高層建筑鋼模板操作架平臺電動控制系統研究

(長春工業大學電氣與電子工程學院 吉林 長春 130012)

引言

高層建筑鋼模板操作架平臺逐漸成為我國高層建筑建設的主要設備之一。本文以電動提升式操作架平臺為研究對象，在實際使用過程中，因鋼平臺上建筑物料擺放不均勻，人員走動等，使得鋼平臺不同位置荷載不同，對整體系統的協調控制有所影響，故建立了同步升降協調控制系統模型，結合基于最大誤差動態補償的協調控制策略，通過仿真軟件驗證了協調控制策略的有效性。

一、協同控制系統結構

多電機協同控制系統中，采用合適的協同控制方式，可有效地提高系統的協同控制性能。目前主要有并行控制、主從控制、交叉耦合和偏差耦合控制。在基于最大誤差的動態補償控制系統中，其主要組成部分如下：協調控制器、速度補償器、控制裝置、變頻器、電機等。

二、協調控制器的設計

協調控制器結主要有四個部分。誤差計算模塊、誤差等級推算模塊、判斷器和速度補償器.

(一)誤差等級推算與模糊控制器設計

誤差等級情況由模糊控制器判斷，模糊控制器的輸入輸出組成如下:兩個輸入端和一個輸出端，各臺電機轉速的誤差ei與誤差變化率eci為輸入，誤差等級ri為輸出。模糊控制器的設計基本步驟如下:

(1)輸入量為誤差ei與其誤差變化率eci，輸出量為誤差等級r。Ei和ECi分別是誤差ei與其誤差變化率eci的模糊集，論域均為[-3,3]，R是誤差等級r的模糊集，論域[0,6]，三者量化均為七級。

(2)輸入輸出變量的模糊子集定義。ei和eci的模糊子集數量均為7，{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，ri的模糊子集為{Z0,P1,P2,P3,P4,P5,P6}，子集依次表示為由小到大。

(3)模糊推理。該模糊控制器的設計采用Mamdani模糊推理算法。依據此算法，(Ei-ECi)→Ri的模糊關系可以表示為：

R0=Uk,l(Ek×ECl)×Rkl

(2.1)

μR(e,ec,r)=∨[μEkl(e)∧μECl(ec)∧μrkl(r)]

(2.2)

(4)去模糊。該模糊控制器采用重心法.

(二)判斷器設計

在誤差等級不相等的情況下，對最大誤差等級Rmax所對應的電機，輸出補償權值pi=1，其他小于等于最大誤差等級的，輸出補償權值0。

(三)速度補償器設計

電機i的補償值yi計算過程如下，先計算出該電機與其他電機的同步誤差eij，其中1≤j≤m(j≠i)，乘以其相對應的權值pi。計算公式可表示為：

(2.3)

(2.4)

三、動力單元協同控制建模與仿真

(一)仿真模型建立與參數設置

為研究基于最大誤差動態補償控制方法在多電機協同控制系統中的控制性能，基于MATLAB軟件，以三電機的協同控制系統為例，仿真模型中采用三相異步電動機，參數等均相同：額定功率P為4700w，額定電壓Un是380V，電壓頻率fn設定為50Hz，極對數np=2。定子繞組為Rs為0.435Ω，轉子繞組Rr為0.816Ω，定子和轉子電感均為0.002H，互感Lm為0.0693H，轉動慣量J是0.19kg·m2。仿真時間為0.6s，選擇固定步長ode5，步長取1e-5。起始給定轉速均為1400rad/min，三電機在0.4s時分別加Te1=15N.m、Te2=55N.m、Te3=95N.m的負載轉矩。

(二)仿真結果與分析

如圖1與圖2所示，三電機的轉速n分別在無耦合補償和最大誤差補償的仿真結果。在空載運行時，兩種系統速度同步性較好，在0.4s分別加不同強度的負載時，無耦合補償的系統轉速沒有相應調整，各電機之間轉速差較大，而最大誤差補償系統轉速有相應調整，各自之間轉速差較小，跟隨性好。

圖1 無耦合補償的三電機轉速n

圖2 最大誤差補償的三電機轉速n

四、結論

基于最大誤差的動態補償控制方式，具有較好的抗干擾性，能夠在各單元負載不平衡時做出相應轉速調整，對鋼平臺整體升降系統有較好的實用性。