導(dǎo)語(yǔ)：電動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械負(fù)載動(dòng)力學(xué)控制一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防等行業(yè)中非常重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它在實(shí)際應(yīng)用中所承擔(dān)的機(jī)械負(fù)載具有復(fù)雜化、多樣化的特點(diǎn)。隨著科技不斷的進(jìn)步，一方面對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的控制要求越來(lái)越高，電動(dòng)機(jī)所承載的機(jī)械負(fù)載越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行高精度的控制，需要采用先進(jìn)的控制策略，然而采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法研究控制算法是不現(xiàn)實(shí)的，危險(xiǎn)性和成本都比較高，采用純理論仿真研究，又難免會(huì)脫離真實(shí)的物理實(shí)際；另一方面，對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能要求越來(lái)越高，需要有對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備。因此，我們需要一種能夠?qū)?shí)際應(yīng)用中機(jī)械負(fù)載進(jìn)行模擬的系統(tǒng)，用于滿足離線控制算法研究和電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試的設(shè)備，電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)能夠滿足以上兩個(gè)方面的要求。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在基于電動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載模擬控制和應(yīng)用方面做了大量的研究工作。文獻(xiàn)[1]中電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)是由兩臺(tái)同軸相連的電機(jī)構(gòu)成，一套為被測(cè)電機(jī)，另一套為負(fù)載模擬電機(jī)，通過(guò)對(duì)負(fù)載模擬電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，使其為被測(cè)電機(jī)提i供各種實(shí)際應(yīng)用中的機(jī)械負(fù)載。文獻(xiàn)[2—4]也是基；于電動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載模擬裝置，提出了能夠模擬機(jī)械；負(fù)載動(dòng)態(tài)性能的負(fù)載模擬電動(dòng)機(jī)控制算法，實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果均證明該控制算法是有效的。文獻(xiàn)[5]采i用兩臺(tái)電機(jī)同軸相連的方式，建構(gòu)二自由度機(jī)器人手臂的非線性負(fù)載模擬的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。文獻(xiàn)i[6]給出了一套測(cè)試電梯曳引電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為曳引電動(dòng)機(jī)，采用一套直流電機(jī)來(lái)模擬電梯i曳引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。文獻(xiàn)[7]提出采用電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)用來(lái)模擬風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的動(dòng)態(tài)特性，用于幫助；．．設(shè)計(jì)和測(cè)試實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8]介紹了：軍用于測(cè)試潛艇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載模擬系統(tǒng)，它以一臺(tái)i直流發(fā)電機(jī)為負(fù)載模擬電機(jī)，模擬潛艦負(fù)載。；囊目前大多數(shù)應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)之中的多局限于機(jī)的械負(fù)載的靜態(tài)模擬，對(duì)于動(dòng)態(tài)模擬還不多。并且模!城擬的負(fù)載多是線性負(fù)載的靜態(tài)模擬，對(duì)于非線性的；研究還有待深入。本文就基于電動(dòng)系統(tǒng)的線性和非翌線性機(jī)械負(fù)載的動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)行研究。

1負(fù)載模擬系統(tǒng)的模型

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和負(fù)載；模擬電機(jī)同軸連接，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)是三相交流電機(jī)，加載電機(jī)為一臺(tái)可以四象限運(yùn)行的直流電機(jī)。通過(guò)對(duì)模擬電機(jī)進(jìn)行控制，使其為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供負(fù)載，完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的測(cè)試或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺服控制算法的研究。……扭矩傳感器‘…‘；圖l系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用三相異步電機(jī)，為了取得良好的伺服控制效果，對(duì)其采用矢量控制，得出驅(qū)動(dòng)電i機(jī)控制數(shù)學(xué)模型。：(+Ld)i一+丁Lms~r(1)lLqs：(+Lss)+L~tosd8+—Lm—o)s~br(2)fr：～’r•；=(3)：PTL,．tpriq~(4)IrTLmLqs(5)I—rrr6=dt(6)IJ0、式中_-／Ads和分別為d軸和q軸定子電壓；如和i分別為d軸和q軸定子電流；為轉(zhuǎn)子磁鏈；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；R和R分別為定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻；和三分別為定子和轉(zhuǎn)子繞組電感；為定子與轉(zhuǎn)子之間的互感；∞。為轉(zhuǎn)差頻率；to為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；∞為葷定子磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速；卜怠；Lr。絮方程如下：蓑一。)+Bt)to(7)一=(a++e)+(a+(7)馨；式中：J為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J為負(fù)載模擬電機(jī)載!轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；t，為編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為驅(qū)動(dòng)電機(jī)-ii的粘性摩擦系數(shù)；為負(fù)載模擬電機(jī)B的粘性摩擦系數(shù)。一般情況下，編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量遠(yuǎn)小于電機(jī)的i轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可忽略不計(jì)。

