舞台机械的同步控制

2025-01-01

舞台机械的同步控制(通用9篇)

舞台机械的同步控制 篇1

近年来, 国家《十一五发展规划》及文化部文化发展纲要都明确提出了要振兴文体事业, 进一步加强对文化体育事业的重视与投入;许多城市都在筹备建设剧院、体育馆之类的演出场所。为满足大型歌剧、舞剧、芭蕾舞剧、大型交响乐和大型综合文艺演出的要求, 各场馆的规模在不断扩大, 对舞台控制技术的要求也越来越高。目前, 剧院建设中舞台机械的同步控制在已经成为一个必备的技术指标。

1 同步控制的实现方式

同步控制主要是指对速度的控制和对位置的控制二种方式, 具体选用何种控制形式要根据各自的场合来确定。有的要求速度和位置同时控制, 有的只要求控制速度或只要求控制位置。同步控制有多种实现方法, 其中最主要的是交直流伺服电机控制系统和变频异步电机控制系统, 这二者各具特色。伺服电机控制系统的设备比较特殊, 系统本身也很复杂, 价格昂贵;这就使得此种方法的应用受到很大的限制, 一般舞台同步控制中很少采用这个方法;它的优点是具有很高的控制精度和良好的动态性。相比较而言, 变频异步电机系统则应用比较普遍, 采用变频器控制交流异步电动机来进行同步控制, 因为具有价格低廉、维修简单和运行可靠的特点, 已经成为舞台机械控制行业使用最普遍的控制方式。

用变频调速对舞台机械实现同步控制, 要求两台或两台以上同类舞台设备以同位置运行, 如各类升降台、同侧车台、景杆, 在设定位置或设定行程后, 以相同的速度同步运行。有很多不同的实现方法。下面介绍两种主流的同步运行控制方式:主从同步和虚拟主轴同步。

2 主从同步的控制方式

2.1 主从控制方式的布局形式

二套驱动装置同步往往采用主从同步的控制方式。例如由二套电机驱动的一套升降台。其机械结构为:把电动机分别安置于升降的左右两端, 两个电动机之间的连接不使用刚性连接;通过对两个电动机在电控上的同步运行控制, 实现升降台两侧的同时平稳升降。相当于二个人抬着东西升降。具体的电控配置为:两台电动机分别受两台变频器的控制;电动机的编码器反馈信号被各自的变频器所采集, 实行速度闭环控制;通过采取主从控制方式实现两台变频器的同步运行;从而到达舞台工艺所要求的控制精度。

2.2 主从控制方式的工作原理

在主从控制系统中, 从传动变频器接受主传动器高速传来的精确的速度信号或者转矩信号, 变频器再计算这个信号、实时跟随主机。其具体的实现方法要根据产品的具体情况来定。即使是同一种产品, 其实现方法也会随着不同场合对传统精确度的要求不同而改变。

我们这里所介绍的同步控制所采用运行模式是速度控制运行, 在从机变频器上增加一个同步卡选件, 采用的运行模式是速度控制从机模式, 使用增量型编码器来采集两台电机的速度信号, 然后反馈至各自的变频器;编码器的信号再由主机传送至从机的同步卡, 从机的运行速度就以此为参考点适时调整来配合主机的运行速度。在这个模式中, 主机与从机的设定是固定的。相当于队伍中一个人为将其余为兵所有兵必须随着将的脚步走。

2.3 主从控制方式的实现方法

首先来看硬件连接方面 (以SEW电机MDX61B为例) :在从机上安装一块同步卡DSR11B。主、从机之间的线路连接主要有:9芯编码器信号、5芯I/O数字量信号。它的连接方法是:主机编码器信号输出端口接从机同步卡上面的信号输入端口。从机输出端口要连接主机输入端口信号。

在设备启动时, 把外部的控制命令信号提供给主变频器。主变频器启动时从变频器也跟随主变频器同时启动, 主变频器的速度通过输出的编码器信号决定了设备的运行速度。

在同步运行的过程中, 主机的运行最高速度必须小于从机的运行最高速度。从机用动态调节的调节方式来调节主、从机之间的速度位置偏差, 并使它限定于一个允许的设定的范围。主机和从机之间的偏差可以在变频器状态菜单里看到其脉冲形式的显示。如果二者之间的误差超出允许的设定的范围, 就会发出故障报警或停止二台电机的运行。

3 虚拟主轴同步控制方式

3.1 虚拟主轴同步控制方式的布局形式

以台上设备中的景吊杆应用为例。机械结构形式:20个景吊杆相互独立, 采取的电动机、减速机和传动方式完全一致。电控配置:各电动机分别受各自的变频器的控制;每个电机的编码器信号都通过各自变频器上安装的运动控制卡来收集, 反馈速度和位置。

3.2 虚拟主轴的工作原理

虚拟主轴方式就是无主轴的方式, 在系统中不存在物理主轴, “主轴”仅仅是数学模型, 一切物理轴即是从动轴。系统中的任何一个运动控制卡都可以得到这个数学模型并跟随这个数学模型运动。在系统中, 虚拟主轴实际上是一个编码器的信号仿真器, 它以主机信号的形式服务于整个系统的同步运动。它要求系统在稳定运行状态下和运行中速度的每一个微分点上都实现同步。在执行这个方式的过程中, 各轴之间具有很强的时间同步性, 不会出现时间差。

3.3 虚拟主轴控制的实现方法

在硬件连接方面, 运动控制卡在每个变频器上都必须配备, 每个卡上的都必须连接的设备是:编码器信号输入接口、数字量输入和数字量输出, 直接采集限位开关、安全开关、景吊杆的速度信号和各种安全保护信号;运动控制卡获取这些信号再经过高速实时通讯发送到上一级的PLC系统。

运动控制卡与变频器结合起来, 再加上运用虚拟主轴的控制方式, 可以实现对各个设备之间同步运行和定位运行的精确控制。同时, 通过对变频器运动控制卡内部编程的运用, 对许多复杂逻辑的控制使用非常简单的方式就可以实现。这种控制模式相当于20个兵在将领的号子下齐步走, 每个兵不用管别人的表现, 只须听将领的号子动作。

4 结语

采用何种方式来实现同步控制, 要由舞台的具体情况来决定, 随着舞台规模的越来越大, 对控制技术的要求也越来越高。目前, 主从控制方式和虚拟主轴控制方式是普遍采用的两种控制方法。

参考文献

[1]蒋伟, 任慧.舞台机械设备控制技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2009, 1 1.

[2]王军, 李青松.国家大剧院音乐厅舞台机械[J].艺术科技, 2008 (1) :18~22.

[3]曲铁军, 赵禹州, 刘广东.机械工程师[J].中国史研究, 2009 (4) :148~148.

