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1、蛇形造波机的异步电机变频调速驱动的研究 第17卷第1期1997年3月天津师大学报(自然科学版)Vol.17No.11997.3 JOURNALOFTIANJINNORMALUNIVERSITY(NATURALSCIENCEEDITION)马 燕(天津师范大学计算机科学系) 摘要 本文对正在研制的蛇形造波机进行了异步电机变频调速驱动的研究,结果是可行的.文中按照异步电机的??型等值电路和变频调速器自动加大调速时的传递函数,以作为设计的理论依据.U1的功能,推导了异步电机变频关键词 自动控制 异步电机 变频调速分类号 TP2730 引 言 蛇形造波机由多块推波板(以下
2、简称推板)组成.每块推板宽度不能超过0.8m,推板数据不能少于30块.每块推板均须具有独立的驱动装置,各自按照由计算机产生的指令作非正弦的往复运动.可能同步,也可能不同步.同步工作时产生合乎所要求的频谱的波浪,不同步工作时产生合乎所要求的方向谱的波浪.目前国内外造波机有采用液压驱动的,有采用直流电机驱动的,都是成功的,且性能价格比亦不相上下.———————————————————————————————————————————————近年来,异步电机变频调速技术取得重大突破和飞速发展,在自动控制系统中的应用日益广泛,且性能价格比较高,在许多地方有取代直流电机调速控制的趋
3、势.本文对正在研制的蛇形造波机系统按异步电机变频调速驱动进行了研究.1 对造波机性能的要求对造波机性能的要求以推板作正弦运动的能力进行考核.推板在作正弦运动时,振幅取决于给定的水深D、波长L和所要求的波高H,可按(1.1)式所表示的“贝塞耳造波函[3]数”估算出来. a=?H(1.1)4sh(2??D/L)而波长L又取决于水深和频率.本文要求水深范围为0.2～0.7m,频率范围为0.3～2.0Hz,最大波高不小于0.2m.但水中所能产生的最大波高又受水深和频率的限制,并非在全部水深和频率范围内都能达到?28?天津师大学报(自然科学版)[3]1997年0.2m.根据最大
4、波高与水深、频率关系的理论和实践,可绘出以水深为参数的频率——最大波高曲线,又经(1.1)式及波长与水深、频率关系式绘制出频率——推板最大振幅曲线.为了便于设计,在完成了大量计算工作之后,拟合成如下表达式.ymax=0.6??bm即1.88～12.56rad/s.———————————————————————————————————————————————该式在??b较小时略偏大(??b=1.88时偏差最大,为10%左右).故按系列正弦运动设计时可取推板位移为 y=-ymaxcos??bt¨21.5(1.2)式中ymax为推板最大振幅,??b为推板运动的圆频率,其范围
5、为2??(0.3～2.0)(1.3)由(1.3)式又可计算出推板运动的速度y和加速度y.当然,在??b较小时计算结果也略偏大.实际所要求的最大振幅为0.2m,最大速度为0.4m/s,最大加速度为2.2m/s. 水体对推板阻力的计算过程也很复杂,在完成了各种情况下的大量计算工作之后,为便于设计,提出水体阻力可以下式近似表示.Rn=6000[N?s/m]y板方向相反.Rm=100N图1为机械部分示意图和计算简图.(1.5).(1.4)此外机械摩擦阻力(主要是推板轴承与导轨之间的摩擦阻力)Rm可视为常数,方向与推2 控制系统的技术指标根据对造波机性能的要求,提出如下技术指标
6、.(1)静态误差≤0.2cm(2)系统应具有一阶无静差度(3)速度误差系数C1≤0.025s(4)加速度误差系数C2≤0.0024s2[3](5)最大工作速度和最大加速度分别为0.4m/s和2.2m/s2———————————————————————————————————————————————(6)相角稳定裕度r≥30°3 元器件的选择3.1 负载(1)静阻力矩的折算电机轴上所提供的功率应与推板上所需功率相等,故有 M??J??=(Rn+Rm)y/??=(Rn+Rm)/??i..(3.1)i??/,(2)转动惯量的折算整个系统的总动能为222 Ek=0.5Jd??
7、+0.5Js??+0.5mby2=0.5J????....故 J??=Jd+Js+mb/i2的质量.(3)电机轴上的总力矩和总功率总力矩M??=M??J+J????=(Rn+Rm)/??i+(Jd+Js+mb/i)?iy(3.3)2[1]该式与电气工程师常用的公式M??=M??J+?是一致的.375dt取??=0.9,i=100??[rad/m],Jd=0.014[kg?m2](功率为2.2kW),Js=0.006[kg?m2](名义直径为0.04m,长度为0.8m),mb=50[kg],J??=0.0205[kg?m2]有———————
