机电系统-外文翻译

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1、机电系统3.1介绍这章是处理有关电动机的数学模型和机电模型的。这些机电系统通过电磁感应实现电能和机械能之间的能量转换为基础的。机电系统的这个模型很重要，因为他们是大多数控制系统的重要组成。特别注意的是有持续直流场的电动机，是许多控制系统的基本的结构。这一个电动机被一个简单的模型描述，而且它可以直接地控制马达的扭矩。因为直流电动机的重要和简易，所以这章从介绍直流电动机的模型幵始，而且呈现直流电动机典型的负载组态。然后根据机械能和电能转换的一般理论挑选主题并且强调在能功能上的一起呈现。提供给我们的必需的背景来源于有关电动机的比较先进

2、的模型。这包括一般的交流电动机和感应电动机的模型。3.2电动机3.21介绍电动机在做旋转运动时不动的部分被称为定子。电动机做旋转运动的部分叫做转子。转子被固定在马达的负载轴上。转子的运动是由电磁洛仑兹力作用在转子上产生的马达扭矩决定的。洛仑兹力的产生有许多不同的方法，而电动机的特性是由洛仑兹力的产生方法决定的。电动机可分为直流电动机和交流电动机。电动机的扭矩能精确地被控制，所以直流电动机很适合应用软件控制。然而，最近在动力电子学方面的发展，已经使交流电动机的扭矩也能被控制，从而使交流电动机现在也用于精确控制。关于电动机的基本参考

3、是(费兹杰罗，Kingsley和Umans1983)，而一本包括控制方法的比较先进的教科书是(Lenhard1996)。3.2.2基本的方程式一个回转式的电动机有一个随着角速度旋转的电动机轴，而且有一些设备来设定电动机扭矩T使得电动机轴有如下的等式：Jmwm=T-TlTl是作用在轴上的负载扭矩。从轴传到电动机上的机械力是Pm=Tm而传递到负载上的机械力是Pl=Tl^oi马达轴动力学可以被描述为一个带有T效应和输入端流量G)m以及TiZ效应和输出端流量的四端口。不同的电动机是以马达扭矩T是如何产生的为特点的。在电动机中扭知:取决于

4、电磁力在液压马达中受压液体的压力，而在涡轮中扭矩是取决于流动液体的流量变化所产生的力。马达的转速通常是用转每分钟来描述的。关系到SI单位rad/s是1rev_2兀radmin60s0.105^s3.2.3传动机构模型W/打，Tinout.一个电动机通常的转速是从0到每分钟3000转。专门设计的电动机可以达到每分钟12000转。和这个札I比教，汽车引擎一般是每分钟800-6000转。对于许多应用方面来讲，负载所要求的速度是低于马达的转速的，而且必须还要设置一个减速箱。这就使得负载可以有•一个相对较低的转速，更重要的是，它提供Y—个

5、更高的扭矩。带有传动定额n(图3.1)的一个减速装置可以被描述为out=n0)inTin是作用在这个装置的输入端的轴的角速度，1,是作用在装置输出端的轴的角速度。对于n〈l的减速装置，而且装置的额定配额是10的话，则n=l/10。输入扭矩和输出扭矩的关系nJ*以通过比较这个装置的输入动力和输出动力来得出。假设这是一个无损耗的装置，那么输入的动力就应该等于输出的动力Ti„63in=Tout◦out带入的表达式，我们得出Tout=—Tinn这也就是说一个减速装置可以使速度减少到原来的1/10,而扭矩被放大到原扭矩的10倍。一个带有比

6、率n的减速装置可以被描述为一个作用在输入端的变量Tin和变量oin以及作用在输出端的变量1^和变量WQUt的二端对Wout=n(oinTout=—Tinn3.2.4电动机和传动机构WHTl例如一个带有如下等式的电动机，Jm0m=T-Tl这个电动机通过一个比率为n的减速装置来驱动一个负载。可以得出负载轴的角速度为通过减速装置的输出扭矩TL/n来驱动。负载的惯性量是JL,假设作用在负载上的外部扭矩为T，则计算负载的运动方式的等式为Jl°L=—Tl-Ten如果负载方程式(3.11)被n乘并且加到电动机(3.10)的方程式,那么得出的就

7、是马达系统的运动方式的等式。相应的，电动机的等式可以除以n然后加到负载等式上。这将会得出负载系统的运动方式等式。总结：电动机，传动机构和马达的负载的方程式是(Jm+n^jL)69m=T-nTe电动机，传动机构和负载边的负载的方程式是一1[(l/n2)Jm+Jl]col=-T-Ten3.25对平移的旋转装置的变换从旋转装置到平移的图3.3传动一个轴的回转运动能被转换到平面移动，反之亦然，在如阍3.3所显示的一个表面上装上一个转动的轮.这种传动在平板-齿轮传动、虚拟传动装置、滑轮以及在车轮和路面之间经常可见。假如轮子的半径为r,轴的

8、转速为扭矩为T,然后平移的速度将会是v=ro3m。记作用在传动部分的力为F,则输入动力为umTu输出动力为V。由于这个装置并不储存能量，然后可以得出t八。这就表示：从转动到平移的转换可以被描述为一个四端口。这个端口带有作用在输入端的变量Tl和及作用在输出端的变量