[4]陶陈芳.浅谈剧院舞台机械之台上机械设备[J].艺术科技, 2010 (2) :25~29.

舞台机械的同步控制 篇2

【关键词】PLC;控制电机;技术应用

随着生活中对于各种控制装置的需求也不断增加。人们逐渐对控制装置的数量以及质量要求也不断提升,因为控制产品的质量直接受到控制装置性能的影响。为了能够使产品得到消费者的欢迎,对于PLC的产品质量也要施行严格的控制,尽可能从产品生产之初保证控制装置的质量。

1.关于在PLC控制下电机同步技术的控制方案

所谓的PLC本质就是一类控制装置。这种控制装置是电机同步技术展开可靠的控制工作必须应用的一分子,虽说PLC仅仅是一个很小装置,但是PLC在所有的马达同步技术之中起到举足轻重的作用。PLC对于发挥所配置的商品的质量起到一定的作用,因为PLC能够在产品展开组装的进程当中,对保证生产线的电源的正常性,以及保证马达展开正常的转动可以展开可靠的把握;所以,PLC在展开任务的时候,主要是依靠了电脑对作业流程展开相应的控制。

1.1 同步技术中的随动技术

为了能够对马达并行手段展开更为技术层面的研究,大家应当首先来研究一下马达并行手段当中的从动技术。并且从动技术里面涵盖了主马达,以及从动马达,这两种马达用来保障马达并行手段的从动技术展开可靠的运行起到关键的作用。虽说在从动技术之中。已被划分成了两种不一样的范围,但是主马达在展开工作的行为之中,从动马达也会随着同时展开工作。在马达并行手段当中,作为基本的组成技术的控制技术,大多是依靠对传送到的数据展开一定的转换。控制技术在展开运行的行为当中,大多是依靠了PLC对来自作业流程的控制数据展开一定的传送;然后,在经过一定的换算,依靠这种装置把PLC所传送到的控制数据展开进一步的转变,最后就产生了能够被相关的指示执行装置能够操控的数据,例如,马达并行手段中的频率转换器,在展开运行的行为当中,能够变换工作频率等等。经过变换的操控数据,包括会对操作指示的装置展开关联之外,还有对马达装置展开一定的影响。操控指示对于驱动主机的影响,大多是对驱动主马达的运行状体展开一定的影响而产生的。而对于驱动主马达的转动方式的关系,应当通过对于程序模块的使用,可靠的对动力主马达整个转动的速度也展开了可靠的监测。如果需要确保从动技术之中的这两台马达装置展开同步的转动,即保证从动马达的转动频率,以及主马达的转动速率包括一样的频率;这两种马达转送的保障,则大多往往要运用程序所安装的侦测数据对从动马达展开直接的操控。

1.2 电机同步手段中的闭环技术

为了确保整个马达并行手段能够产生一个无开放式的旋转技术,只需要在一级并行手段当中的无开放操控技术对主马达,跟从动马达展开实时的操控,即无开放操控技术当中的操控器要对从动马达,和主马达同步传输数据,并且要确保这两台马达所传送到的数据是一致的。为了能够在马达并行手段转动的行为当中,使无开放操控技术中的操控器,一台的操控器能够同时对很多台的马达展开可靠的操控,这就要求无开放环技术,以及操控技术发出的数据包含大部分的并发性。操控技术对于技术数据的操控,大多是运用寻找来自PLC上的数据展开大部分的操控的;之后,对那些从PLC上传来的操控数据展开大部分的解码之后,就能够转换成能够被电脑运行的操控数据了。而且,此类能够被执行的操控数据就能够在相同时刻传送到主马达,以及从动马达上。两台马达所传送到的操控数据是一样的,然后,就是有程序模块对于这些操控数据展开实时的监测,如此这般,就能够产生闭环操控技术了[1]。

1.3 马达并行手段中的从动闭环技术

马达并行手段当中的从动闭环技术,能够说是闭环操控技术,以及从动技术的结合。因为深导关悬技术同时涵盖了上面的二种技术的特长,由于闭环操控技术的产生,在大部分的范围上大多是以从动操控技术作为原则而制造的。当PLC产生了操控数据以后,这两台的马达动力器都能够同时传送到来自PLC的操控数据;虽然传送到了同一台操控器的操控数据,但是,这两台马达动力器还是产生不同的的闭环技术。为了确保着个闭环技术转动的可靠性,就应当对主马达,以及副马达的转动频率展开实时的对比,必须要确保主马达,以及辅马达的转动频率是一样的。一旦主马达的转动频率,以及辅马达的转动频率出现了任何误杀,此时就要求对辅马达的转动频率展开大部分的检修,以促使能够辅马达的转动频率与主马达的转动频率保持一致性;如此就能够确保一台操控器对这台的马达展开实时的操控。

2.电机同步手段操控方案的分析

为了确保整个的马达并行手段能够保持并发的转动状态,就必须对PLC中发出的数据展开检测,然后,参照运算的结论为整个技术设置出相对比较可靠的操控數据。马达并行手段在展开实际的转动的行为当中,作业流程上的所有装置所包含的负荷都是不一样的;所以,对于操控技术一定参数的设置,大多是遵循技术当中,各马达的的转动频率来展开设定的[2]。

3.PLC的操控程序

PLC操控程序的表现方式也是各不相同的,PLC的呈现方式能够是表达式,也能够是程序模块。其中,比较简洁的表现方式就是功能块了,功能块就是具有一定功能的一个基本单元,这个处理单元是一个具有高标准的处理器[3]。

4.结束语

总的来说,随着近几年现代工业的发展,以及自动化行业的迅速崛起,以往传统的继电保护装置已经无法满足工业发展的步伐。作为一种先进的、科学的自动化操控装置,PLC发挥着重要的作用。

参考文献

[1]张春芝.关于PLC控制电机同步的技术和应用[J].科技创新导报,2012,33:87-88.

[2]赵新胜,张志勇,刘平.PLC可控制编程器在控制电机同步运转技术中的应用[J].信息通信,2014,05:8.

[3]卢美鸿.基于PLC的两变频调速电机系统的神经网络逆同步控制[D].江苏大学,2007.

