桥式起重机运行系统非平稳状态机电耦合仿真研究

摘要

机电耦合动力系统在国民经济的发展中有重要的地位，涉及到广泛的工农业和科学技术领域。机电系统是多物理过程、通过多元多维运动实现多种形式的能量传递与转换、由微控变量信息流对系统主过程进行调控的系统，其力学问题是比较复杂的，它涉及到多个学科的基础理论，包括力学(指一般力学、连续介质力学，振动理论)与电学(电磁场理论、电路理论、电机理论)及其形成的交叉学科。 工程中的绝大部分转子系统都以交流电机作为动力源，机电耦合是转子系统在起动、制动、负载冲击和自激震荡等非平稳过程中表现出的基本特征。建立转子系统的机电耦合数学模型并利用该模型研究非平稳过程中各系统参数的变化规律，对于转子系统的参数设计和故障诊断具有重要价值。因此从机电耦合的角度研究转子系统的非平稳过程，有很重要的现实意义。 本文着重于对具有变频调速装置桥式起重机的运行机构机电耦合系统在非平稳过程进行仿真分析。桥式起重机在频繁的起制动、变频调速时运行机构的机电耦合特征很明显，这些特征对与分析运行机构的故障以及延长其使用寿命都有一定的作用。 本文综合考虑了串联补偿电容、机械转子系统横振、电机转子与机械转子的旋转运动引起的相对扭转的影响，以经典电机理论以及机械转子系统的建模理论为基础建立了起重机运行机构转子系统综合的机电耦合数学模型．运用MATLAB/Simulink仿真软件将数学模型化成仿真模型，在计算机上进行了仿真，对此机电耦合系统的非平稳过程进行了定性的研究。 最后，本文通过设计的实验与仿真模型的对比，证明了所建立的机电耦合模型适用于带调速装置的桥式起重机运行机构，此模型对于桥式起重机运行机构的设计改进，故障诊断都有一定参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1机电耦合系统的研究起源及发展

1.1.1机电耦合传动系统非平稳过程的研究状况及发展

1.1.2机电耦合传动系统非平稳过渡过程的意义

1.2桥式起重机运行传动机构机电耦合的研究意义

1.3本文研究的目标及主要工作

第二章运行机构驱动电机子系统的数学建模

2.1交流异步电机数学模型建模的基本理论

2.1.1三相异步交流电机基本的A B C系统磁链、电压和转矩方程

2.1.2系统的坐标变换

2.2在M、T坐标系统中建立数学模型

2.2.1一般化的d、q 、O系统中的数学模型

2.2.2同步旋转M、T坐标系中异步电机的数学模型

第三章运行机构机械传动子系统的数学建模

3.1机械传动的建模理论

3.1.1拉格朗日方程建模方法

3.1.2考虑轴的转动惯量时的运动方程式

3.2机械传动子系统的数学建模

3.2.1减速器模型

3.2.2制动联轴器——长同步轴——齿轮联轴器模型

3.2.3车轮——短同步轴——齿轮联轴器模型

3.3机械传动子系统的耦合

第四章运行机构的机电耦合系统模型描述

4.1整体模型的概念及建立过程

4.2二质体的的耦合动力学整体模型

4.2.1运行机构等效二质体机电耦合模型

4.2.2机电耦合整体联合模型

第五章系统的动力学仿真

5.1计算机仿真概述及MATLAB/Simulink简介

5.2仿真算法

5.2.1算法的选定

5.2.2 Gear法公式

5.2.3Gear法的变阶和变步长

5.3建立Simulink仿真模型

5.3.1异步电机仿真模型

5.3.2整体系统仿真模型

5.4试验系统

第六章总结及展望

6.1论文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文