永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)機電耦合動力學分析與實驗.pdf

1、永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間存在著多物理過程、多參量復雜耦合關(guān)系，因此整個系統(tǒng)的動態(tài)性能需由子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系和系統(tǒng)的輸入等確定，而子系統(tǒng)的動態(tài)過程也不能僅由單個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全確定，也要受到與之有耦合關(guān)系的其他子系統(tǒng)的影響。故永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)在完成特定功能的同時，往往潛藏著或表露出種種不良工況，以致難以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，甚至出現(xiàn)重大故障，尤其在生產(chǎn)過程中，該系統(tǒng)在非平穩(wěn)過程中所表現(xiàn)出來的機電耦合現(xiàn)象對系統(tǒng)的安

2、全運行具有極大的危害性，這是由于該系統(tǒng)的電氣參數(shù)與力學參數(shù)相互耦合，共同影響了整個系統(tǒng)的動力學性能。而造成這些設(shè)備產(chǎn)生不良狀態(tài)的原因是對系統(tǒng)中這種多物理過程、多參數(shù)間多元多維耦合關(guān)系缺乏深層次的機理研究。本文在重慶市重大科技攻關(guān)項目《裝備制造業(yè)典型基礎(chǔ)部件關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化》(項目編號CSTC，2006AA3010)的資助下，對永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)進行了機電耦合動力學分析和實驗研究，主要做了以下幾個方面的工作：
　　 針對

3、伺服系統(tǒng)具有同時包含多種物理過程，通過多元多維運動來實現(xiàn)多種形式的能量傳遞與轉(zhuǎn)換，所有動態(tài)過程通過不同的耦合形式相互作用的特點，詳細分析了伺服系統(tǒng)的精度指標和影響伺服系統(tǒng)的因素；指出精密傳動裝置影響伺服系統(tǒng)性能的機械結(jié)構(gòu)因素與伺服系統(tǒng)的控制參量有著密切的聯(lián)系，它們相互影響，形成了很強的耦合關(guān)系，這種耦合關(guān)系為永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)機電耦合分析提供了理論依據(jù)。
　　 從機電耦合的角度出發(fā)，對永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)進行了全局機電

4、耦合分析和局部機電耦合分析，建立了該系統(tǒng)的全局機電耦合關(guān)系圖和永磁同步電動機-精密傳動裝置子系統(tǒng)機電耦合關(guān)系圖；采用機電系統(tǒng)分析動力學方法獲得了永磁同步電動機-精密傳動裝置子系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學模型，推導了該子系統(tǒng)的機電耦合動力學方程；應用數(shù)值計算方法對耦合的數(shù)學模型進行了算例分析。
　　 基于機電系統(tǒng)全局耦合分析的觀點，根據(jù)機械系統(tǒng)的力學原理，將永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)歸納為三質(zhì)量兩軸系統(tǒng)，從而建立了該系統(tǒng)的機電耦合振動數(shù)學模

5、型;由于該模型的機械力學參數(shù)和電氣參數(shù)之間存在著復雜的非線性耦合關(guān)系，用解析方法不易求解，因此建立了該系統(tǒng)的機電耦合振動仿真模型；仿真分析了由于電流調(diào)節(jié)器參數(shù)、阻尼、諧波擾動、間隙以及負載擾動等因素引起的機電耦合振動動態(tài)過程。
　　 分析了實驗系統(tǒng)的基本組成和原理，完成了實驗系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計、硬件部分設(shè)計、電氣連接部分設(shè)計以及軟件部分設(shè)計，最終構(gòu)建了以PMAC多軸運動控制卡為核心、以IPC為支撐平臺的永磁交流伺服精密驅(qū)動系統(tǒng)的