双电机齿轮同步驱动系统转矩均衡控制

摘要

双电机齿轮同步驱动系统可以在减小系统体积的基础上增大输出转矩，广泛地应用于大功率、低转速的工业领域。但是，齿轮传动属于硬轴刚性连接，两台电机强制同步;若负载一定，两台驱动电机的输出转矩呈“此消彼长”的耦合关系。由于电机轴的刚度不同、齿轮的润滑程度不同以及齿轮啮合未知的偏差，容易引起电机出力不均，即输出转矩不平衡。
　　以双永磁同步电机齿轮传动系统为研究对象，系统中的传动部件采用钢制圆柱直齿轮，两台电机各自连接一个小齿轮并与负载端的大齿轮啮合，从而实现共同驱动负载。当两台电机上的齿轮刚度出现不一致时，会出现两个小齿轮应力不一致，分配得到的负载不均。由于此类系统需要转速恒定，所以，动态反应时间，由于转速外环的作用，电机的电磁转矩要去平衡负载转矩，以保证转速的跟踪性能，从而造成输出转矩不平衡，甚至存在某台电机过载的问题。
　　针对上述问题，本文首先研究了影响圆柱直齿轮刚度的因素，并对传统双PI并行控制策略的控制原理和现存问题进行详细分析。分析表明，双PI并行控制策略下的双电机齿轮同步驱动系统在一定程度的上可以较好地保证系统转速同步，但是当出现齿轮刚度不一致时，仍存在输出转矩不平衡，故本文提出了基于交叉耦合思想的转矩均衡控制策略。设计的转矩同步控制器将两台电机的转矩控制器作为一个整体，在交叉反馈的基础上，通过设定耦合同步系数对各台电机的参考转矩分别进行补偿，从而控制输出转矩均衡。本文推导了转矩均衡控制系统闭环传递函数，由赫尔维茨稳定判据，对系统稳定性做了分析并对耦合同步系数进行初步约束;同时，定义了转矩波动幅度评价因子，详细分析了耦合同步系数对系统的转矩同步性能和转矩波动幅度的影响，对耦合同步系数进一步约束。
　　搭建了系统仿真模型及双永磁同步电机齿轮传动系统硬件实验平台，分别对传统双PI并行控制策略和转矩均衡控制策略进行仿真实验分析，结果表明，转矩均衡控制策略能够在保证系统动态性能的基础上，大大降低转矩同步误差，保证系统转速、转矩双同步，降低单台电机过载风险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 双电机齿轮同步驱动系统研究现状

1．2．1 齿轮传动模型

1．2．2 同步控制策略

1．3 本文主要内容

第二章 双永磁同步电机齿轮传动系统建模与传统控制策略

2．1 永磁同步电机数学模型

2．2 系统工作原理

2．3 转矩不平衡分析

2．4 传统双PI并行控制

2．4．1 控制结构与控制原理

2．4．2 现存问题

2．5 仿真分析

2．6 本章小结

第三章 双电机齿轮同步驱动系统转矩均衡控制

3．1 转矩均衡控制系统

3．1．1 控制结构与控制原理

3．1．2 同步系数取值双重约束

3．2 控制性能分析

3．3 仿真对比分析

3．4 本章小结

第四章 双电机齿轮同步驱动系统转矩均衡控制策略实验研究

4．1 实验系统设计与实现

4．1．1 系统硬件设计

4．1．2 系统软件设计

4．2 实验条件设置

4．3 实验结果与分析

4．3．1 传统双PI并行控制实验结果

4．3．2 转矩均衡控制系统实验结果与对比分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