導語：電動系統機械負載動力學控制一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

電動機是現代工業、國防等行業中非常重要的執行機構，它在實際應用中所承擔的機械負載具有復雜化、多樣化的特點。隨著科技不斷的進步，一方面對于生產過程的控制要求越來越高，電動機所承載的機械負載越來越復雜，對其進行高精度的控制，需要采用先進的控制策略，然而采用現場試驗的方法研究控制算法是不現實的，危險性和成本都比較高，采用純理論仿真研究，又難免會脫離真實的物理實際；另一方面，對電動機的性能要求越來越高，需要有對電動機進行測試的設備。因此，我們需要一種能夠對實際應用中機械負載進行模擬的系統，用于滿足離線控制算法研究和電動機性能測試的設備，電動負載模擬系統能夠滿足以上兩個方面的要求。目前，國內外很多學者在基于電動系統的負載模擬控制和應用方面做了大量的研究工作。文獻[1]中電動負載模擬系統是由兩臺同軸相連的電機構成，一套為被測電機，另一套為負載模擬電機，通過對負載模擬電動機進行控制，使其為被測電機提i供各種實際應用中的機械負載。文獻[2—4]也是基；于電動系統的負載模擬裝置，提出了能夠模擬機械；負載動態性能的負載模擬電動機控制算法，實驗和仿真結果均證明該控制算法是有效的。文獻[5]采i用兩臺電機同軸相連的方式，建構二自由度機器人手臂的非線性負載模擬的半實物仿真系統。文獻i[6]給出了一套測試電梯曳引電動機的系統，驅動電機為曳引電動機，采用一套直流電機來模擬電梯i曳引電動機的負載。文獻[7]提出采用電動負載模擬系統用來模擬風力機風輪的動態特性，用于幫助；．．設計和測試實際的風力發電系統。文獻[8]介紹了：軍用于測試潛艇驅動電機的負載模擬系統，它以一臺i直流發電機為負載模擬電機，模擬潛艦負載。；囊目前大多數應用到實際系統之中的多局限于機的械負載的靜態模擬，對于動態模擬還不多。并且模!城擬的負載多是線性負載的靜態模擬，對于非線性的；研究還有待深入。本文就基于電動系統的線性和非翌線性機械負載的動力學模擬進行研究。

1負載模擬系統的模型

系統的總體結構如圖1所示，驅動電機和負載；模擬電機同軸連接，其中驅動電機是三相交流電機，加載電機為一臺可以四象限運行的直流電機。通過對模擬電機進行控制，使其為驅動電機提供負載，完成對驅動電機的測試或者驅動電機伺服控制算法的研究。……扭矩傳感器‘…‘；圖l系統總體結構框圖；由于驅動電機采用三相異步電機，為了取得良好的伺服控制效果，對其采用矢量控制，得出驅動電i機控制數學模型。：(+Ld)i一+丁Lms~r(1)lLqs：(+Lss)+L~tosd8+—Lm—o)s~br(2)fr：～’r•；=(3)：PTL,．tpriq~(4)IrTLmLqs(5)I—rrr6=dt(6)IJ0、式中_-／Ads和分別為d軸和q軸定子電壓；如和i分別為d軸和q軸定子電流；為轉子磁鏈；Te為電磁轉矩；R和R分別為定子和轉子繞組電阻；和三分別為定子和轉子繞組電感；為定子與轉子之間的互感；∞。為轉差頻率；to為轉子轉速；∞為葷定子磁場同步轉速；卜怠；Lr。絮方程如下：蓑一。)+Bt)to(7)一=(a++e)+(a+(7)馨；式中：J為驅動電機轉動慣量；J為負載模擬電機載!轉動慣量；t，為編碼器的轉動慣量；為驅動電機-ii的粘性摩擦系數；為負載模擬電機B的粘性摩擦系數。一般情況下，編碼器的轉動慣量遠小于電機的i轉動慣量，可忽略不計。

