控制式差动无级变速器调速控制的研究

摘要

机械无级变速器一般是靠摩擦力来传递动力的,这样就限制了其调速范围和承载能力。针对这两个问题,我们提出用机械无级变速器去封闭差动周转轮系的两个输入端,形成所谓“控制式差动无级变速器”。这样可以通过周转轮系的差动合成作用,使机械无级变速器的调速范围得以扩大,甚至实现过零调速;或者通过并联系统的功率分流作用,提高整个装置的承载能力,同时实现精密调速。在上述两个问题中,无论解决哪一个,都可以扩大机械无级变速器的应用范围。
　　 控制式差动无级变速器在结构上比较复杂,我们对其进行了运动学分析,给出装置类型的判定依据、传动比和调速范围等公式;该装置在空间结构上存在封闭,有可能导致循环功率的产生,简单分析装置是否存在循环功率的方法以及功率流计算方法;最后对装置的传动效率进行分析,推导出传动功率与装置参数之间的关系式。以前控制式差动无级变速器的调速都是靠调速手柄来进行机械调节,这样既费力又不准确,随着现代化大工业时代的到来,尤其是现代控制技术的发展,在此就提出利用现代控制系统理论建立控制式差动无级变速器的自动调速控制系统。通过对控制式差动无级变速器的结构上进行分析,在理论上对调节函数进行推导得出调速函数的表达式,由于调速函数表达式过于复杂,加上宽V带在调速的过程中有可能打滑或者带的伸张等,用现在控制理论很难实现精确的调速控制,所以利用最小二乘法对实验采样的数据进行拟合,最后得出调速函数多项式形式,为下一步控制理论做基础。
　　 在建立后控制系统的调节函数模型后,提出三种总体控制方案,在选择对比后决定采用以固高运动控制器为基础的伺服控制系统这一方案。确定控制方案后搭建控制系统的硬件模型,利用前面所知道的具体参数对编码器、固高控制器、伺服驱动器和伺服电机等硬件进行参数、性能对比选择,最后选择出具体的型号类型,确定硬件系统的组成结构。
　　 在硬件系统确定后,在此我们利用VisualC++强大的开发软件功能,根据控制式差动无级变速器在应用中经常用到的实际情况,提出三种调速控制模式,编制出人机对话框。并简单介绍操作程序的操作方法与步骤,在基于固高运动控制器开发出对应于三种控制模式的程序。本文为控制式差动无级变速器的调速控制提供了相对完整的理论分析过程,对其自动化调速的实现具有一定的指导意义。