學士學位論文雙電機同軸驅動功率平衡的仿真研究

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現代運動控制系統(tǒng)中，經常會遇到兩臺電機通過某種聯(lián)系共同作用于一個工作機構的情況。由于同型號的兩臺電機的參數也不可能完全一致，因此即使在兩臺電機共同拖動同一負載的情況下，彼此的負載都有可能不相同。這種情況下，容易造成其中的一臺電機工作于輕載的狀態(tài)，而另外一臺電機工作于過載的狀態(tài)，進而出現過熱、容易磨損等問題。為避免出現這種情況

2、，需要對負載進行合理分配，解決兩臺電機的功率平衡問題。 針對上述問題，本論文設計了一個鼠籠式雙電機同軸驅動功率平衡控制系統(tǒng)，并進行了相關研究。文中首先對雙電機功率平衡的機理和條件進行了闡述和分析，并進行仿真研究。最后，針對雙電機同軸驅動中的負載分配不均問題，提出了采用基于直接轉矩控制的主從控制方案：主電機采用速度控制，從電機跟隨主電機的轉矩給定。</p><p>　　關鍵詞：同軸驅動;功率平衡;主從控制

3、 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the modern motion control system, two motors often work together on the same mechanism through

4、60;a form of association. Because two motors of same type cannot own almost identical parameters, their respective load cannot be same even when they drive the same load. 

5、;Under the circumstances, a motor often runs at light load state, while the other runs at overload state. The overload motor is easy to overheat and wear. In order t

6、o avoid this problem, we should rationally distribute the load to solv</p><p>　　Aimed at above problem, we studied the power balance of the dual-motor coaxial drive

7、60;control system and done the related research. First, we analyzed the power balance mechanism and conditions of the dual-motor coaxial drive and then done simulati

8、on experiments.Finally, in order to solve the problem of uneven load distribution of dual-motor coaxial drive, we proposed the master-slave control scheme based on the direct torque con

9、trol. In this scheme, the master motor speed control is used and the</p><p>　　a given torque from the master motor .</p><p>　　Key Words: Coaxial Drive; Power Balance; Ma

10、ster-Slave Control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 電氣傳動技術研究概況1</p><p>　　1.1.1 電氣傳動控制的主要措施2</p><p>　　1.

11、1.2 電氣傳動主要器件2</p><p>　　1.1.3 可控交流電氣傳動逐步取代直流傳動3</p><p>　　1.2 多電機同步驅動研究概況3</p><p>　　1.3 雙電機同軸驅動功率平衡研究概況6</p><p>　　1.4 本課題研究的意義及主要內容6</p><p>　　1.5

12、本章小結7</p><p>　　2 雙電機同軸驅動功率平衡條件研究8</p><p>　　2.1 雙電機同軸驅動功率不平衡機理8</p><p>　　2.2 雙電機同軸驅動功率平衡定義10</p><p>　　2.3 雙電機同軸驅動功率平衡條件11</p><p>　　2.4 本章小結13<

13、/p><p>　　3 雙電機同軸驅動的建模與仿真14</p><p>　　3.1 籠型異步電機的物理模型14</p><p>　　3.2 籠型異步電機的數學模型15</p><p>　　3.2.1 三相坐標與兩相坐標的變換15</p><p>　　3.2.2 靜止坐標與旋轉坐標的變換17</p&g

14、t;<p>　　3.2.3 籠型異步電機的數學模型18</p><p>　　3.3 籠型異步電機的仿真模型建立21</p><p>　　3.4 籠型電動機特性仿真25</p><p>　　3.5 雙電機同軸驅動模型27</p><p>　　3.6 雙電機同軸驅動仿真研究28</p><p&

15、gt;　　3.7 本章小結28</p><p>　　4 雙電機同軸驅動功率平衡控制的研究29</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)設計29</p><p>　　4.1.1 設計思想29</p><p>　　4.1.2 控制系統(tǒng)總體結構30</p><p>　　4.2 控制方案選擇30</p

16、><p>　　4.3 直接轉矩控制系統(tǒng)模塊31</p><p>　　4.4 本章小結37</p><p><b>　　總 結38</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　參考文獻40</b></

17、p><p>　　附錄A 英文原文41</p><p>　　附錄B 漢語翻譯58</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1電氣傳動技術研究概況</p><p>　　電氣傳動是研究如何通過電動機控制物體和生產機械按要求運動的學科。隨著傳感器技術和自動控制理論的發(fā)展，已

18、由簡單的繼電器控制，發(fā)展為較復雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電氣傳動技術關系到合理地使用電動機，以節(jié)約電能和控制機械的運動狀態(tài)。電氣傳動系統(tǒng)是將電能轉換為機械能的裝置，用以實現生產機械的起動、停止、速度調節(jié)以及各種生產工藝的要求。國際電工委員會（IEC）將電氣傳動歸入“運動控制”范疇。</p><p>　　電氣傳動系統(tǒng)由電動機、控制裝置以及被拖動的生產機械組成。其主要特點是功率范圍極大，單個設備的功率可以從幾毫瓦到幾百兆瓦；

19、調速范圍極寬，轉速從每分鐘幾轉到幾十萬轉，再無變速機構的情況下調速范圍可達1:10000；適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負載。電氣傳動與國民經濟和人民生活有著密切的聯(lián)系并起著重要的作用，廣泛用于冶金、機械、輕工、港口、石化、航空航天等各個行業(yè)以及日常生活之中。它既有軋鋼機、起重機、泵、風機、精密機床等大型調速系統(tǒng)，也有空調機、電冰箱、洗衣機等小容量調速系統(tǒng)。據統(tǒng)計，電氣傳動系統(tǒng)的用電量占我國總發(fā)電量的60%以上。據預測，

20、從2000年至2010年我國電氣傳動產品市場需求年增長率為15%，市場前景廣闊。</p><p>　　電氣傳動是電力電子與電機和控制理論相結合的產物，相關內容涉及到電機、電力電子、控制理論、計算機、現代檢測技術、仿真技術、電力系統(tǒng)、材料和信息技術等多種學科技術，是種種學科相互融合形成的的一門新型的綜合性學科。</p><p>　　20世紀20年代以前，屬于電氣傳動的初始階段，這一時期采用的

21、是“成組傳動”。進入20世紀30年代，這種方式被逐漸淘汰，取而代之的是“單電機傳動”或“多點擊傳動”方式。直到20世紀60年代，特別是80年代以來，隨著電力電子、現代控制理論、計算機以及微電子技術的發(fā)展，電氣傳動技術面臨著一場新的革命，使電力傳動逐漸進入以交流調速為主的新階段。隨著交流變頻技術的發(fā)展，異步電機、同步電動機的啟動和調速問題迎刃而解。</p><p>　　1.1.1 電氣傳動控制的主要措施</p

