[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

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，C_e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；