《论文_机电控制系统介绍(定稿)》

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1、仿真在机械运动系统中的应用1.摘要1・1背景与目的屯路仿真和控制算法仿真已经广泛应用于变频器开发过程当屮，但是负载特性描述的比较简单，通常为一般的恒定转矩负载，但是实际应用中机械负载的状况要复杂很多，为了准确评估变频器在不同工作条件下的性能，木研究报告的S的在于研究Saber屮关于机械仿真的基本原理和方法，以及在公司变频器开发屮的应用，实现通过仿真模拟不同负载条件下变频器工作状况，为性能优化提供参考。1.2关键词KCL,KVL,对偶，力，转矩，位移，角速度2.机械仿真的基本原理Saber是一种基于KCL定理和KVL定理进行仿真的仿真器，除了可以分析电路以外，它述可以对于流体，机械运动进行分析

2、，其中对于机械物体运动的分析，可以被应用在变频器负载特性的分析当中。简单说明如下。2.1机械与电的对偶关系图机械系统与电路分析的对彖一样，可以分为支路和节点，一个器件两个端点Z间是一个支路，而儿个器件的连接点就是一个节点。两个节电Z间的物理量Z差被称为“AcrossVariable”,而穿过一个支路的物理量被称作uThroughVariable”。对于电路仿真而言，"AcrossVariable”是某个节点的电压，“ThroughVariable”是某个支路的屯流，而机械系统仿真屮，uAcrossVariable是节点的位移（或者转动角度，角速度）,uThroughVariablen是支路的

3、力（或者转矩）。他们同样都满足KCL与KVL定理，具有物理意义上的对偶关系。简单说明如下。对于图中的节点，有如下公式：11+12+13=0其中In为流过各个支路的电流。（这里有一个参考方向问题，决定该物理量的符号，后同）电路的KCL定理对于机械系统的KCL定理，则表示如下。电路的KVL定理，如图三:对于图中的节点，有如下公式：fl+f2+fi=0其屮fn应该为来自各个方向的作用力，这个定理的基木含义就是作用于某个点上面的各个方向力量之和为零。具体到这个例子当中，fl表示物体的重力，f2表示绳子的拉frc_dc力，二者之差仔，在物体上面产生"加速度。V2V3对于图中所示的闭合冋路，有如下公式:

4、Vl-V2-V3=0即各个支路端电压Z和为零。图四机械运动的KVL定理，如图四对于图中所示的一个闭合冋路，有如下公式：lpl+lp2+lp3=0其中lpn表示各个支路两端的相对位移。对于旋转机械运动系统，也有同样的等式，不过对象由力和位移对应为转矩和角度。1.常用模型以及基本仿真方法Saber中提供的机械运动模型可以分为两人类，平移运动和转动。它们的差别主要在于变量类型的不同，转动系统的模型中变量是转矩，角度，角速度，角加速度；平移系统的模型变量是力，位移，速度，加速度。等等，但是他们之间有很强的对偶特性，这部分主要以一些简单例子，说明SABER中机械仿真的基本思路。并尽量应用和电路仿真对偶

5、的方法进行讲解。3・1源电路仿真屮由电压源和电流源描述各种激励，对于丁•机械系统屮，对偶的源如电路电压源电流源平移系统转动系统力源位移源转矩源角度源这些源有各种不同形式：恒定，脉冲，正弦，斜坡等等，其屮最常用的是平移系统屮的力源和转动系统中的转矩源，举例说明如图五trq_dcj:20上面的图形屮，左边表示一个重力作用于一个物体的情况，右边表示一个转炬作用于个转动惯量的情况。他们分别满足以下的公式:加速度=力/质量角加速度=转矩陳动惯量而仿真输出的结果分别是节点的位移，速度和转动角度，角速度，如图六图7《pg0.00.00.0.2.04.0角0.0Au020.5W1.00.963・2负载电路

6、仿真中，电阻，电容，电感以及各种半导体器件都可以被视为电路当中的负载，他们对于作用在上面的电压和电流有不同响应，从而导致电路中这些物理屋产生变化。同样的道理，机械运动系统的仿真屮，也有各种各样的负载状况，例如风机负载，恒转矩负载，摩擦，粘滞等，他们对于不同的转矩（或考力）和角速度，角度（或考位移）也产生不同响应,当然也包括前面提到的转动惯量。Saber提供了常用的负载模型，我们只需要输入一些常用参数，就可以得到他们的仿真结果。以图七为例：左图屮显示一个风机负载，而右图显示一个摩擦性负载，通过定义他们的参数，可以得到他们对于在相同输入转炬和转动惯量情况下的运动状况。图八屮仿真结果显示了风机负载

7、的速度，转矩以及速度一转矩的相对关系。SJPg官=殳pg而图九的仿真结果显示了摩擦性负载速度，转矩以及速度一转矩的相对关系。(N.m):fricle_w.fricl«_w2/Wrm(rad/eIZ—rfVVIwIVVI8u6u2u0.0Gr«ph68u6u4u2u0.02.0「0.00.020.040.060.080.10.120.14fncta_w.fricl«_w2/Wrm(r«d/»)0.16(N.m)