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1、电动加载系统多余力特性分析2007年6月第35卷第6期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSJun.2007VoI
2、35No.6电动加载系统多余力特性分析马志伟,杜经民,余祖耀,李宝仁(华中科技大学FESTO气动中心,武汉430074)摘要:给出了一种电动加载系统的模型,通过把承载系统的角速度作为加载系统的干扰,研究了加载系统多余力的特性,主要分析了加速度和系统刚度对多余力的影响.通过仿真分析了多余力对系统幅频特性的影响,结果表明合理设计系统转动惯量和刚度可抑制多余力.关键词:电动加载;多余力;角
3、加速度;刚度.中图分类号:TP271+.4文献标识码:A文章编号:1001—3881(2007)6—188—3AnalysisofPlusTorqueCharacteristicsofElectricLoadingSystemMAZhiwei.DUJingmin,YUZuyao.LIBaoren(FESTOPneumaticCenter,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)Abstract:Basedonthemodelofakindofe
4、lectricloading.regardingtheanglespeedofload—carryingsystemastheinterferencefortheloadingsystem,thecharacteristicofplustorquewasresearched,theeffectofangleaccelerationandsystemrigidityonplustorquewasanalyzed.Theeffectofplustorquetothesystemcharacteristicsoffrequen
5、cyandamplitudewasanalyzedbysimulation,re—suitsshowthattheplustorquecouldberestrainedbyrationalchoiceofrigidityandmomentofinertia.Keywords:Electricloading;Plustorque;Angleacceleration;Rigidity0前言电动加载系统作为某操舵系统的测试,仿真设备,能够在实验室环境下,考核舵机在近似实际载荷作用下的动态工作情况.电动加载系统选用直驱电机作为加
6、载设备的核心元件,它在成本和控制等方面比电液加载系统具有更大的优势;但是作为被动式力矩控制系统,加载系统存在着由于被加载系统的主动运动引起的多余力,多余力的混入不仅会影响加载系统的精度而且会影响它的带宽和稳定性.本文基于一种电动伺服负载模型,分析了电动加载系统中承载侧角速度以及加载系统刚度对多余力的影响.1电动加载系统结构电动加载系统的系统结构框图如图1所示,加载系统通过联轴器与操舵系统同轴联结.电动加载系统主要由电机伺服控制系统,直驱电机,传感器以及工控机构成.图1电动加载系统结构框图2负载模拟器模型加载系统选用永磁式
7、同步电机作为主要加载元件,考虑到电动机模型是一个高阶,非线性,强耦合的多变量数学模型,并且模型的分析和求解都非常困难,通常采用坐标变换的方法进行改造,对电机模型进行d,q,0变换以后的数学模型如下…:U:(R+L),+E(1)其中:U:[]T,:[ii]∞【]同步电机在d,q轴上的转矩和运动方程为::p,d:t,+4o+Tt(2)式中:,i,Uq,i分别为d轴和q轴绕组电压,电流;R为定子相电阻;L为等效绕组电感;P为磁极对数;J为转子和负载的总转动惯量;Tt为负载转矩;为电磁转矩;为转子电角速度;0为转子位置角度;为粘
8、滞摩擦系数;,为永磁体基波励磁场链过定子绕组的磁链;为电动势常数(=,).由公式(2)可知加载系统的实际加载力矩由3部分组成:①加载系统的实际力矩输出;②由承载系统角速度产生的力矩;③由承载系统角加速度产生的力矩部分.考虑到永磁式同步电机d轴电感和q轴电感相等,且采用d轴等效绕组电流零控制方式.由于采用直接驱动粘滞摩擦系数非常小,则电机模型可以简化为:Uq:Ri口+Li口+,:p,d:+根据上述模型,可得永磁同步电机的结构框图如图2所示.加载系统中机械连接环节,轴系的连接刚度(3)(4)l图2永磁同步电机的结构框图第6期
9、马志伟等:电动加载系统多余力特性分析?189?=,当弹性滞后比较小的时候,可视为常数,力矩传递公式可以表示为=脚.0,为轴系转角.由此可得电动加载系统的动态结构框图如图3所示,其中为电流反馈系数;GArr为力矩调节器的传递函数;G脚为速度调节器的传递函数.图3电动加载系统的动态结构框图坌堑时:图4加载系统等效结构框图