22、><p>　　電氣傳動控制較早的自動控制方法是機械控制, 后來漸漸被電氣控制和電子控制所取代。近現代的電氣傳動控制方法中, 電子控制占了較大比例, 經常使用的電子控制方法有兩種: 模擬控制以及數字控制。20 世紀70 年代以來, 成本低、體積小、耗電少、、速度快、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經逐漸實現商品化, 并把電力電子控制推上了新的階段, 以微處理器為代表的數字控制逐漸成為現代電氣傳動系統(tǒng)控制器的主要形式。

23、目前, 常用的微處理器有: 單片機、精簡指令集計算機(RISC) 、數字信號處理器（DSP）和包含微處理器的高級專用集成電路（ASIC）。</p><p>　　隨著計算機在現代生活中的廣泛應用，使用計算機進行電氣控制成為可能。由于計算機除了具有一般的計算功能外，還有邏輯判斷以及數值運算能力, 因此使用計算機進行數字控制與模擬控制相比有兩個突出的特點:(1)數字控制器可以實現模擬控制無法實現的各種復雜的控制策略和方

24、式；(2)數字控制系統(tǒng)可以達到故障的自診斷, 提高診斷過程的效率。</p><p>　　在模擬控制系統(tǒng)中，為了達到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常采用閉環(huán)控制，使用PI調節(jié)器。當系統(tǒng)突然受到外界干擾作用, 輸出量會發(fā)生變化, 通過負反饋, 在PI調節(jié)器的作用下,使得系統(tǒng)的輸出量回到原來的數值。只要偏差存在，比例、積分兩部分就同時起作用。在過渡過程中，會使輸出量出現超調現象, 系統(tǒng)會出現振蕩現象, 若比例作用太強, 會影響系統(tǒng)的

25、正常工作，在采用微機數字控制時，可以將比例、積分作用分離開。當偏差大時，只讓比例部分起作用，以快速減少偏差。當偏差低到一定程度后,再將積分投入，以最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。這樣兩種作用各得其所，避免了相互之間的矛盾，提高了系統(tǒng)的控制性能。</p><p>　　1.1.2 電氣傳動主要器件</p><p>　　電力電子變換器是信息流與物質能量流之間必需的接口電力電子技術是信息流與物質能量流之間的重要

26、紐帶。如果沒有電力電子變換，沒有弱電控制強電的接口, 則信息始終就是信息，不可能真正用來控制物質產生?，F在，電力電子技術的發(fā)展正處于壯年期, 新的電力電子器件和變換技術仍在不斷涌現出來。電力電子器件的發(fā)展已經經歷過三個平臺:(1)晶閘管(SCR)；(2)GTR和GTO；(3)IGBT。目前，市場上能夠廣泛供應的IGBT 其電壓和電流容量有限，一般只夠中、小容量的低壓電氣傳動使用。容量再大時，還得采用GTO，而GTO的可靠性總是不能令人滿

27、意的。于是世界上很多電力電子企業(yè)和研究所都在努力開發(fā)新型的高壓功率開關器件, 已經問世的有IGCT、IEGT 以及3300—6000V 的IGBT等，可供中壓、大容量電氣傳動使用。電力電子器件的進一步發(fā)展方向是，模塊化和集成化、高頻化、改善封裝、采用新材料(如SIC)等。為電氣傳動的信息化、智能化的控制提供了重要基礎和保障。在電力電子變換器中, 用于控制直流電機的主要是由全控器件組成的斬波器或PWM變換器，以及晶閘管相控整流器。用于控制

28、交流電機的主要是變壓變頻器，其</p><p>　　1.1.3 可控交流電氣傳動逐步取代直流傳動</p><p>　　直流電氣傳動和交流電氣傳動在19 世紀先后誕生。在20 世紀大部分年代里, 鑒于直流傳動具有優(yōu)越的可控性能，高性能可調速傳動一般都用直流電機，而約占電氣傳動總容80%的不變速傳動則采用交流電機，這種分工在當時已成為舉世公認的格局。直到20 世紀70 年代，由于采用電力電子變

29、換器的高效交流變頻傳動開發(fā)成功, 結構簡單、成本低廉，工作可靠、維護方便、效率高、轉動慣量小的交流籠型電機進入了可調速領域，一直被認為天經地義的交直流傳動按調速分工的格局終于被打破了。此后，交流調速傳動主要沿著下述三個方向發(fā)展和應用：(1)一般性能的節(jié)能調速和工藝調速；(2)高性能交流調速系統(tǒng)；(3)特大容量、極高轉速的交流傳動。</p><p>　　交流調速在國內外發(fā)展十分迅速，交流傳動中一般采用交—直—交變頻

30、。變頻調速就是把50HZ 的交流電源變成直流電，再把直流電逆變成不同頻率的交流電，電動機的轉速將由變換后的電源頻率來控制的調速的方法。國民經濟要可持續(xù)發(fā)展，就必須節(jié)約能量。采用變頻調速以后，節(jié)約電能的效果是相當可觀的。在實際的電氣傳動中，應用于風機、泵、壓縮機的電動機大約占40%，而實際應用變頻調速的只占5%左右。交流變頻調速還有待進一步推廣應用。</p><p>　　隨著信息化、智能化技術的不斷發(fā)展，電氣傳動技

31、術將向著網絡化控制與管理的方向邁進。</p><p>　　1.2 多電機同步驅動研究概況</p><p>　　機械系統(tǒng)的控制同步是機械技術、電力電子技術和信息技術有機結合的一門新興的跨學科的綜合性科學技術。它的發(fā)展和其他相關技術地發(fā)展密切聯(lián)系在一起，它的主要的控制對象是電動機，主要控制參數是位移、速度和相位。隨著工業(yè)的發(fā)展，對各種機械性能和產品質量要求的逐漸提高，單單針對一臺電機的控制在某

32、些場合己經不能滿足現代高科技發(fā)展的要求，如在大功率拖動系統(tǒng)中，當一臺電機功率驅動能力不足時，需要兩臺或多臺伺服電機進行拖動，讓其更好地協(xié)調運行。近年來，國內外的學者針對多電機同步技術進行了廣泛的研究工作，在理論和實踐上都取得了一定的進展。實現電機同步的方法隨著科學技術的發(fā)展也不斷發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為3個階段：(1)剛性傳動或柔性傳動實現同步；(2)振動同步或電軸同步；(3)控制同步或控制同步與振動同步相結合的復合同步。</p