2負載模擬電機控制算法

文獻[1]指出實際系統中的很多機械負載，它們的阻力矩與其轉速之間存在一固定的關系，可以用下式來表示：：d=n+．，ido)+B+6∞+c(IJ。(9)式中：a為恒定的轉矩；．，為轉動慣量；B為粘性摩擦系數；b和c分別為速度平方和速度三次方的系數。通過控制負載模擬電機使其模擬機械負載，則要求驅動電機驅動負載模擬電機的響應，應該等同于驅動電機驅動真實的機械負載一致，因此可得負載模擬電機的參考轉矩，如下：=口+(．，一．，1)do)+(日一BI)co+6+c(cJ(10)對于負載模擬電機的控制，目前多數采用如圖2所示的直接控制方法。a^c-，曰．丑．圖2負載電機直接控制方法這種控制方法的特點是簡單，但是精度較差。文獻[1]提出了一種負載模擬電機轉矩反饋的控制策略，通過轉矩傳感器測出軸上的轉矩，這種方法能夠提高測量精度和控制精度，該方法的結構如圖3所示，本文采用該種控制算法。

3仿真研究

交流電機的參數：定子電阻0．435Q，電感2mH，互感70mH，轉子電阻0．816Q，電感2mH，轉動慣量0．089kg•m，粘性摩擦系數0．005N•m•s。直流電機參數：轉動慣量0．05kg•m，粘性摩擦系數為0．01N•m•s，電樞電阻0．78Q，電樞電感0．016H。

3．1線性負載模擬實驗

對于要模擬的機械負載，T,~a=a+J+乩+。+伽，取轉動慣量J=0．003kg•In，取粘性摩擦系數B=0．15N•Ill•s，a=1，b=0，C=0，仿真實驗曲線如圖4所示。(a)定子電流{ol廠…一、………一-2。1(C)給定速度與實際速度(b)轉矩～。L—廣—碡—丁(d)速度曲線局部放大圖一～卜——一言．。『’———廠一2一。2—磚—T—廣—t／st／s(e)扭矩(f)負載電機轉矩圖4線性負載模擬仿真實驗曲線從仿真實驗曲線可見，驅動電機的定子電流波形是正弦波，諧波較小，控制效果理想；電機的實際速度能夠跟蹤給定速度的變化；負載電機轉矩的變化同速度的變化趨勢基本一致，控制效果理想，實現了對于線性負載的模擬。

3．2非線性負載模擬實驗

對于要模擬的機械負載，：d=0+．，00)+乩+6+伽，取轉動慣量．，=0．0005kg•In，取粘性摩擦系數B=O．001N•nl•s，a=1，b=0，c=0．002；仿真實驗曲線如圖5所示。萼．。眺(a)定子電流(b)轉矩鞭(C)給定速度與實際速度(d)速度曲線局部放大圖一2O『一、2O『善。—一善。r——一。2o占——1——市—一2‘20占——1——1t／st／s(e)扭矩(f)負載電機轉矩圖5非線性負載模擬仿真實驗曲線從圖5仿真實驗曲線可見，對于非線性負載，驅動電機的定子電流波形也是正弦波，控制效果理想；電機的實際速度能夠跟蹤給定速度的變化，在1S時，通過降低轉速測試系統的動態特性，發現驅動電機和負載電機轉矩都能夠按照預期的規律變化；負載電機轉矩的變化同速度的變化趨勢基本一致，控制效果理想，實現了對于非線性負載的模擬。

4結語

本文針對基于電動系統的機械負載模擬控制研究問題，給出了系統的總體結構，采用帶轉矩反饋的控制算法進行控制研究。分別對線性機械負載和非線性機械負載進行仿真實驗，從仿真結果可以看出，所采用的控制算法能夠實現對于線性和非線性機械負載的模擬，具有較好的魯棒性。