[发明专利]一种外部激励引起的永磁半直驱式传动轴系扭振控制方法有效

专利信息
申请号: 201910418631.8 申请日: 2019-05-20
公开(公告)号: CN110011585B 公开(公告)日: 2020-11-24
发明(设计)人: 李威;姜耸;王禹桥;杨雪锋;范孟豹;许少毅;盛连超;王承涛;陈宇鸣;夏婷;陈家俊;李敏;王越 申请(专利权)人: 中国矿业大学
主分类号: H02P21/05 分类号: H02P21/05
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 李悦声
地址: 221116 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 外部 激励 引起 永磁 半直驱式 传动轴 系扭振 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种外部激励引起的永磁半直驱式传动轴系扭振控制方法,其特征是:传动轴系扭振控制方法,具体步骤如下:

S1:建立大功率永磁电机驱动的半直驱主传动轴的机电耦合动力学模型,获取系统的动态信息:

根据拉格朗日—麦克斯韦原理,对主传动系统进行全局机电耦合动力学分析,得到大功率永磁电机驱动的半直驱主传动轴的机电耦合动力学模型;

S2:利用多尺度法对机电耦合动力学模型进行分析,得到机电耦合系统参数变化与系统扭振之间的关系:

对不加入时滞的机电耦合动力学模型利用多尺度法进行动力学分析,在考虑主共振的情况下得到系统极坐标形式下的频响函数,得出永磁半直驱截割部机电耦合传动系统中轴刚度系数、阻尼系数对系统扭振的影响;

S3:在参数变化时确定系统的稳定性:

确定S2步骤中主传动轴刚度系数、阻尼系数、永磁电机的安匝数、永磁体厚度的稳定域,并得出主传动轴刚度系数、阻尼系数、永磁电机的安匝数、永磁体厚度在稳定域内对系统扭振影响最小的点;

S4:构建时滞反馈控制器:

根据S3步骤中得到的各种参数构建时滞反馈控制器,对低速大扭矩永磁同步电机的控制信号进行调整;

S5:根据仿真效果调节机电耦合系统中的各种参数:

在MATLAB/SIMULINK中搭建低速大扭矩永磁同步电机驱动的半直驱式传动轴系仿真模型,并在仿真模型中代入设计参数验证设计的有效性;同时与上一步骤相结合调节时滞反馈控制器的时滞参数、电气参数和机械参数;

S6:设计结束。

2.根据权利要求1所述的一种外部激励引起的永磁半直驱式传动轴系扭振控制方法,其特征是:所述的步骤S1:对大功率永磁同步电机内部磁场进行分析,得到永磁同步电机的电磁扭矩;然后根据拉格朗日—麦克斯韦原理,对主传动系统进行全局机电耦合动力学分析,得到大功率永磁电机驱动的半直驱主传动轴的机电耦合动力学模型,最后加入时滞反馈构成最后的控制系统动力学模型:

其中:J1、J2分别为永磁同步电机和截割滚筒的转动惯量;K、C分别为半直驱主传动轴的扭转刚度和阻尼系数;θ1、θ2分别表示永磁同步电机输出轴转角和截割滚筒转角,Ce表示永磁同步电机内部的旋转阻尼;δ表示为主传动轴扭转刚度的非线性系数;k1、k2、k3分别表示为永磁同步电机输出扭矩的一次项、二次项和三次项系数;F、ω分别为负载的幅值和相位;

对式(1)进行无量纲化,得到主传动系统无量纲动力学方程:

其中,x1=θ1,x2=θ2,其余参数由式(1)中的参数推导而出。

3.根据权利要求1所述的一种外部激励引起的永磁半直驱式传动轴系扭振控制方法,其特征是:所述的步骤S2:为了便于分析各参数对系统扭振的影响,设方程的解为:

然后对动力学方程进行摄动分析,得出在极坐标系下的频率响应函数,利用式(4)将其转化到笛卡尔坐标系下:

其中,r1、r2为平衡解一阶近似的幅值,为平衡解一阶近似的相位,引入调谐参数σ1、σ2来表示内共振频率和外激励频率,得到笛卡尔坐标系下的频响函数;

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