33、><p>　　隨著控制理論和方法的迅速發(fā)展，實現同步不僅已成為現實，而且也獲得了良好的控制效果，實現同步的方法也逐漸過渡到第3個階段。</p><p>　　多電機的同步控制主要有多電機的非藕合控制和交叉藕合控制，其控制算法的基本結構如圖1.1和圖1.2所示。</p><p>　　圖1.1 多電機非交叉耦合控制結構框圖</p><p>　　多電機非

34、交叉藕合控制涉及到的控制策略均是針對每一軸，也就是該電軸針對的電機而對其他電機具有不可見性，雖然采取有效的控制策略在某種程度上能夠提高控制效果，但是對于整個多電機系統(tǒng)的協(xié)調控制，還是有很大的局限性。非藕合控制的一個共同的難點是由于各電機之間的動態(tài)性能不可能完全一樣，并且由于受到負載干擾和噪聲干擾等許多因素的影響，各電機的動態(tài)性能也是在不斷變化的。因此針對提高每一個電機控制精度，而對其它電機具有不可預見性的多電機非交叉藕合控制策略顯然不能

35、達到多電機驅動的高精度控制系統(tǒng)的要求?，F今這方面的研究已經取得比較大的進展，如Koren于1980年提出交叉藕合補償控制策略等。</p><p>　　圖1.2 多電機交叉耦合控制結構框圖</p><p>　　由于同步控制涉及到控制多個電機，因此多變量控制成為同步控制的基本控制算法。這種同步控制主要有兩種結構方式: (1)對等控制方式，即要求多個電動機的轉子跟蹤同一個指令性指標，如速度、相位

36、等；(2)主從控制方式，即選擇系統(tǒng)中的一個電動機為主動電機，而其余電動機為從動電機，控制從動電機來跟蹤主動電機的轉速。</p><p>　　多電機電力拖動系統(tǒng)一般是用于具有多個工作機構的生產機械上，運行中的多臺電機一般需要考慮同步的問題，否則在運行過程中，由于彼此的速度不同步，造成打滑等現象發(fā)生，近年來，在雙電機同步驅動的研究方面，主要分為兩個方面：一是對雙電機速度同步問題的研究；另外一個方面是針對雙電機同步驅動

37、過程中，功率平衡問題的研究。</p><p>　　在國外同步控制技術得到了長足的發(fā)展，國內也取得了相當的成績。在國內的各大工程中同步控制技術亦得到了大量的應用，例如:三峽工程永久船閘人字門開門同步控制技術應用；上海東方明珠廣播電視塔鋼天線桅桿整體提升同步控制技術應用:北京西客站主站鋼門樓整體提升同步控制技術應用；北京首都機場四機位庫網架五面整體提升同步控制技術應用；航天部門研制空中武器和模擬飛行器空中飛行的三軸飛

38、行姿態(tài)仿真轉臺控制中的同步控制技術應用；首鋼4號高爐環(huán)形吊車雙電機同步控制等等。通過同步控制技術在這些重大工程中的研究和應用，可見同步控制技術在我國得到了很大的發(fā)展，并取得了顯著的經濟效益和社會效益。</p><p>　　1.3 雙電機同軸驅動功率平衡研究概況</p><p>　　對于雙（多）電機的同步驅動，主要分為協(xié)調傳動控制和多電機拖動控制，協(xié)調傳動控制主要針對傳送帶等需要速度和轉矩協(xié)

39、調的控制，多電機拖動控制主要是指研究中的功率平衡或者轉矩平衡。在許多生產線上，為了減少機械設備的轉動慣量，加快過渡過程以及過渡中的能量損耗，經常采用兩臺或多臺電機同軸驅動。例如，鋼鐵、銅、鋁冷軋機的主軋機和卷取機設備，高速線材的精軋機等。當兩臺及以上電機通過某種聯(lián)系（可以是剛性的、差動的或者摩擦的）作用于同一工作機構時，就構成了這種多電機拖動同一負載的系統(tǒng)。只要是這種系統(tǒng)就存在一個功率平衡或者說負載的合理分配問題，關于雙直流電機拖動同一

40、負載的系統(tǒng)，一般是采用在電樞電阻Ra較小的電樞內串接電阻或者在磁通Φ較大的勵磁電路內串接電阻實現負載的合理分配。如果電源電壓允許較高時，也可采用電樞串聯(lián)聯(lián)接的方式實現。在龍門刨及船舶推進器中都有應用實例。關于雙異步電機拖動同一負載的系統(tǒng)，一般是為了擴大電機的調速范圍，經常是使一臺電機工作于電動狀態(tài)，而另一臺電機工作于制動狀態(tài)，改變兩種狀態(tài)的特性，可得到一系列的系統(tǒng)合成特性，并可獲得穩(wěn)定的低速。本文探討的是雙鼠籠式異步電機拖動同一生產機械

41、的功率平衡</p><p>　　1.4 本課題研究的意義及主要內容</p><p>　　由于鼠籠型異步電動機存在結構簡單、價格低廉、堅固耐用、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，目前國內外雙電機驅動立軸式破碎機產品基本上都采用了鼠籠電機，但都沒有帶功率平衡控制系統(tǒng)。具體分析，主要有兩方面的原因：(1)功率平衡系統(tǒng)的增加將加大產品投資；(2)鼠籠電機功率平衡系統(tǒng)應用存在一定的難點，成熟的功率平衡系統(tǒng)主

42、要采用直流電機或者繞線式異步電機。通過本課題的研究，一方面可以形成鼠籠式雙異步電機同軸驅動功率平衡控制的相關應用基礎；另一方面在于控制精度高、響應速度快的立軸式沖擊破碎機雙電機同軸驅動功率平衡控制系統(tǒng)的實現。</p><p>　　本課題的主要研究內容分為以下兩個方面：</p><p>　　(1)分析雙電機功率不平衡的機理和平衡的條件；根據異步電機的數學模型，建立起雙電機同軸驅動仿真模型，進

43、行仿真研究。</p><p>　　(2)針對系統(tǒng)控制的要求，提出和設計控制方案，建立系統(tǒng)仿真模型，對系統(tǒng)方案的可行性進行研究。</p><p><b>　　1.5 本章小結</b></p><p>　　本章首先介紹了電氣傳動技術研究的發(fā)展概況及趨勢，同時介紹了多電機同步驅動研究發(fā)展的概況，包括同步驅動的發(fā)展歷程、控制方式等，另外也介紹了國內同步

44、驅動的研究應用實例。接著介紹了雙電機同步驅動功率平衡研究的概況，闡述了本課題研究的意義及主要內容。為下面的章節(jié)的鋪陳做了一個鋪墊和一個綜述。</p><p>　　2 雙電機同軸驅動功率平衡條件研究</p><p>　　2.1 雙電機同軸驅動功率不平衡機理</p><p>　　即便是型號和生產廠家完全一樣的兩臺電機，由于制造上的原因，機械特性往往也是不會一樣的，當兩

