能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)，屬于半實物仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明為解決現(xiàn)有被動式力矩伺服系統(tǒng)中的常用的加載電機存在的問題。本發(fā)明采用隱極式的雙定子電機作為加載電機，在外定子變流器和雙定子電機的外定子三相繞組之間各串聯(lián)一個電阻R，每個電阻R兩端并聯(lián)一個開關(guān)管，分別為T1、T2和T3；采用內(nèi)定子變流器驅(qū)動內(nèi)定子三相繞組；外定子變流器和內(nèi)定子變流器共用一條直流母線；外定子變流器和內(nèi)定子變流器的驅(qū)動信號均由雙定子電機驅(qū)動器提供，雙定子電機驅(qū)動器采用三環(huán)控制方式，其中電流環(huán)提供給外定子和內(nèi)定子的交直軸電流給定值由功率配比調(diào)節(jié)器完成，在精確控制輸出電磁轉(zhuǎn)矩的同時，降低了電磁轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)力矩波動。
【專利說明】能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)，屬于半實物仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動機和電力傳動、電動汽車驅(qū)動、艦船推進、飛機和飛行器舵機以及水下運載器等設(shè)備的研制中，往往都采用被動式力矩伺服系統(tǒng)，以半實物仿真方式提供負(fù)載轉(zhuǎn)矩，模擬所研制設(shè)備在真實工作狀態(tài)和環(huán)境下承受的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷。例如，船舶電力推進技術(shù)的研究需要建立大功率推進電機試驗系統(tǒng)，螺旋槳負(fù)載模擬是推進系統(tǒng)研究中的重要組成部分，它要求模擬螺旋槳負(fù)載的電機工作在特殊狀態(tài)，即其機械特性與螺旋槳機械特性吻合；在飛行器導(dǎo)航的關(guān)鍵執(zhí)行部件——舵機的性能試驗中通常要模擬飛行器在飛行過程中作用在舵面上的與舵面運動方向相反且不斷變化的空氣阻力矩以及摩擦和慣性力矩；模擬導(dǎo)彈尾翼在發(fā)射展開過程中所受到的空氣阻力矩；此外，還有模擬機器人關(guān)節(jié)負(fù)載力矩、建筑結(jié)構(gòu)試驗中的振動負(fù)載以及電動汽車等動力牽引裝置的負(fù)載力矩等等。
[0003]目前，被動式力矩伺服系統(tǒng)大多采用三環(huán)控制方式，包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩環(huán)、速度環(huán)和電
流環(huán)，如圖1所示，轉(zhuǎn)矩傳感器提供負(fù)載轉(zhuǎn)矩?Υ，再根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩給定值Tl:，由負(fù)載轉(zhuǎn)矩控
制器實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩環(huán)控制；根據(jù)測定的電機轉(zhuǎn)速，由速度環(huán)控制器實現(xiàn)速度環(huán)控制；電流環(huán)中的PI模塊輸入的信號是單電機定子的交直軸電流給定值。
[0004]國內(nèi)被動式力矩伺服系統(tǒng)中的常用的加載電機機種不外乎是用于調(diào)速和位置伺服領(lǐng)域中的通用電機，例如，交直流電動機、力矩電機或永磁同步電機等。這些電機往往都具有轉(zhuǎn)速高、慣量大、轉(zhuǎn)矩小的特性，與被動式力矩伺服系統(tǒng)需求特性的匹配性較差。在加載轉(zhuǎn)矩超過200Nm時，采用直接驅(qū)動會使系統(tǒng)慣量顯著增大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)頻寬；對于更大轉(zhuǎn)矩的場合，往往采用減速器來放大輸出轉(zhuǎn)矩，這又會引入摩擦、間隙等非線性環(huán)節(jié)，在降低頻寬的同時還增大了系統(tǒng)控制難度。為此，研制能夠工作于直接驅(qū)動方式的低慣量、大轉(zhuǎn)矩的加載電機，是提高被動式力矩伺服系統(tǒng)動靜態(tài)性能的關(guān)鍵問題之一。此外被動式力矩伺服系統(tǒng)的工作方式?jīng)Q定了其四象限運行的特點，頻繁的在電動和發(fā)電狀態(tài)切換，當(dāng)回饋的電能無法有效的處理掉時，會造成母線電壓的泵升，惡化系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩性能，由于回饋的能量不連續(xù)，且瞬時功率大，平均能量較小，若在網(wǎng)側(cè)加入雙向變流器一是會造成成本的上升、控制的復(fù)雜，還會造成較大的網(wǎng)側(cè)諧波。