仿真在机械运动系统中的应用.docx

《仿真在机械运动系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仿真在机械运动系统中的应用.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、仿真在机械运动系统中的应用1摘要1 .1背景与目的电路仿真与操纵算法仿真己经广泛应用于变频器开发过程当中,但是负载特性描述的比较简单，通常为通常的恒定转矩负载，但是实际应用中机械负载的状况要复杂很多，为了准确评估变频器在不一致工作条件下的性能，本研究报告的目的在于研究Saber中关于机械仿确实基本原理与方法，与在公司变频器开发中的应用，实现通过仿真模拟不一致负载条件下变频器工作状况，为性能优化提供参考。1.2关键词KC1KV1,对偶，力，转矩，位移，角速度2 .机械仿确实基本原理Saber是一种基于KC1定理与KV1定理进行仿确实仿真器，除了能够分析电路以外，它还能够关于流体，机械运动进行分析

2、，其中关于机械物体运动的分析，能够被应用在变频器负载特性的分析当中。简单说明如下。2.1 机械与电的对偶关系机械系统与电路分析的对象一样，能够分为支路与节点，一个器件两个端点之间是一个支路，而几个器件的连接点就是一个节点。两个节电之间的物理量之差被称之“AcrossVariab1e”,而穿过一个支路的物理量被称作“ThroughVariabIe”。关于电路仿真而言，“AcrossVariab1e”是某个节点的电压，“ThroughVariab1e”是某个支路的电流，而机械系统仿真中，“AcrossVariab1e”是节点的位移（或者者转动角度，角速度），“ThroughVariab1e,是支路

3、的力（或者者转矩）。他们同样都满足KC1与KV1定理，具有物理意义上的对偶关系。简单说明如下。关于图中的节点，有如下公式：11+12+13=0其中In为流过各个支路的电流。（这里有一个参考方向问题，决定该物理量的符号，后同）电路的KC1定理关于机械系统的KC1定理，则表示如下。关于图中的节点，有如下公式：f1+f2+f3=0其中fn应该为来自各个方向的作用力，这个定理的基本含义就是作用于某个点上面的各个方向力量之与为零。具体到这个例子当中，f1表示物体的重力，f2表示绳子的拉力，二者之差f3,在物体上面产生加速度。电路的KV1定理，如图三:关于图中所示的闭合回路，有如下公式:V1-V2-V3=

4、0即各个支路端电压之与为零。图四机械运动的KV1定理，如图四关于图中所示的一个闭合回路，有如下公式：Ip1+1p2+1p3=其中Ipn表示各个支路两端的相对位移。关于旋转机械运动系统，也有同样的等式，只是对象由力与位移对应为转矩与角度。3 .常用模型与基本仿真方法Saber中提供的机械运动模型能够分为两大类，平移运动与转动。它们的差别要紧在于变量类型的不一致，转动系统的模型中变量是转矩，角度，角速度，角加速度；平移系统的模型变量是力，位移，速度，加速度。等等，但是他们之间有很强的对偶特性，这部分要紧以一些简单例子，说明SABER中机械仿确实基本思路。并尽量应用与电路仿真对偶的方法进行讲解。3.

5、1 源电路仿真中由电压源与电流源描述各类激励，关于于机械系统中，对偶的源如下：电路电压源电流源平移系统力源位移源转动系统转矩源角度源这些源有各类不一致形式：恒定，脉冲,正弦，斜坡等等，其中最常用的是平移系统中的力源与转动系统中的转矩源，举例说明如图五IrqJcj:20上面的图形中，左边表示一个重力作用于一个物体的情况，右边表示一个转矩作用于一个转动惯量的情况。他们分别满足下列的公式：加速度=力/质量角加速度=转矩席动惯量而仿真输出的结果分别是节点的位移，速度与转动角度，角速度，如图六GraphOGraPhI图六3.2 负载电路仿真中，电阻，电容，电感与各类半导体器件都能够被视为电路当中的负载，

6、他们关于作用在上面的电压与电流有不一致响应，从而导致电路中这些物理量产生变化。同样的道理，机械运动系统的仿真中，也有各类各样的负载状况，比如风机负载，恒转矩负载，摩擦，粘滞等，他们关于不一致的转矩（或者者力）与角速度，角度（或者者位移）也产生不一致响应，当然也包含前面提到的转动惯量。Saber提供了常用的负载模型，我们只需要输入一些常用参数，就能够得到他们的仿真结果。以图七为例：左图中显示一个风机负载，而右图显示一个摩擦性负载，通过定义他们的参数，能够得到他们关于在相同输入转矩与转动惯量情况下的运动状况。图八中仿真结果显示了风机负载的速度，转矩与速度一转矩的相对关系。图八而图九的仿真结果显示了

7、摩擦性负载速度，转矩与速度一转矩的相对关系。图九当然，实际中的负载状况比这个复杂，但是通过组合这些模型，基本上能够满足要求。3.3 机械装置Saber中还提供了很多机械装置的模型，比如滑轮，卷轴，皮带轮，齿轮等等。这些模型的要紧作用是实现一些变换：力的大小与方向，速度的大小与方向，与平移系统与转动系统之间的转换。下图中是一个提升装置，其中的关键部件是卷轴，它实现转矩到牵引力的转换过程，通过仿真，能够得到卷轴的角速度，被提升重物的速度这些指标。3.4 电机前面介绍的都是纯机械的部分，但是我们的分析机械的目的是研究电机性能，Saber中提供了多种不一致的电机模型：鼠笼电机，步进电机，直流永磁电机等

8、等，当然，我们用的最多的是三相鼠笼电机。如下图:在仿真中，它能够实现机电变量间的转换，求出各相电流与输出转矩。定义它的惯量，定子与转子的每相电感，漏感，电阻，匝数等参数，能够求出它每相电流，电压与输出转矩等。4 .应用实例基于以上原理，Saber能够用同一个仿真器完成机电混合系统的分析，求解这些物理量，特别关于电力拖动系统，能够完整的描述驱动电路到机械负载的工作情况。下面是一个典型的变频器仿真事例一一TD3000带势能负载在该图左边是电路单元，包含了三相逆变桥电路与电流检测，速度检测电路；中间是三相电机完成机电转换，与实现空间矢量操纵逻辑的DSP算法操纵单元；右边是机械部分，包含了传动齿轮，卷

9、扬装置，阻尼，与被提升的重物。从而对变频器的电路，算法，机械特性进行全面的分析。通过仿真，能够得到电路中各项参数，与物体运动参数，如下所示：三相电流Graph3t(s)物体位移，电机转矩与转速Graph280.060.040.020.00.0通过这样的仿真，我们能够发现势能负载与恒转矩负载关于电机性能有不一致要求，并在此基础上面进行操纵参数的优化。5 .总结1：机械系统仿真功能的应用，关于更好的懂得与深入研究变频器系统在不一致负载状况下的性能具有重要的参考意义，其根本目的在于改进算法。2：关于组合负载的懂得与应用，比如关于一个电梯，它可能要用到阻尼，弹簧等多种负载组合描述他的机械运动特性，懂得这些模型特性是准确仿确实前提。