45、臺電機同軸聯(lián)接拖動同一生產機械時，兩機都處于電動狀態(tài)（如圖2.1），以兩臺電機機械特性曲線線性段進行分析，設兩臺電機共同工作時的總負載力矩為Mg，轉速為Ng，電機1和2上承擔的負載力矩為、，則Mg=M1+M2，其機械特性【2】如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.1 雙電機同軸驅動 圖2.2 雙電機同軸驅動機械特性</p><p>　　圖2.2表示了兩臺電

46、機剛性聯(lián)接拖動同一生產機械時的機械特性，其中特性1是電機1的機械特性，是電機1承擔的負載；特性2是電機2的機械特性，是電機2承擔的負載；特性3是合成的機械特性，是總負載。由圖可見，合成的機械特性比單臺機械特性硬。同時可以看出小于Mg/2，大于Mg/2，，表明負載不能在兩臺電機之間平均分配，電機2承擔的負載較重，電機1承擔的負載較輕。功率不平衡產生的后果：在兩臺電機中，一臺容易產生過熱；而另一臺負載不足，沒有得到充分的運用。</p&

47、gt;<p>　　設2臺電動機1、2的額定功率分別為、,設電機1的額定轉差率為，設電機2的額定轉差率為，在電機的工作特性區(qū)段（即指1>s>0）上,電機1的實際額定轉速為，電機2的實際額定轉速為，其中、分別為電機1、2的實際額定力矩， 、分別為電機1、2的實際額定功率。</p><p>　　由于電機工作在 =常數的區(qū)段，可以計算電機1和2特性曲線線性工作區(qū)段的斜率為：<

48、/p><p>　　式(2.2)中，為電機的同步轉速。</p><p><b>　　電機機械特性方程：</b></p><p>　　電機合成機械特性方程可由式（2.3）（2.4）得出：</p><p>　　電機合成機械特性方程：</p><p><b>　　即：</b></p

49、><p>　　給定負載轉矩Mg=M1+M2時，將Mg=M1+M2代入方程（2.8）得出電機轉速：</p><p>　　將ng代入式（2.3）（2.4）得出電機1、2承擔的轉矩情況：</p><p>　　當兩臺電機同軸運轉時，其共同轉差率為S，電機1和2都工作在特性穩(wěn)定區(qū)(<0)的線性工作區(qū)段（即=常數）的區(qū)段。合成特性也將工作在特性穩(wěn)定區(qū)(<0)的線性工作區(qū)

50、段（即=常數）的區(qū)段。由于機械特性的不一致，兩臺電機的負載力矩不同（即兩臺電機的輸出功率不同），這就是通常所說的負載分配不均現象。這種現象將隨兩臺電機特性差異（的差異）的增大而增大，同時也隨負載的增大而增大。</p><p>　　兩臺電機承擔的負載（功率）之比為：</p><p>　　當兩臺同功率（）時，2臺電機承擔的負載（功率）之比為：</p><p>　　以兩臺

51、同功率異步電機（同步轉速1500rpm）同軸運行為例。因制造上的差異其額定轉差率不等(即機械特性有差異，不等)，由于實際額定轉速的不一致，導致兩臺電機承擔的負載力矩之比的差異情況如下表。</p><p>　　表2.1 兩電機負載力矩對比</p><p>　　由于同軸運行時兩臺電機運行在同一速度下，兩臺電機承擔的負載力矩之比就是兩臺電機輸出功率之比。從表可以看出在額定負載下，電機1和2存在嚴

52、重的負載不均衡，電機長期在這種工況下工作，是不合理的，不可能發(fā)揮電機的功率效用，而且這種差距隨著額定轉速的提高，將進一步增大。</p><p>　　2.2 雙電機同軸驅動功率平衡定義</p><p>　　定義：當兩臺電機同軸運行時，對于任意給定的負載功率，所謂功率平衡是指兩臺電機根據各自的額定功率等比例出力，即滿足：</p><p>　　即：　　　　　　　　　　

53、 </p><p>　　由于同軸運行時兩臺電機運行在同一速度下，要實現功率平衡（即實現按額定功率等比例出力），只需要實現兩臺電機的輸出力矩平衡（即實現按額定力矩等比例出力），根據以上考慮，我們推論如下：</p><p>　　推論1：當兩臺電機同軸運行時，對于任意給定的負載力矩Mg，所謂功率平衡是指兩臺電機根據各自的額定功率等比例出力，即滿足：</p><p>

54、;<b>　　即：</b></p><p>　　證明：根據定義，要求</p><p>　　由于同軸運行時兩臺電機運行在同一速度下，假設運行速度為n。則有</p><p>　　2.3 雙電機同軸驅動功率平衡條件</p><p><b>　　根據</b></p><p>　　可以

55、得到兩臺電機的輸出力矩為與實際額定力矩之比：</p><p>　　兩臺電機的輸出功率為與額定功率之比：</p><p><b>　　即要求：</b></p><p><b>　　即要求：</b></p><p>　　要保證上式的成立，只有兩種情況：</p><p><b

56、>　　或 </b></p><p>　　(1)即，兩臺電機具有相同的額定轉速；</p><p>　　(2)即兩臺電機的額定轉速之和等于同步轉速。</p><p>　　一般情況下，電機的額定轉速接近同步轉速，情況2是不符合實際情況的。因此，可以得出兩臺電機同軸運行功率平衡的條件為：</p><p>　　(1)同樣的電機種類；&

57、lt;/p><p>　　(2)兩臺電機具有相同的極數；</p><p>　　(3)即兩臺電機的實際額定轉速相等或者說兩臺電機具有相同的額定轉差率。</p><p><b>　　2.4 本章小結</b></p><p>　　本章首先論述了雙電機同軸驅動功率不平衡的機理，并進行了理論推導和論證；然后闡述了雙電機同軸驅動功率平衡的

58、定義及推論，對推論進行了證明；在此基礎上，推導出了雙電機同軸驅動功率平衡的條件：同樣的電機種類及兩臺電機具有相同的極數。</p><p>　　3 雙電機同軸驅動的建模與仿真</p><p>　　隨著交流傳動技術，特別是變頻調速技術、矢量控制技術和直接轉矩控制技術的發(fā)展，人們對交流傳動的研究越來越深入【3】。計算機仿真作為研究交流傳動的一種重要手段，也越來越受到重視。計算機仿真軟件MATL

