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1、智能电机系统设计和制造 摘要：针对现代大型复杂机电系统的性能与运行状态是多物理过程和多参数全局耦合结果的事实,提出对复杂机电系统进行全局耦合分析及耦合并行设计的基本思想,探讨全局耦合分析与设计的基本理论框架,以期研究复杂机电系统功能、奇异工况的生成机制,实现复杂机电系统全局耦合最优设计。关键词：复杂机电系统并行设计Abstract：Basedonthefactsthattheperformanceandrunningstateoflarge-scalecomplexelectromechanica
2、lsystemsareoftheresultsofthecompletecouplingofseveralphysicalprocessesandparameters,abasicideaofcompletecouplinganalysisandcouplingconcurrentdesignforcomplexelectrommechanicalsystemisproposedinthispaper.Andthebasictheoryframeofcouplinganalysisanddesign
3、isdiscussed.Withthismethod,onewillbeabletoinvestigatetheperformanceandtobuildmechanismofodditystate,toobtaintheoptimumdesignofcompletecouplingforacomplexelectrommechanicalsystem.6Keyword：Complexelectromechanicalsystemconcurrentdesign中图分类号：S61文献标识码：A文章编
4、号：随着工业生产过程的日趋复杂化，系统不可避免地存在非线性。如大型交流电机系统、纺织过程等，尽管在很多情况下，当我们考虑系统的某些现象时，可以用系统的线性模型来代替系统的非线性模型，然后，对线性模型实施开展Is1[9]0但更多情况下，不可能用系统的简单线性模型作为该真实系统的替身。在工程技术、自然、社会、经济等众多情况下，人们必须建立真实系统的非线性模型以代替简单容易处理的线性模型。非线性系统中可能发生的现象是十分复杂、十分丰富的。严格地说，对非线性系统，目前虽然己经历了百年的研究，认识仍很不充分的
5、。针对现代大型复杂机电系统的性能与运行状态是多物理过程和多参数全局耦合结果的事实,提出对复杂机电系统进行全局耦合分析及耦合并行设计的基本思想,探讨全局耦合分析与设计的基本理论框架,以期研究复杂机电系统功能、奇异工况的生成机制,实现复杂机电系统全局耦合最优设计。目前常用的串行设计模式、分支与总体组装式程序,无法反映复杂机电系统的网络式多重耦合作用与机组工况、功能间的内反馈与自组织规律。优良的复杂机电系统的产生和运行,迫切需要基于全局耦合的设计理论与方法。6基于此,本文在认识复杂机电系统全局耦合事实的基
6、础上,提出耦合与解耦设计的学术思想,以期能为复杂机电系统的设计、制造与运行提供借鉴,使其具有最优结构体系、高效率、动力稳定、调节灵敏、参数精确、抗干扰能力强。这一立意得到国家自然科学基金的支持,1999年将“复杂机电系统耦合与解耦设计理论与方法”立为重点项目。一、复杂机电系统的耦合事实复杂机电系统维数高,单元数量大,过程间的耦合错综复杂,使系统在结构、功能、行为等方面都与简单系统有本质区别。复杂机电系统中电参数主要来源于驱动与控制2个子系统,通过子系统间的关联、集成而与机械系统的力学参数构成机电耦合
7、,从而影响系统的动态特性和响应特性。①驱动源强电磁场与传动系统机电耦合对于电机驱动的复杂机电系统,电磁场的磁电参数与传动系统的力学参数交互影响,构成耦合。这种耦合常表现为2种方式:一是电磁场产生谐波分量,对传动系统的振动构成直接激励见图1。这种激励在电机驱动的机电设备中普遍存在,并随电机功率的增大而激励作用增强。谐波分量的频率成分由电机的驱动型式决定,交流电机以50Hz为主,整流驱动的直流电机的频率成分由整流装置决定,如三相全桥整流的频率分量为50Hz的6、12、18等倍频。图1驱动与传动系统机电耦
8、合示意图6功率达数万千瓦的轧制机械是这类耦合的典型设备。对某平整机传动系统扭振和电磁参数的现场测试表明,大功率整流装置的谐波分量(300Hz、600Hz等)产生相应频率的谐波转矩,使传动系统产生相应频率的扭振响应。另一类耦合是电机的电磁参数与机械系统的动力参数构成参数耦合,从而影响整个系统的动力学性能,降低系统稳定性,产生参数激振等自激振动。这种强耦合只有在电机容量大到一定程度后才表现突出,此时电机转子、定子的间隙较大,转子轴心位置的变化影响着电磁场,电磁场的变化又影