舞台机械的同步控制 篇3

流动舞台车又称为移动舞台车、演出舞台车, 是为方便文艺演出、流动路演、户外广告、品牌推广、产品展示和现场促销等户外活动而研发的一种流动型专用车。图1所示为一款高档流动舞台车, 其外形美观、功能齐全、操作简便、安全可靠。它主要包括底盘和上装两大部分。底盘部分装有8支液压支腿。上装部分由顶升罩、侧墙、扩容厢及底板组成, 各动作均采用液压油缸展开。整车展开后可形成左右对称、上下两层的舞台。该车对顶升罩举升动作同步要求高, 故采用PLC控制方案。

1 顶升液压系统组成

顶升罩由成对角线安装的两支顶升油缸实现升降, 顶升油缸行程2.1m, 两个油缸跨度为13m。根据客户要求, 在自动升降过程中, 前后偏差不能超过22mm。顶升液压系统组成如图2所示。

1-电磁换向阀;2-比例换向阀;3-液压锁;4-节流阀;5-平衡阀;6-前顶升油缸;7-后顶升油缸;8-位移传感器

该系统前后顶升油缸6、7分别由电磁换向阀1和比例换向阀2控制。两支油缸内都安装有磁致伸缩位移传感器8。为保证顶升罩在升降过程中能可靠地停在任意位置, 设置了液压锁3。为了举升安全, 使举升过程平稳可靠, 油路中装有平衡阀5。

2 控制原理及其系统组成

前顶升油缸6的速度由节流阀4控制, 系统经过调试稳定后, 节流阀4的节流口开度锁定。后顶升油缸7的速度由比例换向阀2控制, 其控制原理为:当顶升启动时, 电磁换向阀1得电工作, 前顶升油缸运动;此时, 前、后顶升油缸内位移传感器反馈电流信号 (4~20m A) 输入PLC控制系统进行比较, 比较后输出电压信号 (-10~+10V) 控制比例换向阀的方向及其开度, 从而控制后顶升油缸的运动速度。

控制系统含有模拟量输入、输出等参量, 选用西门子S7-200系列PLC。用户程序中包括了定时器、数据处理及PID控制等指令内容。整个控制系统的硬件包括CPU224 (AC/DC/Relay) , EM235 (4模拟量输入、1模拟量输出) 扩展模块。

3 油泵电机控制及I/O地址分配

液压泵由380V交流电机驱动, 其启动控制原理如图3所示。SB1为停止按钮, SB2为启动按钮。为防止电机反转, 设有相序保护器, 只有当三相电源接线正确时, KA1得电, 按下启动按钮SB2后, 电机才启动。开关电源把220V交流电转换成24V直流电源。SB3为急停按钮, 用于自动升降过程中紧急情况的处理。

PLC I/O地址分配见表1, I/O接线如图4所示。

4 安装与调试注意事项

(1) 严格按照电控原理图接线, 检查各端子接法的正确性, 避免损坏端口。通过模拟调试, 检查各控制逻辑的正确性。

(2) 初次调试前, 把节流阀4开度尽量调小, 以免比例阀控制的后油缸速度能跟上;然后逐渐增大开度调试, 最终稳定时使比例阀的输出数据稳定在25000左右。

5 结语

采用PLC控制系统, 顶升同步精度达到1%, 解决了因顶升不同步产生的各种问题。经过1年的投入使用, 系统运行稳定、可靠性强, 达到了预期效果。

摘要:介绍流动舞台车顶升同步液压系统, 针对客户对同步精度的严格要求, 设计PLC控制比例换向阀的电路和控制程序。

关键词:流动舞台车,顶升同步,PLC控制,比例换向阀

参考文献

[1]祝福, 陈贵银.西门子S7-200系列PLC应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2012

永磁同步电动机的自适应逆推控制 篇4

关键词:永磁同步电机 非线性控制 逆推

0 引言

随着电力电子技术、微电子技术和新型电机控制理论的快速发展,现代交流调速技术在工业领域面临高效、高性能的要求,PMSM在当前的高精度伺服控制系统中起着越来越重要的作用[1]。然而PMSM是一个非线性多变量耦合系统,其参数在系统运行时往往会发生变化[2],比如电机工作时温升,定子电阻会变化。由于测量工具的限制,有些参数值不能精确测量,此外当工作环境变化时,模型参数也会改变。传统的线性控制方案已经不能满足人们对控制精度的要求。随着控制理论的发展,非线性控制技术逐步应用到电机控制系统中[3]。

本文提出一种PMSM的Backstepping自适应控制器,考虑了参数的变化对系统的影响。提出的自适应控制策略不但能够实现永磁同步电动机系统的完全解耦,而且能够有效抑制系统参数变化对系统速度跟踪性能的影响,具有很好的鲁棒性。证明了闭环系统的稳定性。

1 永磁同步电动机模型

为研究方便,作如下假设[4]:

1.1 磁路不饱和,磁滞及涡流的影响忽略不计;

1.2 空间磁势及磁通呈正弦分布;

1.3 永磁同步电动机的交直轴电感相等

在同步旋转坐标(d,q)下,永磁同步电动机的数学模型可以描述如下

其中ud、uq,d,q为轴定子电压;id、iq分别代表d,q轴电流;R为定子电阻,L为交、直轴等效电感,TL为负载转矩,J为转动惯量,B为粘滞摩擦系数,P为极对数,ω为电动机的机械角速度,Ф为角度,Ψ为永磁磁通。

为方便推导,定义x1=ω,x2=iq,x3=id。取输出为速度信号y=x1,系统化为:

控制目标为实现输出速度跟踪参考速度。

2 基于Backstepping的PMSM控制设计

针对Backstepping方法中估计参数多的缺点,本文采用改进的自适应法,估计次数为1。

下面就用反步法来推导上述系统的自适应控制律。考虑定子电阻R,粘滞摩擦系数B及负载转矩TL的不确定性。记R,B,TL分别为这三个不确定参数的估计值。

3 稳定性分析

对于z坐标下的系统,定义

选取系数c1,c2,c3使ci≥2(i=1,2,3),从而

根据Lasalle不变原理,有

因此,在系统定子电阻R,粘滞摩擦系数B及负载转矩TL不确定的情况下,控制律(17)与(19)能够保证PMSM伺服系统的速度跟踪误差渐近收敛到零,闭环系统全局渐近稳定。

4 小结

本文将非线性Backstepping方法用于PMSM速度伺服控制系统中,考虑了电机运行过程中定子电阻、粘滞摩擦系数及负载转矩的不确定性,提出了自适应控制方法,能够根据系统参数变化自行调整控制参数。证明了闭环系统的稳定性。

参考文献:

[1]P.Caravani.S.Di Gennaro.Robust control of synchronous motors with nonlinearities and parameter uncertainties[J]. Automatica.1998.34(4).445-450.

[2]李永东.交流电机数字控制系统[M].北京.机械出版社.2002.4.

[3]李三东,沈艳霞,纪志成.永磁同步电机位置伺服器及其Backstepping设计[J].电机与控制学报.2004.8(4).353-356.

[4]徐波,沈海峰.含不确定参数的永磁同步电机位置自适应控制[J].电机与控制学报.2006.10(5).482-48.