59、AB/Simulink以其簡單易用、建模方式靈活等特點更是深受廣大研究者的青睞。</p><p>　　交流傳動中的控制對象是異步電機，異步電機本身是一個非線性、強耦合、高階次的控制對象，再加之在變頻裝置非正弦供電條件下運行，使經典的交流電機理論和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)分析方法不能完全適應于現代交流調速系統(tǒng)的分析。利用計算機仿真方法來研究交流調速系統(tǒng)是解決這類過程問題的一種有效工具，而電機仿真模型的好壞直接關系到仿真結果的

60、可信度。MATLAB/simulink軟件的Powersystem(電力系統(tǒng)工具箱)中帶有d-q-0坐標系下異步電機模型模塊。</p><p>　　3.1 籠型異步電機的物理模型</p><p>　　根據異步電機的結構特點，并與同步電機相比較，則可直接由同步電機的物理模型引出異步電機在d-q-0坐標系統(tǒng)中的物理模型，如圖3.1所示。</p><p>　　其中，下標

61、s、r分別表示異步電機定子和轉子量，偽靜止繞組ds、qs和實際定子的三相繞組等效，而靜止繞組d、q和實際轉子繞組等效【4】。</p><p>　　圖3.1 籠型異步電機物理模型</p><p>　　3.2 籠型異步電機的數學模型</p><p>　　異步電機的數學模型是一種高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電機的模型時，常作如下假設：</p>

62、<p>　　(1)忽略空間諧波，設三相繞組對稱，所產生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布；</p><p>　　(2)忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的；</p><p>　　(3)忽略鐵芯損耗；</p><p>　　(4)不考慮頻率和溫度變化對繞組電阻的影響。</p><p>　　3.2.1三相坐標與兩相坐標的變換<

63、;/p><p>　　這里的坐標變換是指三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組α、β之間的變換或逆變換，即變量從靜止的a-b-c坐標系向靜止的α-β坐標系的變換或逆變換【5】。</p><p>　　圖3.2(a)表示了三相繞組A、B、C和兩相繞組α、β各相磁動勢矢量的空間位置，各相磁動勢的大小是隨時間變化的。令三相的a軸與等效兩相的α軸重合，由于每一相的磁動勢和對應的電流成正比，因此也可以用圖3.

64、2(b)電流矢量圖表示。</p><p>　　圖3.2 三相繞組和兩相繞組磁動勢的空間矢量位置和電流矢量位置圖</p><p>　　a 空間矢量位置 b電流矢量位置</p><p>　　設磁動勢波形是正弦分布的，根據等效磁場的假定，則三相繞組的總磁動勢與兩相的總磁動勢相等，兩套繞組瞬時磁動勢在α、β軸上的投影應該相等（設三相繞組每相有效匝數為N3，兩

65、相繞組每相有效匝數為N2）。</p><p><b>　　寫成矩陣形式，得</b></p><p>　　如果考慮變化前后總功率不變，匝數比應為</p><p>　　代入式(3.3)中得</p><p>　　以上關系對于磁通也有</p><p><b>　　對于定子電壓也有</b&g

66、t;</p><p>　　令為從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣【6】【7】，則</p><p>　　如果要從兩相坐標系變換到三相坐標系（2/3變換），可利用增廣矩陣的方法把擴展成方陣，求其逆矩陣后，再除去增加的一列，即得</p><p>　　3.2.2靜止坐標與旋轉坐標的變換</p><p>　　α、β兩軸是靜止的，而電流、矢量等旋轉矢

67、量卻是以角速度旋轉的，故其在α、β兩軸上的投影都是時變量（交流量）。若將靜止的α、β坐標系變換成以角速度旋轉的M、T坐標系，則旋轉矢量在α、β兩軸上的投影，都變成了直流量，這樣異步電機就可以當成直流電機來控制了。坐標旋轉如圖3.3所示。</p><p><b>　　圖3.3 坐標旋轉</b></p><p>　　α、β坐標和M、T坐標的轉換關系如下：</p>

68、;<p>　　令為兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的變換矩陣，</p><p>　　同理可得兩相旋轉坐標到兩相靜止坐標的變換矩陣</p><p>　　3.2.3籠型異步電機的數學模型</p><p>　　采用在αβ坐標系下建立的異步電動機數學模型【7】，其電壓方程式為：</p><p>　　式中，為定子繞組電壓；為定子繞組電壓

69、；為定子繞組電流；為定子繞組電流；為與定子繞組匝鏈的磁鏈；為與定子繞組匝鏈的磁鏈；為轉子繞組電流；為轉子繞組電流；為與轉子繞組匝鏈的磁鏈；為與轉子繞組匝鏈的磁鏈；為轉子繞組的速度電動勢；為轉子繞組的速度電動勢；P為微分算子。</p><p><b>　　速度電動勢為：</b></p><p>　　磁鏈可用電感和電流表示【1】【8】，即</p><p

70、>　　式中，表示定子繞組全電感；表示轉子繞組的全電感；為定、轉子繞組之間的互感。</p><p>　　式中，為定子繞組的漏電感；為轉子繞組的漏電感。將式（3-15）、（3-16）、代入（3.14），可得電壓矩陣方程【7】【9】：</p><p>　　異步電動機電磁轉矩方程【1】【4】【8】【9】為</p><p>　　式中為極對數，運動方程【8】為</p

71、><p>　　將式(3.18)寫成</p><p>　　從式(3.21)可以看出，其電壓方程由電阻壓降、感應電勢及旋轉電勢三部分組成，其中P是微分算子，u、i為電壓和電流列向量【5】，</p><p>　　以異步電動機的定子電流，轉子電流，為狀態(tài)變量，將式(3.21)寫成</p><p>　　式中，，為定轉子電阻，，為定轉子電感，為定轉子之間的互

72、感，ω為轉子角速度，，。</p><p>　　由式(3.22)和以異步電動機旋轉的角速度ω為狀態(tài)變量的式(3.20)為異步電動機在αβ坐標系下的動態(tài)仿真模型，同理，在dq坐標系下建立的異步電動機數學模型，其電壓方程為</p><p><b>　　其電磁轉矩方程為</b></p><p>　　而運動方程不變，由于dq軸相對轉子靜止，因此不存在旋轉

73、電勢，但其電壓，需要通過旋轉坐標變換才能得到，它們是間接的量，如式(3.25)所示，而對于在αβ坐標系中其電壓，通過靜止坐標變換可得到，如式(3.26)所示：</p><p>　　3.3 籠型異步電機的仿真模型建立</p><p>　　異步電機有4個輸入端，前三個接三相交流電源，第4個為機械轉矩輸入端。有12路輸出端，但最常用的有以下4路輸出信號：轉子電流、定子電流、轉速和電磁轉矩。其中

