SIEMENS蘇州西門子一級總代理

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1 負荷分配概述

在多機共同驅動同一個負載的系統中，由于機械連接的材料及方式，實際負載的不均勻分布等原因，將會造成各電機驅動系統的實際轉速出現瞬時偏差的情況。

1.1 常見的場景

圖1 齒嚙合連接

由于加工、安裝、老化磨損等導致齒隙，進而從動齒與主動齒的速度不一致，即：

Vdriven≠Vdriving

其中，

Vdriven：從動齒輪線速度；

Vdriving：主動齒輪線速度；

圖2 長軸機械耦合連接

由剛體及阻尼體構成，在電磁轉矩與負載轉矩的作用下，整個機械系統出現了“扭轉”的過渡過程，將造成兩套驅動系統輸出的轉速出現瞬時偏差，即：       

圖3 彈性耦合連接

負載(包括摩擦，機械負載等)與電磁轉矩的偏差造成多機傳動之間的耦合連接出現相對位移，進而造成各個驅動系統之間的瞬時速度不一致，即：

                 ω1≠ω2       

其中，

ω1：驅動系統1的角速度；

ω2：驅動系統2的角速度；

1.2 負荷分配控制方案

負荷分配要求變頻器運行于矢量控制模式，帶電機編碼器或不帶編碼器均可。負荷分配的控制方案主要包括：

不同的控制方案各有優缺點，適用場景也不盡相同。下面就為大家帶來詳細的介紹。

2 主從控制

主從控制包括下述多種方案：

從機直接采用轉矩控制可能出現動態過程振蕩、連接斷開時飛車等情況，下面主要介紹一種改進的轉矩控制方案。

2.1  過程分析

首先，從電機運動方程來分析：

    Te=TL+GD^2 dn/dt    （2-1）

其中：

Te：電機電磁轉矩；

TL：電機軸端負載轉矩，包括機械負載、摩擦、風阻等；

GD^2：機械轉動慣量，包括電機及機械設備；

n：電機實際轉速；

dn/dt：電機轉速變化率；

從這個方程來看，在機械系統一定的情況下，電機轉速的變化決定于電機輸出的電磁轉矩及其軸端的負載轉矩。

接下來，分析上述應用場景下的動態和穩態過程：

通過上述分析，即使給定值系統已固定的情況下系統依然無法快速進入穩定狀態，而出現系統振蕩的情況。

2.2 方案配置

根據2.1節的動態與穩態的過程分析，主從控制的目標依然是速度及轉矩的一致性，但是需要保證動態的過渡過程是收斂的，快速進入到穩定狀態。

據此提出如下的主從控制方案：主機速度調節器為PI控制+從機速度調節器為P控制，且將主機速度調節器的積分控制分量傳遞給從機做轉矩補償。

圖4 主從方案配置

速度調節器PI的控制特點：

對于主機來講采用速度調節器為PI控制，實現工藝（一般都是一階激勵）轉速的轉速無差控制，在動態過程中由于從機的速度調節器采用P控制，從而使從機的實際轉速與通過機械耦合的主機轉速形成速度偏差，這樣與由上述描述的應用場景所造成的偏差趨勢是一致的，進而實現了從機與主機的“解耦合”，減小主從之間動態過程所產生偏差的強耦合影響，減小系統振蕩的程度。

穩態時，由于?n→0，那么完全決定于積分控制量。由于主從采用一致的積分控制，從而實現轉速一致性與負荷均勻分配的實現。

優點：

缺點：

2.3 使用條件

對于低速大轉矩應用，控制精度要求較高的情況，推薦采用帶編碼器的矢量控制。原因在于矢量控制的模型切換，較低轉速運行時，若無編碼器運行時系統相當于開環控制，速度調節器輸出為0，顯然是無法實現圖4的主從控制方案。

圖5 低速下無編碼器矢量控制的輸出特性

2.4 參數設置 

實現從機速度調節器P控制，引入主機的積分控制量作為附件轉矩給定的參數設置方案。

1）設置速度調節器P模式+附加轉矩給定，參數設置如下：

2）設置速度調節器P模式+積分控制器強置模式，參數設置如下：

2.5 案例分析

轉爐傾動系統是典型大比例減速比齒輪嚙合的多機傳動系統。如圖6所示是一類典型傾動系統的結構示意圖。