电动撒料车驱动系统多电机协调控制研究

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随着国内外畜牧行业不断发展,电动设备的使用率也在不断提高。在肉羊舍饲化过程中,常常使用电动撒料车对肉羊进行饲喂。而在电动撒料车大规模应用过程中产生了许多新的问题。在众多新问题之中,电动撒料车驱动系统中多个电机协调控制的问题引起了学者的重视。当多个电机存在于电动撒料车系统中,它们彼此之间转速不匹配时,会导致撒料不均匀以及撒料量无法控制等问题,影响肉羊生长和健康,最终影响畜牧业的发展。本文在了解国内外电动撒料车多电机协调控制研究的现状基础上,通过对羊舍实地考察,在充分了解肉羊饲喂过程中电动撒料车驱动系统多电机运行过程的基础上,在仿真软件中建立电动撒料车多电机协调运行的模型。针对现有的电动撒料车中,多直流电机协调控制系统存在可靠性低以及维护成本高的问题。本文设计了一套基于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)的多交流电机协调控制系统,最后通过实验验证了所设计系统的实用性。本文基于MATLAB/simulink平台对电动撒料车多电机协调控制系统进行建模仿真研究。研究表明,现有的电动撒料车由于驱动系统中的多台电机之间相互独立,导致整个撒料车的电机系统不能协调运行,从而带来撒料不均匀的问题。除此以外,由于电动撒料车上饲料不断减少,其系统运行过程中多台电机负载状态也在不断改变,负载转矩的波动会影响转速,所以也会带来多电机转速不匹配的问题。本文针对目前由于多直流电机系统不能协调控制而引起的电动撒料车撒料不均匀的问题,设计一套以永磁同步电机(PMSM)为基础的多电机协调控制系统来代替多直流电机系统。对于永磁同步电机负载扰动的问题,本文提出了基于扩张状态观测器(Extended State Observe,ESO)和PI控制器的永磁同步电机(PMSM)抗干扰控制策略,绘制出了控制原理图,并在MATLAB/simulink仿真软件中对本文设计的控制方法进行了仿真实验和结论分析。针对多电机协调控制的问题,本文设计了基于偏差耦合控制和主从控制的改进型偏差耦合控制结构,并根据多电机协调比例关系设计了速度补偿器,并且在MATLAB/simulink仿真软件中对本文设计的控制结构进行了仿真实验和结论分析。最后本文在快速控制原型(Rapid Control Prototype,RCP)和硬件在环(Hardware In Loop,HIL)联合实验平台上对本文的控制结构和方法进行了实验验证分析,验证了所提控制策略能够有效的抑制负载扰动对于系统的影响,所设计的多电机协调控制结构也能保证多电机按比例稳定协调运行。
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