74、電源選擇三相正弦交流電，將其通過三相電壓Ua、Ub、Uc變換到兩相坐標下的、，使用MATLAB軟件中的Simulink工具建立電源仿真模型如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 三相電變兩相仿真圖</p><p>　　下面是根據異步電機的的電壓方程建立的仿真圖【1】，如下圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 電壓方程仿真圖</p>&

75、lt;p>　　下面建立異步電機電磁轉矩方程仿真圖，如下圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 電磁轉矩方程仿真圖</p><p>　　下面是用電磁和電感表示的磁鏈仿真圖，如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 磁鏈仿真圖</p><p>　　下面開始建立異步電機仿真模型。啟動MATLAB，在命令提示符下輸入Simulin

76、k，啟動Simulink工具，新建一個仿真模型，如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 異步電機仿真模型</p><p>　　圖3.8中的仿真模型封裝之后就形成了異步電動機封裝模塊【9】，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 異步電動機封裝模塊</p><p>　　圖3.8的仿真模型中轉速轉矩電流模塊如圖3.10所示。<

77、;/p><p>　　圖3.10 轉速轉矩電流模塊</p><p>　　以一個實際的異步電機數據從動態(tài)與穩(wěn)態(tài)方面對上面模型進行仿真研究。所用電機參數如下表所示。</p><p>　　表3.1 某籠型異步電機參數</p><p>　　有了電機基本數據，還要對模型中各個模塊參數進行修改，常用的異步電動機的接法一般有星型接法和三角形接法，在本次仿真試驗

78、中采用星型接法。需要作如下參數配置：</p><p>　　電源的3路輸入信號的初始相位分別設置為0°，120°，240°，電壓設為220V，頻率為50Hz。</p><p>　　3.4籠型電動機特性仿真</p><p>　　仿真的終止時間設為1秒，仿真算法為ode15s，相對允許誤差和絕對允許誤差均設為10-7。對電機的相應參數修改完之

79、后，啟動仿真模型，雙擊相應的示波器待仿真穩(wěn)定后會出現相應的波形圖，電機各參數仿真曲線如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 相電流曲線</p><p>　　由上圖可以看出，在仿真開始至大概0.1秒時電流有較明顯階躍，在0.1秒至0.2秒時階躍逐漸變小，從0.2秒到1秒時曲線漸漸變?yōu)轭愃朴谡仪€，幅值在5A左右。</p><p>　　圖3.12 電機運行

80、轉速曲線</p><p>　　由上圖轉速曲線可以看出電機轉速從0r/min開始上升，在0.1秒之后上升至最大接近于1600r/min，其后轉速有所下降，在0.2秒之后轉速趨于平穩(wěn)，達到1550 r/min至1560r/min，電機按照這個轉速繼續(xù)運行。</p><p>　　圖3.13 三相異步電動機電磁轉矩曲線</p><p>　　由上圖電機電磁轉矩曲線可以看出，在

81、仿真時間0.1秒之前曲線有明顯的階躍，在0.15秒附近達到最大值，此后開始下降大概在0.2秒趨于平穩(wěn)，達到10N?m直到仿真結束。</p><p>　　3.5 雙電機同軸驅動模型</p><p>　　由于兩電機是屬于硬連接的同軸驅動結構，速度被強制為一致。電機間存在耦合關系，對待這種情況，一方面可以進行解耦，然后再分別進行研究；另外也可以把兩電機作為一個整體來研究。考慮到本系統(tǒng)中，電機的

82、解耦相當復雜和困難，因此我們把它們作為一個整體進行研究。用Matlab/Simulink軟件建立的仿真模型如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 雙電機同軸驅動模型</p><p>　　3.6雙電機同軸驅動仿真研究</p><p>　　設置兩個電機參數=0.666H，=0.670H，=0.651H =3.24Ω，=2.65Ω，=3.65Ω，Np=2，J=

83、0.02Kg?m2，進行仿真得到兩個電機的負載分配曲線，如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 雙電機負載分配曲線</p><p>　　在實際工作環(huán)境中，兩臺電機功率不平衡，一臺電機輕載，另外一臺電機容易過載，發(fā)熱過量，導致燒壞。圖3.15中，黑色的曲線是主電機的負載曲線，灰色的曲線是從電機的負載曲線。如圖所示,兩臺電機負載曲線有明顯的差異,這是因為,兩電機的轉子電阻參數不同

84、，兩電機各自所承當的負載不同。開始時,主電機產生的階躍較小，從電機產生的階躍比較大。過一段時間后,主電機曲線達到穩(wěn)定值，從電機負載曲線在主電機負載曲線附近上下振蕩，近似于正弦曲線。這樣，驗證了雙電機功率不平衡理論。</p><p><b>　　3.7 本章小結</b></p><p>　　在本章節(jié)中，首先陳述了異步電動機的數學模型，應用Matlab/Simulink仿

85、真軟件，建立了異步電動機在兩相靜止坐標系下的仿真模型，同時在此基礎上，把兩臺電機看做一個整體，建立了雙電機同軸驅動的模型，進行仿真，可以看出模型符合要求，且對第二章的理論進行了印證。</p><p>　　4 雙電機同軸驅動功率平衡的控制研究</p><p><b>　　4.1控制系統(tǒng)設計</b></p><p>　　由于同型號的兩臺電機也不可

86、能能做到參數完全一致，因此在兩臺電機共同拖動同一負載的情況下，彼此的負載就不可能相同，由此容易造成其中的一臺電機工作在輕載的狀態(tài)，而另外一臺電機工作于過載的狀態(tài)下，造成過熱，容易磨損問題。為克服這種情況，達到負載的合理分配，就必須解決兩臺電機的速度控制和力矩均衡問題。</p><p>　　4.1.1 設計思想</p><p>　　在一些交流傳動應用場合，要求實現快速的轉矩控制，顯然直接轉矩

87、控制非常適合這一類控制系統(tǒng)應用。即使在轉速是重要控制目標的場合，轉矩控制也仍然顯得非常重要，因為只有轉矩能影響轉速。如果轉矩控制性能好，則不難設計一速度調節(jié)器，使速度環(huán)有良好的品質。反之，若轉矩控制性能不好，響應慢，相應的調速性能也好不了。因此調速的關鍵在轉矩控制。除了使系統(tǒng)具有較高的轉矩動態(tài)性能外，還應使生產出來的設備經濟、實用。</p><p>　　本系統(tǒng)設計的基本思想如下:</p><p

