一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括若干個大小不一的圓柱形質(zhì)量體，所述圓柱形質(zhì)量體通過中心軸固定在U型底座上，并位于同一水平線上，所述圓柱形質(zhì)量體之間通過彈簧相連，所述U型底座上最外側(cè)的圓柱形質(zhì)量體的外側(cè)與電機相連，每個圓柱形質(zhì)量體后還接有采樣測速機構(gòu)，在前饋通道中由PID控制器控制電機，所述采樣測速機構(gòu)通過微分控制器與電機相連形成反饋回路。本實用新型能夠得到較高的穩(wěn)態(tài)精度，減小系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)疲勞損耗。
【專利說明】一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及運動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，對能源設(shè)備的要求逐漸提高，發(fā)電機組單機容量也在日益增加，隨之而來的是軸系長度的不斷增加、跨度的不斷加大，軸系輕量化要求的不斷提高。整個軸系可視作一個具有多自由度的彈性質(zhì)量扭振系統(tǒng)。電機負荷的增大以及負載的多樣性等因素都將導(dǎo)致軸系扭轉(zhuǎn)振動的發(fā)生，并導(dǎo)致軸系的扭轉(zhuǎn)疲勞損耗，從而對發(fā)電機組的正常工作和安全生產(chǎn)帶來了諸多隱患。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，能使多質(zhì)量彈性扭矩系統(tǒng)在極短的時間內(nèi)達到預(yù)設(shè)速度，實現(xiàn)無超調(diào)的控制效果，得到較高的穩(wěn)態(tài)精度，減小系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)疲勞損耗。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括若干個大小不一的圓柱形質(zhì)量體，所述圓柱形質(zhì)量體通過中心軸固定在U型底座上，并位于同一水平線上，所述圓柱形質(zhì)量體之間通過彈簧相連，所述U型底座上最外側(cè)的圓柱形質(zhì)量體的外側(cè)與電機相連，每個圓柱形質(zhì)量體后還接有采樣測速機構(gòu)，在前饋通道中由PID控制器控制電機，所述采樣測速機構(gòu)通過微分控制器與電機相連形成反饋回路。
[0005]所述圓柱形質(zhì)量體為兩個。
[0006]所述圓柱形質(zhì)量體為三個。
[0007]所述PID控制器為可編程計算機控制器。
[0008]所述微分控制器為可編程計算機控制器。
[0009]所述采樣測速機構(gòu)為光柵式編碼器。
[0010]有益效果
[0011]由于采用了上述的技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:本實用新型通過雙微分反饋控制使被控系統(tǒng)的輸出響應(yīng)明顯快于一般傳統(tǒng)控制的調(diào)速系統(tǒng)，而且其抑制超調(diào)和震蕩的能力極強，能實現(xiàn)無超調(diào)、無震蕩的控制效果。其次，雙微分反饋控制能使直流電機控制量的輸出非常穩(wěn)定，基本只在小范圍內(nèi)波動，對電機的損害小，延長電機的使用壽命，減小系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)疲勞損耗。再次，雙微分反饋控制方案原理簡單，控制效果極佳，完全符合工業(yè)控制要求。最后，雙微分反饋控制方案可以應(yīng)用到多輪情況。
【專利附圖】

【附圖說明】[0012]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實用新型的控制示意圖；
[0014]圖3是本實用新型的控制流程圖；
[0015]圖4a為雙輪負載開環(huán)階躍響應(yīng)曲線圖，圖4b為雙輪負載的轉(zhuǎn)速2500° /秒時的響應(yīng)曲線圖；
[0016]圖5a為三輪負載開環(huán)階躍響應(yīng)曲線圖，圖5b為三輪負載的轉(zhuǎn)速2500° /秒時的響應(yīng)曲線圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0018]本實用新型的實施方式涉及一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，如圖1所示，包括若干個大小不一的圓柱形質(zhì)量體3，所述圓柱形質(zhì)量體3通過中心軸固定在U型底座8上，并位于同一水平線上，所述圓柱形質(zhì)量體3之間通過彈簧7相連，所述U型底座8上最外側(cè)的圓柱形質(zhì)量體3的外側(cè)與電機I相連(經(jīng)過減速箱2)，每個圓柱形質(zhì)量體3后還接有采樣測速機構(gòu)4，通過采樣測速機構(gòu)4可以實時測得質(zhì)量體3的轉(zhuǎn)速，在前饋通道中由PID控制器6控制電機I，所述采樣測速機構(gòu)4通過微分控制器5與電機I相連形成反饋回路。本實用新型通過控制電機的輸出電壓使得之后的質(zhì)量體能夠以最快的加速度達到指定的速度勻速轉(zhuǎn)動，并使勻速時的速度誤差盡可能小。
