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

電動機是現(xiàn)代工業(yè)、國防等行業(yè)中非常重要的執(zhí)行機構(gòu)，它在實際應(yīng)用中所承擔(dān)的機械負(fù)載具有復(fù)雜化、多樣化的特點。隨著科技不斷的進步，一方面對于生產(chǎn)過程的控制要求越來越高，電動機所承載的機械負(fù)載越來越復(fù)雜，對其進行高精度的控制，需要采用先進的控制策略，然而采用現(xiàn)場試驗的方法研究控制算法是不現(xiàn)實的，危險性和成本都比較高，采用純理論仿真研究，又難免會脫離真實的物理實際；另一方面，對電動機的性能要求越來越高，需要有對電動機進行測試的設(shè)備。因此，我們需要一種能夠?qū)嶋H應(yīng)用中機械負(fù)載進行模擬的系統(tǒng)，用于滿足離線控制算法研究和電動機性能測試的設(shè)備，電動負(fù)載模擬系統(tǒng)能夠滿足以上兩個方面的要求。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者在基于電動系統(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[1]中電動負(fù)載模擬系統(tǒng)是由兩臺同軸相連的電機構(gòu)成，一套為被測電機，另一套為負(fù)載模擬電機，通過對負(fù)載模擬電動機進行控制，使其為被測電機提i供各種實際應(yīng)用中的機械負(fù)載。文獻[2—4]也是基；于電動系統(tǒng)的負(fù)載模擬裝置，提出了能夠模擬機械；負(fù)載動態(tài)性能的負(fù)載模擬電動機控制算法，實驗和仿真結(jié)果均證明該控制算法是有效的。文獻[5]采i用兩臺電機同軸相連的方式，建構(gòu)二自由度機器人手臂的非線性負(fù)載模擬的半實物仿真系統(tǒng)。文獻i[6]給出了一套測試電梯曳引電動機的系統(tǒng)，驅(qū)動電機為曳引電動機，采用一套直流電機來模擬電梯i曳引電動機的負(fù)載。文獻[7]提出采用電動負(fù)載模擬系統(tǒng)用來模擬風(fēng)力機風(fēng)輪的動態(tài)特性，用于幫助；．．設(shè)計和測試實際的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。文獻[8]介紹了：軍用于測試潛艇驅(qū)動電機的負(fù)載模擬系統(tǒng)，它以一臺i直流發(fā)電機為負(fù)載模擬電機，模擬潛艦負(fù)載。；囊目前大多數(shù)應(yīng)用到實際系統(tǒng)之中的多局限于機的械負(fù)載的靜態(tài)模擬，對于動態(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，對于非線性的；研究還有待深入。本文就基于電動系統(tǒng)的線性和非翌線性機械負(fù)載的動力學(xué)模擬進行研究。

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)動電機和負(fù)載；模擬電機同軸連接，其中驅(qū)動電機是三相交流電機，加載電機為一臺可以四象限運行的直流電機。通過對模擬電機進行控制，使其為驅(qū)動電機提供負(fù)載，完成對驅(qū)動電機的測試或者驅(qū)動電機伺服控制算法的研究?！ぞ貍鞲衅鳌粓Dl系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；由于驅(qū)動電機采用三相異步電機，為了取得良好的伺服控制效果，對其采用矢量控制，得出驅(qū)動電i機控制數(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；∞為葷定子磁場同步轉(zhuǎn)速；卜??；Lr。絮方程如下：蓑一。)+Bt)to(7)一=(a++e)+(a+(7)馨；式中：J為驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動慣量；J為負(fù)載模擬電機載!轉(zhuǎn)動慣量；t，為編碼器的轉(zhuǎn)動慣量；為驅(qū)動電機-ii的粘性摩擦系數(shù)；為負(fù)載模擬電機B的粘性摩擦系數(shù)。一般情況下，編碼器的轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)小于電機的i轉(zhuǎn)動慣量，可忽略不計。