2負(fù)載模擬電機(jī)控制算法

文獻(xiàn)[1]指出實(shí)際系統(tǒng)中的很多機(jī)械負(fù)載，它們的阻力矩與其轉(zhuǎn)速之間存在一固定的關(guān)系，可以用下式來(lái)表示：：d=n+．，ido)+B+6∞+c(IJ。(9)式中：a為恒定的轉(zhuǎn)矩；．，為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；B為粘性摩擦系數(shù)；b和c分別為速度平方和速度三次方的系數(shù)。通過(guò)控制負(fù)載模擬電機(jī)使其模擬機(jī)械負(fù)載，則要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載模擬電機(jī)的響應(yīng)，應(yīng)該等同于驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)真實(shí)的機(jī)械負(fù)載一致，因此可得負(fù)載模擬電機(jī)的參考轉(zhuǎn)矩，如下：=口+(．，一．，1)do)+(日一BI)co+6+c(cJ(10)對(duì)于負(fù)載模擬電機(jī)的控制，目前多數(shù)采用如圖2所示的直接控制方法。a^c-，曰．丑．圖2負(fù)載電機(jī)直接控制方法這種控制方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但是精度較差。文獻(xiàn)[1]提出了一種負(fù)載模擬電機(jī)轉(zhuǎn)矩反饋的控制策略，通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)出軸上的轉(zhuǎn)矩，這種方法能夠提高測(cè)量精度和控制精度，該方法的結(jié)構(gòu)如圖3所示，本文采用該種控制算法。

3仿真研究

交流電機(jī)的參數(shù)：定子電阻0．435Q，電感2mH，互感70mH，轉(zhuǎn)子電阻0．816Q，電感2mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0．089kg•m，粘性摩擦系數(shù)0．005N•m•s。直流電機(jī)參數(shù)：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0．05kg•m，粘性摩擦系數(shù)為0．01N•m•s，電樞電阻0．78Q，電樞電感0．016H。

3．1線性負(fù)載模擬實(shí)驗(yàn)

對(duì)于要模擬的機(jī)械負(fù)載，T,~a=a+J+乩+。+伽，取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0．003kg•In，取粘性摩擦系數(shù)B=0．15N•Ill•s，a=1，b=0，C=0，仿真實(shí)驗(yàn)曲線如圖4所示。(a)定子電流{ol廠…一、………一-2。1(C)給定速度與實(shí)際速度(b)轉(zhuǎn)矩～。L—廣—碡—丁(d)速度曲線局部放大圖一～卜——一言．?！骸獜S一2一。2—磚—T—廣—t／st／s(e)扭矩(f)負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩圖4線性負(fù)載模擬仿真實(shí)驗(yàn)曲線從仿真實(shí)驗(yàn)曲線可見，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子電流波形是正弦波，諧波較小，控制效果理想；電機(jī)的實(shí)際速度能夠跟蹤給定速度的變化；負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化同速度的變化趨勢(shì)基本一致，控制效果理想，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于線性負(fù)載的模擬。

3．2非線性負(fù)載模擬實(shí)驗(yàn)

對(duì)于要模擬的機(jī)械負(fù)載，：d=0+．，00)+乩+6+伽，取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量．，=0．0005kg•In，取粘性摩擦系數(shù)B=O．001N•nl•s，a=1，b=0，c=0．002；仿真實(shí)驗(yàn)曲線如圖5所示。萼．。眺(a)定子電流(b)轉(zhuǎn)矩鞭(C)給定速度與實(shí)際速度(d)速度曲線局部放大圖一2O『一、2O『善?！簧?。r——一。2o占——1——市—一2‘20占——1——1t／st／s(e)扭矩(f)負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩圖5非線性負(fù)載模擬仿真實(shí)驗(yàn)曲線從圖5仿真實(shí)驗(yàn)曲線可見，對(duì)于非線性負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子電流波形也是正弦波，控制效果理想；電機(jī)的實(shí)際速度能夠跟蹤給定速度的變化，在1S時(shí)，通過(guò)降低轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩都能夠按照預(yù)期的規(guī)律變化；負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化同速度的變化趨勢(shì)基本一致，控制效果理想，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于非線性負(fù)載的模擬。

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)基于電動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械負(fù)載模擬控制研究問(wèn)題，給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，采用帶轉(zhuǎn)矩反饋的控制算法進(jìn)行控制研究。分別對(duì)線性機(jī)械負(fù)載和非線性機(jī)械負(fù)載進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從仿真結(jié)果可以看出，所采用的控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于線性和非線性機(jī)械負(fù)載的模擬，具有較好的魯棒性。