电力拖动典型负载模拟系统设计与实现

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1、电力拖动典型负载模拟系统设计与实现第一章绪论1.1课题的研究背景及意义测试实验室产品开发中最后必不可少的环节，对于检验产品质量、测试产品性能有重要作用，充分而严谨的测试实验可以提前发现系统缺陷和薄弱环节，从而使得研究人员有针对性的做出改进，尽量在交付给用户前将产品完善，提高其在使用过程中的可靠性和安全性[1]。近年来，随着科学技术水平不断的发展，对先进设备的研发和调试过程需要投入大量的人力和物力。比如在国防现代化和军事科学的发展过程中对系统可靠性和紧密型及控制性具有极高要求。同样，早起的测试是以破坏实物的自身为代价进行实验，如此会造成相关资

2、源的巨大消耗。通过负载试验台进行系统工作状态的模拟，不仅降低资源的浪费，而且有助于验证系统的可靠性和可操作性，这也是电力拖动负载模拟系统发展应运而生的一个主要因素。实验技术及条件在现代科学研究和产品生产过程中发挥的作用越来越重要，人们要求能够尽可能真实的情况下方便地进行实验，对于工业企业，牵引动力实验、蓄电池放电实验、电机出厂实验、大功率充电电源实验、电动车动力性能实验、电解电镀电源出厂实验等场合都需要负责测试，在国民生产的多个领域中，各种复杂机械装置，各式各样的复杂大量存在，要对它们进行精确控制，必须采用具有自适应性、鲁棒性、智能型的先进

3、控制算法，但是对于较复杂的控制算法。文献[2]在电机测试中，由于负载不稳定给转矩和转速的调节和测试带来很大麻烦，影响了测试的结果，在动态加载中，由于此份制动器实时可控制性、简单易行、所需元件少、可以连续加载、能远距离加载以及大小功率均可适应等优点，使它在实际生产和实验中得到了广泛的应用。磁粉制动器的负载模拟系统是负载模拟一个新的发展方向。实验室环境下，通常需要利用机械模拟负载来完成电力拖动系统的性能测试。为了实现常见的负载特性模拟，我们设计了一套基于PLC的机械负载模拟和监控系统，这套系统包括具有CANopen通信接口和模拟量输出接口的PL

4、C、具有CANopen接口的变频器、交流电动机及其同轴的磁粉制动器、磁粉制动器控制电路等主要功能模块[3]。.........1.2国外研究现状近年来，随着电机制造技术和电力电子技术的发展，以及电机控制技术的日益成熟，系统的综合性能得到了较大的提高。在国外文献报导的是测试电动机和电力转动系统负载能力的电动负载模拟系统的研究工作。目前国外许多学者在研究借助这种驱动电机-负载电机机械负载模拟实验平台，研究一种负载电机控制系统，此系统能够实现该实验平台对机械负载动态性的模拟，最终实现对各种先进控制算法的验证和测试；进一步还可以对实验平台中电机、电

5、力传动系统及驱动器进行性能测试。文献[5]介绍了在实验平中建立电力负载模拟系统的必要性及该系统的基本构成部分，并简要介绍了它的应用。它主要从硬件上对电力负载模拟系统进行了概述，但是并没有涉及具体控制策略。文献[6]指出负载模拟系统应该能够模拟具有任一惯量和任一摩擦系数的机械负载，文中对负载模拟器的两个基本的控制策略进行了对比：其一是驱动电机和负载电机的机械参数都已经知道，这样可以准确模拟；其一是驱动电机的参数不确定但是负载电机的参数已知，这种情况下驱动电机的行为对负载电机而言是一种随机的扰动，这种情况下对负载的模拟精度主要取决于控制方法。文

6、献[7]提出了一种用直流电机作为负载电机，对其进行控制实现对线性和非线性机械负载的模拟，最终目标是用负载模拟系统来实现对三相交流变速逆变器的测试。目前许多国外学者在研究借助用驱动电机---负载电机机械负载模拟实验平台，研究一种负载电机控制系统，此系统能够实现该实验平台对机械负载动态特性的模拟，最终实现对各种先进控制算法的验证和测试；进一步还可以对实验平台中电机、电力转动系统及驱动器进行性能测试。文献[8]、[13]介绍了在实验室中建立电动负载模拟系统的必要性及基本构成部分，并介绍了它的应用。它主要从硬件上对电动负载模拟系统进行了概述，但是并

7、没有涉及具体控制策略。.........第二章磁粉制动器控制电源设计2.1磁粉制动器工作原理磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。其具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。现已被广泛应用于造纸、印刷、塑料、橡胶、纺织、印染、电线电缆、冶金、压片机以及其他有关卷取加工行业中的放卷和收卷张力控制。磁粉制动器还经常被用于传动机械的测功加载和制动等。磁粉制动器和磁粉离合器经常配对使用。磁粉制动

8、器是有转动单元（输入轴）和从动单元（输出轴）合并而成。在两组单元之间的空间，填有微粒状的磁粉（体积大约40微米）。磁性粒子是一些体积微小而高磁化及耐磨耗的铁粒子，每粒铁粒子体积只