2負(fù)載模擬電機控制算法

文獻[1]指出實際系統(tǒng)中的很多機械負(fù)載，它們的阻力矩與其轉(zhuǎn)速之間存在一固定的關(guān)系，可以用下式來表示：：d=n+．，ido)+B+6∞+c(IJ。(9)式中：a為恒定的轉(zhuǎn)矩；．，為轉(zhuǎn)動慣量；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)。通過控制負(fù)載模擬電機使其模擬機械負(fù)載，則要求驅(qū)動電機驅(qū)動負(fù)載模擬電機的響應(yīng)，應(yīng)該等同于驅(qū)動電機驅(qū)動真實的機械負(fù)載一致，因此可得負(fù)載模擬電機的參考轉(zhuǎn)矩，如下：=口+(．，一．，1)do)+(日一BI)co+6+c(cJ(10)對于負(fù)載模擬電機的控制，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)載電機直接控制方法這種控制方法的特點是簡單，但是精度較差。文獻[1]提出了一種負(fù)載模擬電機轉(zhuǎn)矩反饋的控制策略，通過轉(zhuǎn)矩傳感器測出軸上的轉(zhuǎn)矩，這種方法能夠提高測量精度和控制精度，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)動慣量0．089kg•m，粘性摩擦系數(shù)0．005N•m•s。直流電機參數(shù)：轉(zhuǎn)動慣量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)載模擬實驗

對于要模擬的機械負(fù)載，T,~a=a+J+乩+。+伽，取轉(zhuǎn)動慣量J=0．003kg•In，取粘性摩擦系數(shù)B=0．15N•Ill•s，a=1，b=0，C=0，仿真實驗曲線如圖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．。『’———廠一2一。2—磚—T—廣—t／st／s(e)扭矩(f)負(fù)載電機轉(zhuǎn)矩圖4線性負(fù)載模擬仿真實驗曲線從仿真實驗曲線可見，驅(qū)動電機的定子電流波形是正弦波，諧波較小，控制效果理想；電機的實際速度能夠跟蹤給定速度的變化；負(fù)載電機轉(zhuǎn)矩的變化同速度的變化趨勢基本一致，控制效果理想，實現(xiàn)了對于線性負(fù)載的模擬。

3．2非線性負(fù)載模擬實驗

對于要模擬的機械負(fù)載，：d=0+．，00)+乩+6+伽，取轉(zhuǎn)動慣量．，=0．0005kg•In，取粘性摩擦系數(shù)B=O．001N•nl•s，a=1，b=0，c=0．002；仿真實驗曲線如圖5所示。萼．。眺(a)定子電流(b)轉(zhuǎn)矩鞭(C)給定速度與實際速度(d)速度曲線局部放大圖一2O『一、2O『善。—一善。r——一。2o占——1——市—一2‘20占——1——1t／st／s(e)扭矩(f)負(fù)載電機轉(zhuǎn)矩圖5非線性負(fù)載模擬仿真實驗曲線從圖5仿真實驗曲線可見，對于非線性負(fù)載，驅(qū)動電機的定子電流波形也是正弦波，控制效果理想；電機的實際速度能夠跟蹤給定速度的變化，在1S時，通過降低轉(zhuǎn)速測試系統(tǒng)的動態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動電機和負(fù)載電機轉(zhuǎn)矩都能夠按照預(yù)期的規(guī)律變化；負(fù)載電機轉(zhuǎn)矩的變化同速度的變化趨勢基本一致，控制效果理想，實現(xiàn)了對于非線性負(fù)載的模擬。

4結(jié)語

本文針對基于電動系統(tǒng)的機械負(fù)載模擬控制研究問題，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行控制研究。分別對線性機械負(fù)載和非線性機械負(fù)載進行仿真實驗，從仿真結(jié)果可以看出，所采用的控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)對于線性和非線性機械負(fù)載的模擬，具有較好的魯棒性。