88、>　　(1)具備高可靠性。由于系統(tǒng)要用于現場，和經濟效益直接聯(lián)系，系統(tǒng)如果運行不可靠，將會對用戶造成很大的經濟損失，因此設計出來的系統(tǒng)在運行時必須能夠保證有很高可靠性。</p><p>　　(2)滿足實時性。在很多場合感應電動機在運行過程中，希望在轉矩或磁鏈等量發(fā)生變化時能夠及時對其進行調節(jié)，這就要求對感應電動機進行閉環(huán)控制，并且設計的控制系統(tǒng)對各種數據的檢測及運算進行實時處理，同時給電動機提供相應的控制信

89、號，以滿足實時性要求。</p><p>　　(3)獲得轉矩的高動態(tài)響應。感應電動機轉矩的動態(tài)響應好與否直接影響著直接轉矩控制系統(tǒng)的應用范圍，因此開發(fā)高動態(tài)響應的直接轉矩控制系統(tǒng)，使其應用范圍更廣是有重大意義的。</p><p>　　(4)便于維修。在進行設計時，應考慮便于設備在現場運行時的維護和維修。</p><p>　　4.1.2 控制系統(tǒng)總體結構</p&g

90、t;<p>　　對于硬軸聯(lián)接的雙電機驅動系統(tǒng),電機的轉速被強制同步,因此保證電機的出力平衡將是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。顯然如果兩臺電機由一套逆變器供電,電機性能的差異將導致出力的不平衡,而且這種差異是無法調節(jié)的,因而不宜采用，而采用2 臺變頻器分別控制2 臺電機【8】【9】。又因為在運行過程中，考慮系統(tǒng)的抗干擾性能和可靠性，因此我們采用了閉環(huán)控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖

91、4.1 系統(tǒng)結構圖</p><p><b>　　4.2控制方案選擇</b></p><p>　　對于雙電機的同步驅動控制，我們采用主從控制的方案。主從控制與速度控制不同, 其特點為: 傳動系統(tǒng)由幾個傳動單元共同驅動, 其電動機軸相互耦合。根據電動機軸耦合方式的不同,主從方式分為兩種,一種為剛性耦合,另外一種為柔性耦合。所謂剛性耦合, 即幾個不同的電動機軸之間通過萬向

92、節(jié)、傳動輥、齒輪帶等硬連接方式進行耦合。在這種情況下,只要其中一個傳動進行運動,另外一個或幾個傳動也將被動運行。而柔性耦合,即幾個不同的電動機軸之間通過網毯、皮帶等軟連接方式進行耦合。在這種情況下,只要其中一個傳動進行運動,另外一個或幾個傳動也將被拖動,但也有可能打滑。</p><p>　　主從控制的傳動只有電動機速度同步并不能滿足實際系統(tǒng)的工作要求, 實際系統(tǒng)還要求各傳動點電動機負載率相同,否則會出現某臺電動機

93、出力大,某臺電動機出力小的情況, 即要求有負荷分配控制。在變頻多電動機傳動控制過程中各分部電動機的負載率相同, 即δ= P/Pa 相同( P 為電動機所承擔的負載功率, Pa為電動機額定功率) 。主從控制一般有轉速隨動和轉矩隨動兩種形式?？紤]到轉矩隨動方式更容易實現,動態(tài)性能更好，故這里的傳動系統(tǒng)設計采用了這種方式。如圖4.2所示,M1 為主電機,有速度調節(jié)器ASR1和轉矩環(huán)ATL1,采用轉速給定工作方式,負責傳動系統(tǒng)的速度調節(jié)與啟?？?/p>

94、制；M2 為從電機,只有轉矩環(huán)ATL2 ,采用轉矩隨動工作方式,其轉矩給定信號來自于主變頻器,由于采用同一給定值,通過轉矩環(huán)的調節(jié),2 臺電機的穩(wěn)態(tài)輸出轉矩必然平衡。</p><p>　　圖4.2 轉矩隨動控制原理圖</p><p>　　圖4.3 系統(tǒng)示意圖</p><p>　　4.3直接轉矩控制系統(tǒng)模塊</p><p>　　由于在本系統(tǒng)我

95、們采用的是直接轉矩控制技術，因此對系統(tǒng)的仿真也是根據直接轉矩控制原理建立的。直接轉矩控制技術是近年來繼矢量控制技術發(fā)展起來的一種具有高性能的交流變頻調速技術。它不需要解耦電機的數學模型，而強調對電機的轉矩進行直接控制。即用空間矢量的分析方法,直接在定子坐標系計算與控制交流電動機的轉矩。采用定子磁場定向,借助于離散的兩點式控制產生脈寬調制信號,直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制,以獲得轉矩的高動態(tài)性能。</p><p&

96、gt;　　異步電動機的直接轉矩控制系統(tǒng)原理結構圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 直接轉矩控制原理框圖</p><p>　　它包括轉矩控制環(huán)和磁鏈控制環(huán)，采用Bang-Bang控制，通過轉矩和磁鏈滯環(huán)選擇合適的空間電壓矢量，調節(jié)電機的轉矩和磁鏈快速跟蹤給定。為了方便對轉矩的控制，必須先保持磁鏈幅值近似保持恒定。磁鏈軌跡越接近圓形，磁鏈幅值越接近恒定，對力矩的控制效果就越好，同

97、時電機電流的諧波分量越小。但是磁鏈軌跡越接近圓形，逆變器的開關頻率也會越高，通過磁鏈矢量觀測值與給定磁鏈值相比較，選擇合適的電壓矢量即可達到對磁鏈矢量幅值近似恒定的控制，這就是磁鏈的自控制【8】【9】。</p><p>　　直接轉矩控制系統(tǒng)仿真主要由以下幾大模塊構成：</p><p><b>　　一、轉速控制模塊</b></p><p>　　如

98、圖4.5所示，采用PI控制，結構比較簡單，Saturation飽和限幅模塊可將輸出的參考電磁轉矩的幅值限定在要求的范圍內。</p><p>　　圖4.5 轉速控制模型</p><p>　　封裝后的轉速控制控制模塊如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6 封裝的轉速控制模塊</p><p>　　給定電機轉速信號模塊如圖4.7所示。<

99、/p><p>　　圖4.7 給定電機轉速信號模塊</p><p>　　轉速給定由電動機仿真模塊的轉速仿真信號給出, 轉速調節(jié)曲線如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 轉速控制仿真曲線</p><p>　　由圖4.8，可以看出，經過轉速控制，電機轉速出現明顯的下降。再通過與前面的轉速信號進行比較，電機轉速變小，達到了調節(jié)的目的，為實現雙電

