基于PLC的钻机电气传动同步控制器优化设计

林长青

(齐齐哈尔工程学院机电工程系，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

作者简介：〖HTSS〗林长青(1975—)，男，教授，硕士,主要研究方向为电气自动控制、工业自动化等，lin-changqaing@163.com.

摘要：钻机电气传动系统在非稳态工况下容易出现低频振荡失真，降低钻机电气传动同步控制的效能。为此提出一种基于PLC的钻机电气传动系统转速控制方法。构建钻机电气传动系统控制的约束参量模型，采用负阻尼低频跟踪控制方法进行钻机电气传动系统的输出转速稳态调节，求得电机运行实际效率；进行钻机电气传动系统的输出自适应参量调节，得到钻机电气传动系统的输出控制参数。采用抗饱和反馈跟踪控制方法对钻机电气传动系统进行输出稳态调节，对参数进行解耦控制，实现钻机电气传动系统的同步控制优化。采用PLC进行钻机电气传动同步控制器的硬件设计。实验结果表明，采用该方法进行钻机电气传动系统同步控制稳定性、稳态性较好，功率输出增益较高。

关键词：可编程逻辑控制器；钻机电气；传动同步控制器；超低频振荡

中图分类号：U463.23   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2019)07-0047-05

  对钻机采用智能电气传动系统进行控制，能够提高钻机的人工智能性和自动化水平。在钻机电气传动系统的设计过程中，优化调节钻机电气传动系统的各个状态变量，根据各个被控参数的最优解对钻机电气传动系统进行同步优化控制，以达到提高其智能化水平的目的，因此研究钻机电气传动系统的智能控制技术具有重要意义［1］。利用传统的比例、积分、微分(PID)控制算法进行钻机电气传动同步控制器的优化设计，存在电机的输出耦合性较大和低频振荡失真等问题，因此需要进行低频振荡控制，结合模糊自适应控制方法进行传动系统的优化控制设计［2-3］。目前，已有学者对钻机电气传动系统的控制方法进行了研究，并取得了一定的研究成果，主要有基于模糊神经网络的钻机电气传动系统控制方法、基于模糊PID控制的钻机电气传动系统控制方法等。上述方法普遍存在系统振荡抑制的效果不好和直流功率调制量受限的问题［4］。对此，本文提出并设计了一种基于可编程逻辑控制器(PLC)的钻机电气传动系统同步控制器优化方法。

1 钻机电气传动系统的等效电路模型及控制约束参量分析

1.1 钻机电气传动系统的等效电路模型

为了实现基于PLC的钻机电气传动同步控制器优化设计，本文利用T型等效电路设计方法构建了钻机电气传动系统的等效电路模型，在钻机电气传动的转速控制系统设计过程中，以直流调制、电机转矩、电机组整体阻尼为约束参量［5］，采用二阶经典模型对钻机电气传动系统的控制约束参量进行分析，给出钻机电气传动系统的系统惯量中心：

NI=πlm(2rr+2ls+lm)Jcukc(1)式中：NI为系统惯量中心；lm和ls分别为线圈长度和线圈匝数；rr为实际运行线圈半径；Jcu为系统惯量参数； kc为钻机电气传动系统的直流调制参数，表示在某一状态下实际运行的线圈与总线圈之比(比如kc=2/3)。结合直流功率调制量增益控制方法，得到钻机电气传动系统转速控制的约束参量模型Bg：Bg=〖SX(〗FmAgξ(2)

式中：Fm为每台机组的电势；Ag为电机及其调速系统的阻尼；ξ为所有机组转子转矩。构建初级线圈绕组模型，结合电磁耦合控制方法进行钻机电气传动系统的同步控制［6］，得到电机调节系统阻尼特性曲线。

1.2 约束参量描述及电机运行实际效率分析钻机电气传动系统的约束参量模型及电机调节系统阻尼特性曲线，分别计算钻机电气传动系统约束参量——机组电势、机组整体阻尼和机组转矩

2 钻机电气传动系统控制律优化

2.1 钻机电气传动系统输出控制参数

在钻机电气传动系统的多机并联逆变器单元中，电磁耦合器、高频逆变器和并联逆变器共同工作，结合滤波检测和功率增益调节方法，通过功角稳定控制、频率稳定控制和电压稳定控制对传动系统进行同步控制，实现钻机电气传动系统耦合控制。钻机电气传动系统的抗饱和控制过程是一个包含多变量的多目标优化过程，对于钻机电气传动系统的输出电阻Req，依靠调度系统和稳控系统进行负载均衡控制［10］。