[发明专利]双小齿轮驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及双小齿轮驱动系统和关联的控制方法，具体来说，本发明涉及在双小齿轮变速驱动系统中前馈振动阻尼。

背景技术

双小齿轮变速驱动系统通常在水泥磨机中使用，其中两个变速驱动器连接到相同的水泥磨机。这样的系统2的一示例在图1中示出，并且包括第一马达11a、第二马达11b、对应的驱动转换器15a和15b以及水泥磨机16。

这样的系统的组件特征在于例如惯性、刚度和阻尼的多个物理性质，并且在它的操作期间存在系统内的每个组件之间这些性质的相互作用。组件之间机械性质的相互作用的图示在图2中示出。马达组件11a、b经由联接入组件12a、b和联接出组件14a、b作用在负载组件（在该情况下是水泥磨机）16上。组件11ab、12ab、14a,b和16中的每个表示系统内的惯性。扭矩10a、b分别输入驱动器11a、b内，并且在马达11a和联接入组件12a、联接入组件12a和联接出组件14a、联接出组件14a和负载16中的每组之间机械刚度13a和机械阻尼13b起作用。来自负载的输出是负载扭矩18a以及机械阻尼13b。

由于系统内这些机械性质的相互作用的结果，具有变速驱动器的双小齿轮驱动系统倾向于发生由扭转振动引起的问题。如果系统被认为是三体系统，即马达11a、11b和负载16，双小齿轮驱动系统展现低频振动的两个固有模式。在第一模式中，马达11a和11b反相振动，其中马达11a加速而马达11b减速并且反之亦然。这意味马达11a和11b交替牵引负载，这维持恒定速度。在该模式中操作的系统（具有软联接）的固有频率已被常常观察到在1至5Hz附近。在第二模式中，马达11a和11b彼此同相振动但与负载18相反。在该模式中操作的系统的固有频率已被观察为在3至8Hz附近，如可以看到的其比第一模式的固有频率高。

鉴于在第一模式或第二模式中操作的系统的固有振动频率中的变化，它们的设计的频率响应方面必须考虑包括能够阻尼固有振动模式两者的控制。

这样的已知双小齿轮驱动系统的频率响应（当例如在半自动研磨机中使用时）在图3中示出。曲线图（曲线图中的线A）图示第一马达11a的扭矩参考与马达11a的转速的比较，并且这示出频率响应的反相和同相振动。为了比较同样提供的是由线B示出的在单个小齿轮配置中的频率响应。如可以从线A看见的，除对三体系统的振动的固有模式外，还可以在240Hz附近看见高频模式。该高频模式是传动系统模型中柔性联接的结果。曲线图中的图示主要示出传动系统中的扭矩参考中的振动源具有在三个不同频率被放大的潜在风险。因此适当地评估控制系统来建立阻尼这些振动中的有效性是重要的。

在双小齿轮变速驱动系统（例如图1的双小齿轮变速驱动系统）中，马达11a、11b使用主控-随动配置控制，其中马达中的一个（11a）是主控驱动器并且通过提供输入到常见的比例积分（PI）速度控制器中而负责系统的速度控制，这意味马达11b是随动驱动器。主控驱动器的转速被输入到PI速度控制器中，其中它与预定设置点比较来计算扭矩参考信号。由此，扭矩命令由PI速度控制器生成并且发送到主控驱动转换器15a和第二驱动转换器15b两者。转换器15a和15b然后使用它们的现有内部控制系统（未示出）根据生成的扭矩命令来产生必要的电压波形以驱动它们的相应马达11a、11b。该过程的图示在图4中示出。

该控制拓扑的缺点是不管PI速度控制器调谐参数，没有阻尼反相振动并且从而对系统构成潜在风险。图5示出如受主控驱动器马达中的速度参考变化影响的随动驱动器的马达速度的频率响应。由此，可以看见控制系统要求的标称设置点跟踪性能引起随动驱动器的马达速度以及从而由互连系统的组件的轴保持的扭矩负载中的显著振动。

解谐PI速度控制器的控制设置减小振动的幅度，然而由于解谐的结果，控制性能降级超过对系统的可接受极限。

克服这些问题的另一个方式已牵涉执行反馈信号的大量低通滤波。该低通滤波可以阻尼系统内的振动，然而它具有减缓系统的总体闭环动态的撞击效应，这是不期望的。

发明内容

鉴于上文，本发明的目的是要避免或减轻前述问题中的至少一个。