舞台机械的同步控制 篇5

舞台调速吊杆群同步控制的实质是多电机同步控制。传统的同步控制策略应用最多的是并联控制方式,其启动和停止阶段均具有很好的同步性能。但对于位置来说,整个系统相当于开环控制,当运行过程中某一台电机受到扰动时,电机之间将会产生同步偏差,同步性能也会变差。因此,为提高同步精度,研究者提出了许多同步控制算法。其中,参考文献[2]将模糊PID控制算法运用到了偏差耦合同步方案的速度补偿器中,应用模糊算法对速度补偿器的参数进行在线整定,实现了对同步误差的补偿;参考文献[3]提出了一种基于模糊控制器的改进耦合多电机同步控制,其仿真实验得到了较好的同步效果;参考文献[4]提出在电流环的基础上,用内模控制技术设计速度控制器,以抑制速度波动,明显改善了系统的跟随性能和抗扰动性能;参考文献[5]针对传统PID控制器对环境适应能力较弱的问题,提出一种基于内部模型的PID控制器,以提高系统的鲁棒性。但以上文献仅从速度环方面考虑,均未引入位置补偿,更是少有文献将基于内模与模糊PID混合的方法应用于舞台吊杆群的同步控制策略中。

基于此,本文提出基于内模与模糊PID混合的多电机同步控制策略。该方法较主从控制具有更为优良的启动性能,即在并联控制的基础上,采用内模控制器取代常规PI速度跟踪控制器,提高了系统的鲁棒性及跟踪性能;同时将所有吊杆的位置信息引入模糊PID同步补偿器,根据其偏差及其变化率的大小来在线整定PID的3个参数,实现对位置同步误差的自适应补偿,从而更有效地实现对舞台调速吊杆群的高精度同步控制的目标。

1 舞台调速吊杆群同步控制

1.1 多电机的同步控制方案构建

实际舞台系统中,会因外部环境引起的电机内部参数摄动以及负载扰动等不可预测的因素而影响到吊杆运动的准确性与平稳性。考虑到在多电机同步控制中,控制的核心仍是速度跟踪控制器,这里采用对系统具有较强鲁棒性的内模控制器取代常规PI跟踪控制器,以有效地抑制其内外不确定性对同步性能的影响;同时考虑到补偿控制器参数的适应性不足,难以从根本上消除同步误差等问题,设计了基于位置同步误差的模糊补偿控制器,实现对所有吊杆的位置同步误差自适应补偿,使其保证每个吊杆都可以得到足够的位置同步误差信息,同时会对每个吊杆的速度波动产生响应,从而使舞台调速吊杆群的同步控制精度得到进一步改善。

为此,构建一种基于内模与模糊PID混合的舞台调速吊杆群同步控制方案,其结构图如图1所示。图中nr为设定转速输入,d为外部扰动,ni、si(i=1,2,…,m)分别为第i台电机的实际转速输出和转动位移输出。

1.2 内模跟随控制器的设计

内模控制IMC(Internal Model Control)方法是Garcia和Morari[6]于上世纪80年代初针对复杂工业过程难以建立对象的精确模型而提出的,以其简单、跟踪性能好、鲁棒性强等优点倍受业界关注。其基本的结构框图如图2所示[7]。图中,R(s)和Y(s)分别为系统输入和输出,D(s)为不可预测干扰输入,GI(s)为内模控制器,Gp(s)为实际被控对象,G赞p(s)为被控对象的内部模型。

通常情况下,内模控制器可设计为如下形式: ,其中GF(s)是内模控制的核心,是一个n阶低通滤波器 。其中n为 的分母与分子s多项式的阶次之差;TF为滤波器时间常数,是内模控制需要调整的参数,它对系统性能和鲁棒性有显著影响。因此TF的选择需在鲁棒性与快速性之间进行折中。

1.3 模糊PID同步补偿器设计

模糊控制(Fuzzy Control)与PID控制器结合,利用误差及其变化率对PID的参数在线自整定,以满足不同的误差及变化率对控制参数的不同要求;此外,其双重反馈补偿可以尽快地减小位置同步误差,以适应被控对象高精度协调同步运行的要求。

本文采用的模糊PID同步补偿器为二输入三输出的形式,输入e是所有吊杆的位置均值与每个吊杆位置之差,ec为其变化率,△Kp、△Ki、△Kd是输出。根据舞台吊杆控制要求的同步精度为±3 mm和定位精度为±2 mm,其模糊输入量e、ec量化论域均为[-33];模糊输出量△Kp、△Kd量化论域均为[-0.3 0.3],△Ki量化论域为[-0.060.06]。将模糊子集划分为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},其表示为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},隶属度函数均采用三角隶属函数,并通过工程实际操作经验制定模糊控制规则表[8,9]。然后应用模糊算法对PID参数进行在线整定,从而得到位置模糊PID同步补偿器。

1.4 同步性能评价指标

为评价舞台调速吊杆系统的同步性能变化水平,定义每个吊杆的同步误差esi为所有吊杆转动位移的均值与该吊杆实际转动位移之差,即

。进而给出多电机之间转动位移同步误差的评价函数:

式中Es为任意2台电机之间转动位移的最大同步误差。

2 系统仿真研究

2.1 系统模型设计

实际工程中调速吊杆采用交流变频调速系统,并且通过坐标矢量变换,可以将交流异步电机等效为直流电机[10],通过模仿直流电机的同步控制策略可得到交流异步电机的控制效果。因而本文以3台额定功率为10 k W、额定电压为220 V、额定电流55 A、额定转速1 000 r/min、电枢回路总电阻为10Ω、电机转矩系数为Ce=0.192 5 V·min/r的直流电机进行仿真分析。

额定励磁下直流电机的传递函数等效为一个二阶线性系统,即 。考虑到3台相同电机的电磁时间常数和机电常数略有差别,分别取电机1:Tm=0.075 s,Tl=0.017 s;电机2:Tm=0.2 s,Tl=0.015 s;电机3:Tm=0.15 s,Tl=0.035 s;由此可得到不同电机相应的数学模型。此外,依据1.2章节分析,滤波器可设计为 。由此可得相应的内模控制器。

根据给定直流电机的传递函数,利用伯德图得到其根轨迹,并通过基于Ziegler-Nichols的方法来整定PID控制器的3个初始参数,即KP=14.26,KI=0.45,KD=0.125。依据1.3章节分析,在Matlab命令窗口运行Fuzzy函数进入模糊逻辑编辑器,选择控制器类型为Mamdani型,建立Fuzzy Logic Controller模块,再利用Simulink工具箱搭建模糊自适应PID控制系统的模型。