100、機的功率平衡的實現提供了可能。</p><p>　　二、定子磁鏈與轉矩觀測模塊</p><p>　　直接轉矩控制系統(tǒng)中定子磁鏈的觀測一般采用U-I模型，通過檢測出定子電壓，電流來計算定子磁鏈。此模型簡單，只需要確定定子電阻。但低速時定子電阻壓降的比例增大，使磁鏈觀測精度下降而使系統(tǒng)無法正常工作。同時此模型中的純積分環(huán)節(jié)會給磁鏈觀測帶來直流漂移和初始值的問題，造成定子磁鏈圓畸變，產生脈動轉矩

101、【10】。在磁鏈觀測器中采用低通濾波器來消除直流漂移問題，這會使得負載電流對磁鏈的影響大大減小，從而引起定子磁鏈的幅相誤差。本文針對以上問題，采用一種將積分環(huán)節(jié)和低通濾波器結合起來的磁鏈觀測方法，提高了低速時磁鏈的觀測精度。定子在靜止兩相坐標系下的磁鏈與為：</p><p>　　定子兩相的電動勢與為</p><p>　　觀測器模型如圖4.9所示。</p><p>　

102、　圖4.9 觀測器模型</p><p>　　圖中與分別為兩相靜止坐標系軸的反電動勢，作為磁鏈觀測器的輸入，兩相定子磁鏈與作為輸出。采用坐標變換的磁鏈觀測器的輸出與，經過幅值和相位分離后，再進行閉環(huán)反饋的補償，減小了輸出直流偏置，同時磁鏈的幅值和相位在不同的階段得到了不同的補償，提高了磁鏈觀測的精度。</p><p>　　根據定子電流和磁鏈，可以計算電磁轉矩：</p><

103、p>　　上述式中與為靜止兩相坐標下的定子電流；為定子電阻；為電機極對數。可根據式（4.4）很方便地構成轉矩觀測器仿真模型圖如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 轉矩觀測器模型</p><p>　　三、磁鏈與轉矩調節(jié)器模塊</p><p>　　磁鏈調節(jié)器采用兩點式調節(jié)，輸入量分別為定子磁鏈給定值和，輸出量為磁鏈開關量（0或1）,它主要用來控制磁鏈的

104、增加與減?。晦D矩調節(jié)器采用三點式調節(jié)，輸入量分別為轉矩給定值及轉據觀測值，輸出量為（-1，0，+1）。它主要用來決定在表中選取有效空間電壓矢量還是零矢量。兩個調節(jié)器中的滯環(huán)環(huán)節(jié)由Simulink中的Relay模塊構成。</p><p>　　圖4.11 A. 轉矩三點式調節(jié) B. 磁鏈兩點式調節(jié)</p><p>　　四、定子磁鏈扇區(qū)判斷模塊</p><p

105、>　　磁鏈和轉矩的調節(jié)依靠空間電壓矢量來實現，而同一電壓矢量對處在不同位置的磁鏈具有不同的作用效果，故必須知道磁鏈矢量的實際位置才能正確地選擇合適的空間電壓矢量。將磁鏈軌跡分成6個區(qū)域，根據與的正負值可以確定磁鏈軌跡在哪個區(qū)域中。定義三個變量A，B，C，采用如下算法判斷磁鏈所處扇區(qū)：</p><p>　　如果>0,A=1,否則A=0;</p><p><b>　　如果

106、</b></p><p><b>　　如果</b></p><p>　　另=A+2B+4C,通過仿真模型可以確定磁鏈在圓形軌跡的區(qū)域。其中為1~6的任意整數。以上算法可以通過S-fuctions編程實現。</p><p>　　四、空間電壓矢量開關表選擇模塊</p><p>　　將磁鏈調節(jié)器與轉矩調節(jié)器，磁鏈位

107、置判斷3個單元的輸出信號和SN結合起來，可以制定處電壓矢量開關表，確定電壓矢量的作用次序和電壓的開關狀態(tài)，保證磁鏈軌跡為圓形，達到較好的動，靜態(tài)性能的控制效果。此模塊可以通過S-fuctions以及Simulink工具實現仿真，空間電壓矢量開關選擇如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 空間電壓矢量開關選擇表</p><p><b>　　4.4 本章小結</b>

108、;</p><p>　　在本章中，首先進行了控制系統(tǒng)的設計，考慮到系統(tǒng)的高可靠性、實時性、動態(tài)響應性，因此我們采用直接轉矩控制，在設計思想的指導下確立了控制系統(tǒng)的總體結構：雙電機雙變頻器的閉環(huán)控制結構。提出了基于直接轉矩控制的主從控制方案，采用了主從控制中的轉矩隨動控制方式。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　本論

109、文根據鼠籠式雙電機同軸驅動功率平衡系統(tǒng)存在的技術難點進行研究，采用主從式控制方案，通過仿真研究，印證了控制方案的可行性。通過對功率平衡系統(tǒng)的理論分析、算法設計和仿真研究，現總結以下幾點：</p><p>　　1)通過查閱大量文獻資料，對雙鼠籠電機同軸驅動功率平衡系統(tǒng)進行了控制方案設計，比較多種控制方法和經驗，提出了主從式控制方案。</p><p>　　2)詳細論證了在該方案下，從電機通過變

110、頻調整其機械特性進而跟蹤主電機的原理及過程，在這一理論論證中，作了定性、定量的分析。</p><p>　　3)建立三相異步電動機的電機物理和數學模型。并使用MATLAB軟件建立異步電機仿真模型，得到三相異步電動機的定子電流，電動機轉速，轉矩的仿真曲線并進行分析。此外，還建立了雙電機同軸驅動模型，并對雙電機電磁轉矩進行了仿真研究。</p><p>　　4)提出三相異步電動機的控制方案，并對直

111、接轉矩控制進行了初步的研究。</p><p>　　本論文只是對針對雙鼠籠電機同軸驅動的系統(tǒng)進行了功率平衡方案的理論設計和算法仿真，對于控制器設計的硬件及軟件編程實現都沒有涉及。此外，在雙電機功率平衡的考慮上，也只考慮了電動機的穩(wěn)態(tài)過程，對于電機起動、制動過程的功率平衡，尚未深入研究，因此，本課題尚有大量的研究空間，需要進一步的完善。但是本文畢竟為今后的工作打下了一個必要、良好的基礎。</p><

112、;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在馬景富老師的悉心指導下完成的，在半年的學習過程中，馬老師在學業(yè)上、思想上、生活上給予了我諄諄的教導和無微不至的關懷，在此謹向馬老師表示深深的謝意。馬老師對我提出的許多問題都給了耐心細致的解答。特別是在Matlab軟件的仿真以及版式的編排過程中，馬老師更是給了我莫大的幫助。感謝大學四年來自動化教研室的老師們，在四年的生活學習