基于预测控制的电梯永磁曳引机无称重传感器起动策略研究-电气工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TM921 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CONTROL TECHNIQUE OF WEIGHT-TRANSDUCERLESS ELEVATOR PERMANENT TRACTION MACHINE BASED ON MODEL PREDICTIVE CONTROL Candidate： Xu Jin Supervisor： Prof. Wang Gaolin Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： Dept. of Electrical Engineering and Automation Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -I- -I- 摘 要 永磁同步曳引机因其低转速大转矩、高功率密度以及可实现无机房等诸多 优点，将更为广泛地应用在电梯系统中。但如果曳引机在起动过程中所提供的 电磁转矩不足以快速平衡不确定的负载转矩，曳引系统就会发生溜车现象。因 为采用无减速器直驱方式，曳引轮若发生倒溜，其倒溜距离会直接反映在轿厢 上。称重传感器由于信号易受干扰会导致起动误补偿和鲁棒性差等缺点，于此 同时，为了降低电梯控制系统的整体成本，低分辨率的光电编码器价格较低廉， 仍广泛使用。因此，本文对基于较低分辨率编码器且无轿厢重量反馈的直驱式 永磁同步曳引机防倒溜起动控制进行研究。 在分析永磁曳引电机、电梯曳引系统起动转矩补偿以及预测控制发展现状 的基础上，建立直驱式电梯曳引机数学模型，并分析曳引轮所受转矩的特性。 在此基础上，根据曳引轮转矩模型的不确定、非线性和强扰动等特性，论证了 采用改进预测控制的直驱式电梯无称重传感器起动策略的必要性和优越性。 为了减轻轿厢溜车程度以提高乘梯舒适性，对无静差预测控制电梯防倒溜 起动策略进行研究。针对曳引轮转矩特性产生的预测模型失配问题，引入模型 校正环节来重新匹配预测模型，从而消除稳态速度误差。将转速估计值引入到 速度预测环节作为速度预测初值，因此无需在价值函数中再对预测速度进行校 正，可以大幅减小算法计算量。并对所提出方法的稳定性进行分析，阐明了控 制参数的选取方法。 为了进一步提高曳引系统起动性能，研究基于扩张状态观测器和非线性微 分跟踪器的增强型预测控制电梯防倒溜起动策略。采用扩张状态观测器对未知 广义扰动引起的失配预测模型进行校正，同时通过非线性微分跟踪器获取滞后 小且平滑精确的速度反馈信息，以提高扩张状态观测器的性能。分析了扩张状 态观测器的稳定性及参数优化原则，给出了非线性微分跟踪器的参数设计方法。 最后，在 Matlab/Simulink 仿真平台和 11.7kW 无齿轮永磁同步曳引机实验 平台上，验证了所研究策略的电梯起动防倒溜性能。在通过低分辨率位置信息 并不使用称重传感器的情况下，在不同负载情况下，将两种预测控制策略和 PI 控制进行了对比试验，验证了无静差预测控制和增强型预测控制策略可以实现 更好的电梯起动防倒溜性能。根据实验结果，对研究的两种策略进行对比分析。 关键词：永磁曳引机；防倒溜控制；预测控制；扩张状态观测器；非线性微分 跟踪器；乘梯舒适性 -II- -II- Abstract Permanent magnet synchronous traction machines, due to high torque at low speed, high power density, no mechanical room and many other advantages, are increasingly used in applications of the elevator drive system. However, if the electromagnetic torque generated by the traction machine cannot timely balance the intense changed load torque, the traction sheave will slide instantly. If it happened, the elevator car would slide as long distance