2.2 仿真与性能分析

为验证文中方法的有效性,在Matlab平台下,将其与同参数下的主从同步控制进行对比仿真分析。初始时刻给定电机转速1 000 r/min,3台电机内部存在不同的参数摄动,且当系统稳定后,t=5 s时再分别给电机加不同的负载扰动,其转速启动、扰动曲线如图3所示,最大位移同步误差曲线如图4所示。

由图3可以看出,在电机的启动过程中,使用主从控制方式在1.5 s左右转速才达到并稳定在设定值上,从电机的速度明显落后主电机;而本文方法3台电机转速在0.5 s左右即可同步到达给定值。说明本文方法较主从控制方式具有更好的响应速度和电机启动跟随性能,且对每个轴的转速都有及时的调节作用。3台电机发生扰动时,使用主从控制方式转速产生明显波动,且1 s后电机仍有微小的波动;而本文方法对此扰动变化不显著,且在0.6 s左右即可达到速度设定值。说明本文方法具有更强的鲁棒性,能更有效地抑制内外不确定性因素造成的不同步现象。

由图4可以看出,主从同步控制中的位移同步误差逐渐增大,在1.5 s左右达到最大值4.5 r,之后始终保持4.5 r左右的最大位移同步误差,即从电机位移一直落后于主电机,从未实现同步运行;而本文方法仅有微小的同步误差,能满足实际工程中对平稳性的要求。反映出本文方法较主从控制方式具有更好的同步性能,更容易满足舞台吊杆群的高精度同步运行要求。

舞台升降液压驱动同步运行的设计 篇6

关键词:液压驱动,同步,闭环传递,精度

在液压系统实际运用中, 同步是一个重要的考量指标。如果由于液压系统的整体不均匀性或者制造中线性误差的存在, 会造成系统的不同步, 这将影响系统运行的执行效率, 降低液压系统的使用寿命。因此, 系统的同步驱动必须得到重视。

1 同步驱动的设计

对于液压系统的同步驱动设计有两种方式:开环控制和闭环控制。开环控制回路不存在反馈环节, 只存在输入环节、控制环节、伺服驱动工作环节、工作台面 (系统输出) 。在开环控制的情况下, 由于缺乏监测装置与信号反馈, 主要靠系统的安装精度来控制液压驱动的同步, 因此存在误差传递放大的现象, 降低液压系统的评价等级。闭环控制与开环控制相比, 增加了监测环节和信号反馈环节, 尽管这样使系统的安装繁琐、成本增加, 结构变得复杂, 但是能够实时对输出信号进行反馈, 及时调整输入误差, 提高系统的运动精度。目前控制理论发展较为成熟, 计算机模拟仿真技术也广泛应用, 因此系统的模型搭建与仿真成为可能, 并且为实际设计提供了理论参考[1]。

在舞台升降液压同步驱动同步的设计中, 不同的台面很多时候需要同步运行, 综合考虑影响系统运行的各个方面, 利用电液比例同步闭环控制回路, 该回路的工作原理是通过改变进入部分或全部液压执行器的液压油流量来实现同步。搭建的系统方框图如图1所示。

从图1可以看出, 所谓同步是将系统中的所有执行器的位置来作为考量的物理量。根据实际, 选取起某个执行的位置平面作为基准点, 其余执行器的位置作为该变量与基准量进行位置数值比较, 当出现位置误差的时候, 利用控制进入其他执行器内的液压油的流量, 来达到控制位置同步。电液比例同步控制回路作为控制位置位移的调整回路, 提高了系统的精度, 因此在升降台系统中起到了稳定的作用。

2 两种同步设计方式的比较

闭环控制中存在元件串联控制和并联控制两种方式, 首先对两种方式的驱动方式进行系统规划。图2为串联型同步控制, 图3为并联型同步控制。设E=Y1-Y2为同步位置误差, GC (S) 为同步控制器。输入信号有多种, 例如正弦信号、脉冲信号、阶跃信号等。由于阶跃信号是特殊情况, 对于评价一个系统的性能优劣有积极的评价, 所以, 选择阶跃信号作为系统的输入信号, 对两种方式进行动态模拟[2]。

从图2可以看出, 每个组成环节的传递函数如下:

利用SIMULINK进行模型搭建, 得出图4为同步误差e (t) 对阶跃信号干扰u (t) 的响应曲线。从图4得出, 位置同步曲线偏离程度非常大, 因此, 串联式结构的位置同步控制系统要达到稳定输出动态特性是不容易实现的。

相比与串联型来说, 从图3可以推导出并联型比例位置同步控制系统的传递函数为:

从公式3可以看出, 并联型同步位置控制系统比串联型控制系统精确度上高出一个精度等级。

根据公式3求得, 静态误差为:

并联型同步控制系统的同步误差是与 (G1-G2) 成正比的, 当G1=G2, 即两个执行器位置控制系统的特性相同时, 对任意函数的输人指令不但其静态同步误差为零, 而且其动态同步误差亦为零。

同样, 利用SIMULINK, 搭建模块, 并联型位置同步控制系统的同步误差e (t) 对指令阶跃u (t) 的响应曲线, 如图5所示。从图5中可以看出来与图4相比, 位置的同步精度得到了大幅度的提高[3,4]。

3 结论

通过对舞台升降系统的同步位置驱动设计, 得出闭环反馈系统的并联型在系统模拟中, 体现出了精度的优越性, 达到了设计的预期, 同时为相关系统的设计提供了一个参考的平台。

参考文献

[1]刘振.重载大惯性液压驱动系统的神经网络近似内模控制[D].长沙:中南大学, 2010:10-40.

[2]许勇.重载夹持装置液压同步驱动系统的建模及内模控制研究[D].长沙:中南大学, 2009:23-50.

[3]梅志松.双液压缸驱动系统的鲁棒同步控制[D].秦皇岛:燕山大学, 2010:40-54.

舞台机械的同步控制 篇7

架车机适用于机车、动车组、地铁车辆中, 在列车内部设备中占有重要地位。架车机通过对列车车体的升高, 对车体下部的机械设备、电气元件进行维修和保养。在我国, 固定式架车机设备主要应用于地铁列车之中, 固定式架车机的功能、优点、新技术应用、设备改造充分保证了车辆运行的安全。

1 固定式架车机概述

固定式架车机多用于地铁列车的检修与维护, 其组成部分为转向架设备、车体架设备、控制系统。固定式架车机具有工作效率高, 对列车内部的设备元件进行检修、维护的作用, 架车机的转向架设备和车体架设备的升降功能由螺杆螺母升降来决定, 为保障固定式架车机升降过程操作正常, 需使用符合国家标准的紧固件机械性能的螺杆螺母, 避免螺杆螺母断裂, 增强其紧固性及承载能力。

2 固定式架车机操作原理

2.1 技术参数

架车机的技术参数主要标注在起升力、拖头最大行程、拖头最低位置、齐起升速度等方面, 以下以YJC-16、YJC-25、JC-16、JC-25四种型号分析, 列出架车机技术参数表 (见表1) 。