[0019]如圖2所示，本實用新型采用雙微分反饋(DDF)控制方案，即在前饋通道中采用PID控制器，其預(yù)調(diào)作用抑制了系統(tǒng)的超調(diào)，且其參數(shù)可實現(xiàn)自調(diào)整，在動態(tài)響應(yīng)之后逐漸減小前向通道的微分作用，從而在改善動態(tài)響應(yīng)的同時也保證了穩(wěn)態(tài)精度。為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及理想的控制特性，必須提供被控變量的微分量，即在反饋回路中引入了獨立的微分控制器，也可以稱為測速反饋，其作用在于增大對象的阻尼比，改善對象特性。同時，也能根據(jù)被控量的變化，直接加以校正。當(dāng)被控量進入穩(wěn)態(tài)，微分作用便失去作用，起到了動態(tài)校正的效果。
[0020]本實用新型包括執(zhí)行控制算法的控制器及采樣測速機構(gòu)。其中，所述執(zhí)行控制算法的控制器(即PID控制器和微分控制器)可采用可編程計算機控制器(PiOgrammableComputer Controller,簡稱PCC)，包括CPU、電源模塊、電機模塊、I/O模塊和電源，負責(zé)根據(jù)采樣數(shù)值經(jīng)過控制算法計算出控制量，并將控制量發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)(即電機)。所述采樣機構(gòu)可采用光柵式編碼器，兩個編碼器將實時測得的轉(zhuǎn)速經(jīng)由I/O模塊反饋給CPU。
[0021 ] 所述多質(zhì)量彈性扭矩裝置與貝加萊公司的X20系列PCC連接，在運動過程中，編碼器將實時測得的轉(zhuǎn)速經(jīng)由I/O模塊(X20DC1976)反饋給CPU進行處理運算，CPU將通過控制算法得到的控制電壓輸出到PCC的電機模塊(X20MM2436)中，電機模塊控制電機以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。將PCC與上位機連接，并與PCC相應(yīng)的編程軟件進行通訊連接后，在該PCC相應(yīng)的編程軟件AS軟件上，使用C語言編程實現(xiàn)整個控制方案。本控制方案的流程圖如圖3所
/Jn ο[0022]以雙輪負載為例，本實用新型的濾波算法的實現(xiàn)如下:數(shù)據(jù)采集和參數(shù)處理程序的時鐘采樣周期設(shè)定為1ms, DDF控制主程序的控制周期設(shè)定為IOms,即每隔Ims通過編碼器對二個圓柱形質(zhì)量體的轉(zhuǎn)速進行采樣，將IOms內(nèi)采樣得到的10個數(shù)值進行均值濾波操作，即去掉一個最大值和一個最小值，并將剩余的8個數(shù)值求均值，將求得的均值作為該時刻輪子的轉(zhuǎn)速，也就是控制方案中反饋回路的輸入值。
[0023]本實用新型的PID采用增量式，如下式所示:
【權(quán)利要求】
1.一種雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括若干個大小不一的圓柱形質(zhì)量體(3)，所述圓柱形質(zhì)量體(3)通過中心軸固定在U型底座(8)上，并位于同一水平線上，所述圓柱形質(zhì)量體(3 )之間通過彈簧(7 )相連，所述U型底座(8 )上最外側(cè)的圓柱形質(zhì)量體(3 )的外側(cè)與電機(I)相連，每個圓柱形質(zhì)量體(3)后還接有采樣測速機構(gòu)(4)，其特征在于，在前饋通道中由PID控制器(6 )控制電機(I)，所述采樣測速機構(gòu)(4)通過微分控制器(5 )與電機(I)相連形成反饋回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱形質(zhì)量體(3)為兩個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱形質(zhì)量體(3)為三個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述PID控制器(6)為可編程計算機控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述微分控制器(5)為可編程計算機控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙微分反饋控制的彈性扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣測速機構(gòu)(4)為光柵式編碼器。
【文檔編號】G05B11/42GK203413032SQ201320435297
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】何寶嘉, 金鑫, 張果, 石紅瑞 申請人:東華大學(xué)