机械式变速器高速试验台建模仿真与测试研究

摘要

机械式变速器高速试验是国家汽车行业标准QC/T568.1-2011中新增设的验证机械式变速器在高转速、高负载、长时间工况下耐烧性、可靠性和耐久性的重要试验。在实际高速试验中，由于试验台控制系统控制精度不足的问题导致了试验台无法满足高速试验要求。为了通过增设转速和转矩PI调节器方法解决该问题，本文基于MATLAB/SIMULINK仿真平台，构建了机械式变速器高速试验仿真系统。
　　首先，通过对比分析的方法确定试验台驱动电机和负载电机类型为三相异步电机。建立基于三相异步电机物理模型的数学模型，分析了其强耦合、非线性、高阶数等特点。为了使数学模型解耦降阶，利用坐标变换的方法，在同步旋转坐标系下建立了带转矩内环的按转子磁链定向的矢量控制系统数学模型。基于经典PID控制理论，确定了转速和转矩调节器的类型为PI调节器。
　　其次，基于已建立的驱动电机数学模型，以MATLAB为开发应用平台，利用SIMULINK模块库构建了机械式变速器高转速试验台仿真系统。基于该仿真系统，研究了PI调节器各项系数对高速试验的影响规律并对其进行了整定。根据高速试验要求，进行了带有PI调节器的不同档位高速仿真试验，验证了所设计的PI调节器的合理性。
　　最后，基于高速试验台特点，通过不同类型试验台的对比分析，确定了采用共直流母线能量回馈电封闭式试验台的设计方案。利用SIZER电机选择软件确定了驱动电机、负载电机及电机驱动设备的合理参数。对转矩传感器、温度传感器、数据采集卡、上位机与下位机通信方式等测控硬件进行了选型，构建了试验台的机械系统和测控系统。
　　实际变速器高速试验结果表明，带PI调节器的机械式变速器高速试验台的控制精度显著提高，能够充分满足实际高速试验要求，有效解决了高速试验台测控系统控制精度不足的问题。所构建的仿真系统经济、高效，精度和可靠性高，为试验台开发和设计提供了全新、可靠的技术手段。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 研究方法及技术路线

第2章 机械式变速器高速试验台电机数学建模

2.1 电机的选型

2.2 三相异步电机的物理模型和数学模型

2.3 坐标变换与矩阵变换

2.4 三相异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型及状态方程

2.5 三相异步电机按转子磁链定向的矢量控制系统建模

2.6 解耦后的驱动电机矢量控制模型

2.7 PI调节器控制原理与参数整定方法

2.8 本章小结

第3章 机械式变速器高速试验台仿真系统设计与试验

3.1 机械式变速器高速试验台仿真系统设计

3.2 PI调节器参数整定仿真试验

3.3 基于PI调节器的机械式变速器高速仿真试验

3.4 本章小结

第4章 机械式变速器高速试验台的构建

4.1 高速试验的特点

4.2 高速试验台的总体方案设计

4.3 高速试验台驱动负载系统构建

4.4 高速试验台测控硬件选型

4.5 高速试验台上位机软件设计

4.6 本章小结

第5章 机械式变速器高速试验测试

5.1 高速试验测试要求和控制策略

5.2 机械式变速器高速试验测试

5.3 机械式变速器高速试验控制精度对比分析

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果