2.2 控制因素

固定式架车机主要受转向架丝杆、转向架承载螺母、转向架感应传感器、车体架承载螺母、车体架负载限位开关、防尘罩、限位开关、减速锥齿轮箱、驱动电机、高挠性传动轴、轴向丝杆轴承、缝隙盖板、润滑泵、承重结构等设备因素控制, 设备控制因素的正常运转保证固定式架车机的正常运行, 防止列车出现安全隐患。

2.3 架车机技术及工作原理

传动装置、传感器、同步控制系统、电气系统决定架车机的技术操作原理。架车机的自动控制系统决定固定架车机的升降安全, 固定架车机操作时将车体托头与列车架车点相连接, 利用自动控制系统确定固定式架车机接触点, 以列车检修、维护、更换元件的位置为参照物, 对固定式架车机的升降过程进行操作。

3 降低固定式架车机同步机械故障

固定式架车机是由36台电机与36台减速器及36件丝杆丝母组成大型机械传动结构, 其对同步要求非常高, 当出现6 mm同步误差时系统会报警并自动停机。但是, 随着设备的磨损加剧, 设备在使用中故障越来越多及人为操作失误使同步误差过大, 电器控制系统发生故障时如何把所架的列车降下来是摆在维修人员面前的一个课题。

4 设备技术改造措施

4.1 固定架车机技术措施

在减速器的空心输出轴上安装一个六角型螺杆, 此螺杆的作用有2个:①代替原来的紧固螺栓用来锁紧传动丝杆, 使丝杆在减速器的空心轴内被轴向压紧, 实现轴向的准确定位和调整轴承的轴向间隙。②当架车机电器故障导致出现过大的同步误差时, 可以通过旋转减速器上增加的六角头, 人为地对架车机单坑或单个转向架进行升降, 在保证列车安全的情况下控制转向架达到等高的目的。固定架车机采用的减速器是K系列锥齿轮与圆柱齿轮传动, 其传动比为1∶8.23。所以完全在手动松开电机刹车的同时, 可以通过在减速器空心输出轴上加装六角头来直接旋转减速器输出轴而带动丝杆沿丝母上下运动, 从而达到消出同步误差的目的。并且在所有的举升柱上都固定上检测高度的标尺, 确保在手动操作时保证所有的转向架等高 (见图1、图2) 。

4.2 架车机改造后开展模拟演练和及时修改维护保养规程

改造后的架车机需对操作和维修人员进行再培训, 提高操作人员与维修人员的故障处理能力, 并且及时地修改完善了维护保养规程, 对操作人员进行技术交底, 设备车间对架车机同步故障进行一次模拟应急演练等, 从制度上保证操作与维修的安全。

4.3 技术改造意义

机械技术改造提高了设备质量, 促进了设备升级, 并且节约了资源、扩大了使用范围。采用新技术、新工艺对现有的固定式架车机设备、工艺条件进行改造, 对固定式架车机原有设备进行结构改造, 增加设备新元件、新装置以改善固定式架车机的技术性能, 使之达到新机械技术水平。通过设备技术改造, 简化机械设备运行步骤, 利于机械设备技术的管理, 使得固定式架车机向设备全新化、技术专业化、操作系统化的方向发展。

5 结语

固定式架车机是提高列车检修效率, 增强列车运行安全系数的重要设备。固定式架车机的同步性能、安全措施保证了列车检修工作的正常运行, 降低固定架车机同步机械故障, 更新架车机机械设备技术, 制作安全下降工装可有效延长架车机使用寿命, 使其更优质地服务于列车的检修与维护。

参考文献

[1]缪东.固定式架车机在地铁车辆段中应用实践[J].铁道工程学报, 2008 (10) :1-2.

[2]陈跃军.车辆段固定式架车机的选择及应用[J].技术与市场, 2012 (5) :2-5.

[3]徐海峰.固定式架车机设计原理分析[J].中国科技财富, 2008 (7) :2-3.

[4]周鸣语.地铁车辆段固定式架车机技术分析[J].城市轨道交通研究, 2011 (7) :1-3.

[5]李冰.架车机同步控制原理及应用比较[J].铁道机车车辆工人, 2010 (8) :1-5.

[6]李建兴, 李新兵, 戎自强.可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

舞台机械的同步控制 篇8

关键词:交叉耦合控制,李雅普诺夫稳定性理论,同步协调控制,永磁同步电动机

一、引言

永磁同步电动机由于体积小、调速比范围宽、效率高、运行平稳、噪声小、过载能力大, 被广泛地应用于工业、交通运输等领域。虽然永磁同步电动机具有诸多优点, 但是由于其数学模型具有高阶、非线性、强耦合、多变量的特点, 要想获得良好的控制效果依然存在困难。为了获得良好的控制性能, 近年来诸多学者提出了多种控制方式。如, 为了应对参数和 (或) 负载的扰动, 有人提出了鲁棒控制。为了应对参数和 (或) 负载的变化, 自适应控制得以应用。预测控制方案可以在降低花费或使某些性能指标最优的情况下, 还能使得输出情况良好。最优控制可以获得综合性能最优。采用模型参考自适应方式既可以使得参考模型随实际模型变化, 又可以使实际输出跟随参考模型输出, 从而获得良好的输出性能。为了降低控制器成本, 减小控制器体积, 采用无传感器控制方式或基于观测器的控制方式。采用模糊控制方式来应对结构和非结构不确定性带来的影响, 提高系统鲁棒性。采用分数阶控制方式可以获得比整数阶更好的控制效果。由于滑模控制方式对系统的不确定性和外加扰动具有鲁棒性, 因此被广泛使用。为了获得良好的动态性能, 采用转矩前馈控制方式。此外, 还有backstepping控制、神经网络控制、有限时间控制和线性控制方式也同样可以应用于该领域。

虽然, 这些控制方式都能对永磁同步电机进行良好的控制。但是, 它们或多或少的存在着不足。如自适应控制和模型参考自适应控制方式计算量很大, 并不特别适用于快速系统。鲁棒控制虽然计算量小些, 但是其只能处理一定范围的扰动。预测控制不但计算量大, 而且预测步长受实际被控对象的限制。采用模糊控制时, 需要对被控对象的实际情况有个事先的了解。采用backstepping方式设计控制器比较复杂。滑膜控制由于它的不连续控制, 会导致震荡现象。神经网络控制方式需要事先获得被控对象的输入输出特性, 并由此对神经网络进行训练。而采用的转矩前馈方式, 需要建立前馈表, 由该表查询控制量。此外, 上述大多数控制器比较复杂, 有些并不一定适合工程应用, 并且它们都是针对单个电机进行控制。

