齿隙非线性对闭环直流调速系统的影响.pdf

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1、电气传动2010年第4O卷第1期ELECTRICDRIVE2010Vo1．40No．1齿隙非线性对闭环直流调速系统的影响谢云，张立红(中国航天员中心，北京100193)摘要：采用最佳工程法设计了电流和转速调节器结构，选择合适参数，用Simnlink建立仿真模型，对系统动态性能进行分析。并引入传动系统齿隙非线性因素，分析了齿隙位置和调节器参数对系统稳定性的影响。对机械传动和控制系统设计具有积极的指导意义。关键词：齿隙；非线性；直流调速；调节器中图分类号：TP273文献标识码：AResearchofBacklashNonlinea

2、rityonControlSystemofDCSpeedRegulationXIEYun，ZHANGLi—hong(AstronautCenterofChina，Beijing100193，China)Abstract：AccordingtOtheoptimalengineeringdesignmethod，aDCmotorcontrolsystemwithbacklashwasdiscussed．Thestructureandparametersofregulatorofsystemweredesigned．Thenthem

3、athematicmodelofDCmotorcontrolsystemwasestablishedbySimulink．Thedynamiccharactersofthesystemwereanalyzed．Thebacklashnonlinearofdrivesystemwasleadin．Thestabilityofsysteminfluencedbygearbacklashindif—ferentpositionandtheadjustmentofregulatorSparameterswereanalyzed．Itw

4、illpositivelyguidethedesignofthemechanicaldriveandcontrolsystems．Keywords：backlash；nonlinear；DCspeedregulate；regulator下列分段函数描述：1齿隙模型及其非线性too=志1(Or-b1／k1)=忌Or-b。。≥(oo+61)在传动系统，特别是大功率传动系统中，普jOo一是2(Or-b2／k2)=志2Or+62k2Or≤(Oo-b2)(1)遍采用齿轮传动以得到较高的传动力矩。齿轮由1I．。=0(一62)／。<<(oo

5、+6)／k于在加工、安装中存在各种误差；为了便于润滑，式中：，分别为齿隙环节的输入和输出；忌为补偿由温度和弹性变形引起的尺寸变化，防止齿正转传动比倒数；k。为反转传动比倒数；b，b分轮卡死，在齿轮之间会预留一定的侧隙，形成了齿别为负载侧的正、反齿隙宽度。轮啮合时的间隙——齿隙。齿隙的物理模型如图la所示，当主动轮开始运动时，从动轮由于齿隙的原因，仍保持在最初的位置。直到主动轮经过一定的齿隙位移后，从一／o／／／．ob／c／———-。f动轮才开始跟随主动轮运动。在从动轮运动前，电动机基本处于空载状态，因此当主动轮和从动图1齿隙物

6、理模型和齿隙输入输出关系图轮接触时，电动机具有较大的动能，从而产生啮合Fig．1Modelofbacklashandtheinput—outputofbacklash冲击。主动轮反转时，主、从动轮之间的齿隙达到最大，啮合冲击更大。当齿隙足够大时，电动机会一般情况下认为，传动系统的正反转传动比以比没有齿隙时大得多的速度冲过平衡位置，如相同，即k一是一1／i(为传动比)，若把1／i看作此反复，形成持续振荡，造成系统不稳定。系统增益的一部分，即令k一k。Or一；由于齿通过对齿隙特性的分析，可以得到齿隙输人隙的分布不均匀，一般b。≠6

7、，但为了便于研究问输出关系如图lb所示。齿隙输入输出特性可用题，令b一6===6；则式(1)可以简化为如下形式：作者简介：谢云(1984一)，男，硕士研究生，Email：xieyun258@163．coru24谢云，等：齿隙非线性对闭环直流调速系统的影响电气传动2010年第4O卷第1期一6：≥+6一个惯性环节，采用“三阶工程设计最佳法”，可以+6：≤一6(2)得到转速调节器的传递函数为／●●●●●●J●●【．WAsR(s)一K("g'nS+1)／(s)(Oo-b)≤≤(0o+6)—llI式中：K为转速调节器的比例系数；为转速调

8、O2直流调速控制系统节器的超前时间常数。选择转速调节器参数时一般取h—／T∑一5目前主要的直流调速控制系统是转速、电流双(T∑为转速环积分时间常数)。闭环调速系统。调速系统的内环是电流环，外环是转速环；通过对电流环的电流调节器和转速环的转3仿真实验研究速调节器的结构和参数的设