通常采用的方式為在直流母線并入一個開關(guān)和電阻，當(dāng)電壓高于閾值時進行泄放，該方法雖然可以抑制過高的電壓泵升，但同樣會造成母線電壓的波動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有被動式力矩伺服系統(tǒng)中的常用的加載電機存在的問題，提供了一種能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所述能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)，采用隱極式的雙定子電機作為加載電機，在外定子變流器和雙定子電機的外定子三相繞組之間各串聯(lián)一個電阻R，每個電阻R兩端并聯(lián)一個開關(guān)管，分別為Tl、T2和T3 ；
[0007]采用內(nèi)定子變流器驅(qū)動內(nèi)定子三相繞組；
[0008]外定子變流器和內(nèi)定子變流器共用一條直流母線；
[0009]外定子變流器和內(nèi)定子變流器的驅(qū)動信號均由雙定子電機驅(qū)動器提供，雙定子電機驅(qū)動器采用三環(huán)控制方式，
[0010]其中電流環(huán)提供給外定子和內(nèi)定子的交直軸電流給定值的判斷原則為:
[0011]步驟一、確定Te和的正方向，判斷P= η Te ≤O是否成立；其中，P為雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)下直流母線吸收的電功率，Π為雙定子電機效率因數(shù)，Te為雙定子電機輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ωr為雙定子永磁同步電機輸出的機械角速度；
[0012]規(guī)定Te和Or同方向時,式不成立,雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于電動狀態(tài)，開關(guān)管Tl、Τ2和Τ3斷開，并執(zhí)行步驟二 ；
[0013]Te和異方向時，式成立，則判斷雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)，開關(guān)管Τ1、Τ2和Τ3閉合，外定子三相繞組串聯(lián)的三個電阻R串入電路，并執(zhí)行步驟三；
[0014]步驟二、按下述公式實現(xiàn)對外定子和內(nèi)定子的電磁力給定值的分配:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)，其特征在于，采用隱極式的雙定子電機作為加載電機，在外定子變流器和雙定子電機的外定子三相繞組之間各串聯(lián)一個電阻R，每個電阻R兩端并聯(lián)一個開關(guān)管，分別為Tl、T2和T3 ； 采用內(nèi)定子變流器驅(qū)動內(nèi)定子三相繞組； 外定子變流器和內(nèi)定子變流器共用一條直流母線； 外定子變流器和內(nèi)定子變流器的驅(qū)動信號均由雙定子電機驅(qū)動器(7)提供，雙定子電機驅(qū)動器(7)采用三環(huán)控制方式， 其中電流環(huán)提供給外定子和內(nèi)定子的交直軸電流給定值的判斷原則為: 步驟一、確定Te和的正方向，判斷P= η Te ≤O是否成立；其中，P為雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)下直流母線吸收的電功率，Π為雙定子電機效率因數(shù)，Te為雙定子電機輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ωR為雙定子永磁同步電機輸出的機械角速度； 規(guī)定Te和COr同方向時，式不成立，雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于電動狀態(tài)，開關(guān)管Tl、Τ2和Τ3斷開，并執(zhí)行步驟二 ； Te和異方向時，式成立，則判斷雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)，開關(guān)管Τ1、Τ2和Τ3閉合，外定子三相繞組串聯(lián)的三個電阻R串入電路，并執(zhí)行步驟三； 步驟二、按下述公式實現(xiàn)對外定子和內(nèi)定子的電磁力給定值的分配:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述能耗型雙定子被動式力矩伺服系統(tǒng)，其特征在于，雙定子電機驅(qū)動器(7)采用DSPTMS320F2812數(shù)控芯片來實現(xiàn)。
【文檔編號】H02P6/08GK103715951SQ201410018497
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】王明彥, 王哲, 郭犇, 倪志勝, 柴鳳 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)