多电机的协调控制方式主要分为两种方法:一种是机械方式;另一种是电气方式。机械式的控制方式比较保守, 不易改变系统结构, 而且整个系统不能够太分散。电气式的多电机协调传动控制方式十分灵活, 而且不受空间的限制。协调控制方式主要是从最初的传统机械总轴控制方式到目前的电气控制方式转变。

Koren于1980年提出了交叉耦合控制方法[1], 即当两个轴的输出量的比值与理想值发生偏离时, 由交叉耦合控制器, 对控制双轴的两个电机都进行补偿。与其它协调控制方式相比, 它的协调性能更佳。这是一种将误差进行反馈, 从而达到抑制误差的方法。此后, 众多学者围绕多轴电机协调控制 (即耦合多电机系统) 进行进一步的研究。Kulkarni和Srinivasaa详细分析了交叉耦合补偿控制策略[2,3], 并于1989年提出了相关的最优控制策略[4]。1992年, Tomizuka等在交叉耦合控制器中引入了自适应反馈控制算法[5], 改善了瞬态响应和抗干扰能力。接着出现了多种多电机耦合控制方案, 如模型参考自适应控制在多电机同步拖动系统中的应用[8]。目前, 现有的多电机协调控制器大都比较复杂, 不便于工业应用。此外, 现在所设计的多电机协调控制方法或多或少地使用了交叉耦合的思想。在很多场合, 我们都希望各个电机能够保持同步协调以提高产品的质量和系统的安全系数。例如在造纸机、印刷机系统中, 如果各个电机不能保证很好的同步性能, 生产的纸张将会被拉断, 印刷也会出现不匹配的现象;在高速列车上, 如果各个电机不能保持良好的同步性能, 车体将会由此产生形变, 从而降低使用年限。

针对这些情况, 本文基于交叉耦合控制思想, 对两并联永磁同步电动机系统设计一个同步协调控制器, 并且获得一个通过李雅普诺夫稳定性理论求取该控制器的定理。

二、数学模型

根据文献[7~8], 两永磁同步电动机数学模型可表示为:

其中, Lsdi:第i个电机的d轴上的定子电感;Lsqi:第i个电机的q轴上的定子电感;Rsi:第i个电机的定子电阻;ψri:第i个电机的永磁磁通;npi:第i个电机的极对数;βi:第i个电机的阻尼摩檫系数;Ji:第i个电机的转动惯量;idi:第i个电机的定子电流在d轴上的分量;iqi:第i个电机的定子电流在q轴上的分量;wi:第i个电机的转子转速;udi:第i个电机d轴上的输入电压;uqi:第i个电机q轴上的输入电压;Tli:第i个电机上的负载转矩;这里, 下标i=1, 2。

引理1[9]:∀ε>0, 且ε为常数, 下列不等式成立:

引理2[10]: (Schur补定理) 对给定的对称矩阵

三、同步协调控制器的设计

两永磁同步电机的数学模型如式 (1) 所示。整个系统的控制结构如图1所示。取状态变量为:

其中, ω*是系统的转速设定值, 并且是一个常量。

因此, 由式 (1) - (3) , 我们可以得到如下状态方程:

其中

即λ为G (X) TG (X) 的最大特征值。

我们可以得到如下定理:

定理1:对于给定的两永磁同步电机, 其数学模型如式 (1) 所示, 假设存在一个λ使得不等式 (9) 成立, 且存在常数ε>0, 对称正定矩阵P和矩阵K=[kij]4×6使得不等式 (10) 成立, 则系统 (1) 能够在控制器 (5) 的作用下渐近稳定, 从而实现两永磁同步电机的同步控制。

证明:设X0为系统 (6) 的平衡点, 即 (A+BK) X0+X0+F (x0) , 则根据式 (7) 我们可以得到在平衡点处有:

取李雅普若夫函数为:

由式 (8) 和式 (12) 可得到:

根据引理1, 对任意给定的常数ε>0, 下列不等式成立:

所以式 (13) 变为:

因为由式 (7) 可以得出6) X=Z。所以6) F (X) 可表示为:

由式 (16) 可以得到:

设计控制器为:

所以式 (4) 变为:

在系统共负载变化缓慢的情况下, 即6) T11=0, 6) T12=0, 再根据式 (6) 和 (7) , 我们可以得到如下系统:

由式 (15) 和式 (17) 可得:

其中, I为适当维数的单位对角矩阵。

下式成立:

则表明李雅普若夫函数V为负。根据李雅普诺夫稳定性理论, 这表明系统 (1) 在控制器 (5) 的控制作用下能够稳定, 从而表明两永磁同步电机在控制器 (5) 的作用下能够实现同步。

根据引理2, 式 (19) 可以进一步地写为式 (10) 。定理证明完毕。

四、计算机仿真

接下来, 我们用计算机仿真来验证所提定理的正确性与有效性。

根据文献[11], 两电机的参数见表1。

根据电机参数情况, 通过相关方法可以得出:λ≤5×104。取λ=5×104。解定理1中的不等式 (10) , 得:

这表明式 (9) 有解。这意味着系统能够在控制器U=KX的作用下稳定, 并且两永磁同步电机能够实现同步。接下来, 利用Matlab中的Simulink软件进行仿真分析以验证定理的正确性。

Simulink仿真时, PWM开关频率为10KHz, 直流侧电压:VDC=300v。控制器参数K如上所示。为了充分地验证系统的同步协调能力, 我们考虑如下情况:系统的速度设定值ω*:120rad/s→-120rad/s→120rad/s。两电机的负载各不相同而且它们的具体数值是未知的。

仿真结果如图2、图3所示。其中, 图2为两电机的速度响应曲线, 图3为两电机的电流、电压响应曲线。图中, △ω1=ω*-ω1, △ω2=ω*-ω2分别为电机1和电机2的速度误差响应曲线。△ω=ω1-ω2反映的是两电机的同步误差。ia1, ia2分别为电机1和电机2的a相电流响应曲线。uan1, uan2分别为电机1和电机2的a相电压响应曲线。

从仿真结果图我们可以看出:系统启动之后, 两电机的转速很快地稳定下来。同时, 当系统的转速设定值发生变化的时候, 系统也能够很快地跟踪设定值的变化。这说明系统有良好的跟踪能力。同时, 两电机的同步误差在各个阶段均很小并很快地趋近于零。这反映了系统具有良好的同步性能。

五、结语

本文介绍了两并联永磁同步电动机的数学模型, 基于交叉耦合设计思想, 根据李雅普诺夫稳定性理论和范数理论设计了两永磁同步电动机系统的同步协调控制器, 得到了一个能够使该系统稳定的LMI形式的协调控制器设计方法。定理所设计的控制器具有结构简单、便于工业应用的特点。

