂轴定子电流模型'>3.2.1 φ₁-φ₂轴定子电流模型
• 3.2.2 电压前馈单元
• 1-φ₂轴系电流控制系统'>3.2.3 φ₁-φ₂轴系电流控制系统
• 3.2.4 交交变频器相电流控制
• 3.2.5 磁链观测器——电压模型Mu单元
• 3.2.6 同步电机励磁电流调节器的设计
• 3.2.7 磁链控制系统
• 3.2.8 速度控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于自适应算法的速度控制及仿真
• 4.1 自适应理论
• 4.1.1 自适应控制的应用情况
• 4.1.2 自适应控制系统的形式
• 4.1.3 自适应控制研究中的理论问题
• 4.2 模型参考自适应控制设计方法
• 4.2.1 如何设计自适应控制器
• 4.2.2 线性系统输出反馈自适应控制
• 4.3 模型参考自适应控制的仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