参考文献

[1].Koren Y.Cross-coupled biaxial computer control for manufacturing system[J].ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 1980, 102 (12) :256~272

[2].Kulkarni P, Srinivasaa K.Cross-coupled compensators for contouring control of multi-axial machine tools[C].North American:In Proceedings of the 13th Manufacturing Research Conference, 1985

[3].Kulkarni P, Srinivasaa K.Cross-coupled compensators for multi-axial feed drive servomechanisms[C].Japan USA:In Proceedings of Japan-USA Symposium of Flexible Automation, 1986

[4].Kulkarni P, Srinivasaa K.Optimal contouring control of multiaxial feed drive servomechanisms[J].ASME Journal of Engineering for Industry, 1989, 111 (2) :140~148

[5].Tomizuka M, Hu J, Chin T, et al.Synchronization of two motion control axes under adaptive feed forward control[J].ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 1992, 114(6) :196~203

[6].Chuang H.Y., Lin C.H..A model-referenced adaptive control strategy for improving contour accuracy of multi-axis machine tools[J].IEEE Transactions on Industry Application, 1992, 28 (1) :221~227

[7].L.Zhao, C.H.Ham, Q.Han, T.X.Wu, et al.Design of optimal digital controller for stable super-high-speed permanentmagnet synchronous motor[J].IEE Proceedings-Electric Power Applications, 2006, 153 (2) :213~218

[8].陈伯时.电力拖动自动控制系统 (运动控制系统) [M].北京:机械工业出版社, 2003, 第3版

[9].P.Khargonekar, I Petersen, and K Zhou.Robust Stabilization of Uncertain linear Systems:Quadratic Stabilizability and H∞Control Theory[J].IEEE Transations on Automatic Control, 1990, 35 (3) :256~361

[10].S.Boyd, V.Balakrishnan, et al.History of Linear Matrix Inequalities in Control Theory[C].Proceedings of 1994 American Control Conference, 1994

舞台机械的同步控制 篇9

顾名思义, 换挡机械手就是模仿驾驶员驾驶汽车时的换挡行为, 来达到将汽车变速器换档到指定档位的目的。换挡机械手要同时拥有人类驾驶员换挡时肌肉的弹性和柔顺性, 还要有协调性, 同时要对不同操纵类型的变速器具有良好的适应性[2], 机械手操纵原理图如图1所示。档位之间的任意运动, 都可以根据结构视为机械手在换挡方向和选档方向的简化移动。因此, 机械手的运动轨迹可以被简化成如图2的两种运动形式。

1 换挡机械手驱动系统

在换挡机械手控制方面, 主要有液压、气动以及电机三种驱动方式。不同的驱动方式, 会产生不同形状的换挡力曲线, 进而直接影响同步器锥面产生的同步转矩。换挡力过小会造成同步时间过长, 加快同步环的磨损, 换挡力过大会产生强迫换挡, 引起锥面摩擦副变形, 降低同步器寿命[3]。

1.1 液压驱动系统

液压系统结构如图3所示。两个油缸通过机械滑台结构十字交叉的连接在一起, 装置中的伺服系统提供反馈, 用来控制操作杆的选挡运动和换挡运动。同时油缸旁固定的位移传感器在油缸运动时实时地采集位移信号, 传送到计算机系统中。机械手是一个非线性的控制对象, 单纯的伺服反馈控制难以满足模拟人手换挡时的动态性能及稳态精度的要求。因此, 在计算机检测系统中有时也加入直接数字控制系统中常用的PID控制算法, 从而很好地模拟人手换挡的功能[4]。

1.2 气动驱动系统

气动驱动具有运动速度快、可压缩和抗冲击的特性, 与人肌肉的弹性和柔顺性比较吻合。换挡机械手控制气路图如图4所示:

气动驱动系统工作原理[5]如下:首先, 换向阀8关闭, 选挡气缸锁住, 打开换向阀6, 这时三位五通阀7处于关闭状态, 因而对选挡气缸的两个腔体进行充气, 延迟一段时间, 然后关闭换向阀6, 在打开换向阀8的同时, 控制三位五通阀7, C口进气, D口与大气连通, 气缸伸长。当运动到目标位置时, 关闭换向阀8, 停止运动。由于阀的响应滞后, 气缸实际停下的位置与目标位置有误差, 必须进行位置校正。在一定的气压和预充气时间下, 定位误差基本恒定, 只要通过简单的自学习过程获得提前量, 提前发出对阀8断电指令, 即可保证选挡运动的定位精度。

在挂挡运动中, 通过调节气缸的供气压力和气缸排气口的开度, 可实现换挡力和换挡速度的调节。图4中, 调压阀1和2设定气缸的供气压力, 调流阀3和4调节排气开度。挂挡时, 首先关闭换挡阀5, 然后调流阀3和4全开, 控制调压阀1和2的压力, 平衡气缸两端压力。控制调压阀1进气, 调流阀3全开, 调压阀2处于中位, 调节调流阀4的驱动电压值改变气缸运动的速度, 调节调压阀1的设定电压改变气压, 从而实现换挡速度和力量的调整。

1.3 电机驱动系统

在电机驱动系统中, 由两个伺服电机分别控制机械手沿X、Y方向的运动, 即控制操纵杆的前进后退和左右两个方向运动, 此时操纵杆的下端就会控制变速箱的选挡和换挡。在机械手下部安装两个力传感器, 分别测量变速箱在选挡和换挡时, 操纵杆的选挡力和换挡力。机械手和变速杆则由万向节进行连接[6]。控制流程图如图5所示。

1、2—调压阀;3、4—节流阀;5—换挡阀;6, 8—换向阀;7—三位五通阀

2 性能比较

三种驱动方式性能比较如表1所示。

3 结语

同步器作为变速器的一个重要总成, 其性能优劣决定了变速器换挡性能的好坏。换挡机械手驱动方式的选取对同步器测试系统尤为重要, 驱动方式的好坏直接影响测试系统的性能。

参考文献

[1]李靖.机械式变速器用同步器同步性能测试试验台设计与研究[D].武汉理工大学, 2011.

[2]赵马泉, 张为公, 等.基于PLC的同步器性能与寿命试验系统的研制[J].工业仪表与自动化装置, 2008 (5) :52-54.

[3]兰燕东.汽车换挡同步器试验的研究[J].天津汽车, 1989 (1) :9-12.

[4]陈福恩.同步器操作性能与寿命测试系统的研究[D].吉林大学, 2005.

[5]陈晓冰, 张为公.同步器试验中气动七连杆换挡机械手位置伺服控制[J].汽车工程, 2005, 27 (5) :579-582.

上一篇:作文的规范性下一篇:水位控制技术