机电系统的建模、分析与仿真NCH

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1、第四章：机电反馈系统数学模型——磁悬浮轴承一、磁悬浮轴承1.工作原理：f=0.5SB2/0=2/(20S)，=0SNI/f=0S(NI)2/(22)；B——间隙磁通密度，——穿过磁极和转子表面的磁通，S——磁极面积，0=4107H/m——真空导磁率，NI——电磁铁安匝数，——磁极与转子之间的气隙，f——电磁铁的吸力第四章：机电反馈系统数学模型——磁悬浮轴承2.磁轴承的刚度磁轴承具有正刚度的条件：I/

2、，恢复力增量大小为第四章：机电反馈系统数学模型——磁悬浮轴承3.控制模型采用比例-微分控制器Gc(s)=s+1以给系统引入正阻尼，，n为自然频率。第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统二、直流调速系统1.直流电机的驱动与速度控制调速范围宽、起制动特性好F-D系统：使用变流机组作为可控变流装置KZ-D系统：使用可控硅整流装置取代变流机组PWM功放：开关频率高，电枢脉动电流小，电机的损耗和发热量下降，快速性好，动态抗负载扰动能力强。第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统2.带PWM功放的直流调速系统第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统3.PWM功放的数学模型PWM功

3、放可近似用纯增益建模4.直流电动机的数学模型电气时间常数：Ta=La/Ra机电时间常数：Tm=JRa/(CeCm)第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统5.具有双环路的直流调速系统为使电流环达到无稳态误差，选用比例-积分电流调节器第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统6.系统传递函数及其简化在Gi(s)中令i=TaTa=La/Ra——电动机电气时间常数Tm=JRa/CeCm——电动机机电时间常数为使电流环具有快速瞬变性质，令第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统7.简化模型的方块图在具有电流环的直流调速系统中，反电势的作用

4、可忽略不计。电流负反馈起过载保护作用。8.使用比例-积分速度调节器的直流调速系统选择比例-积分速度调节器，以使稳态速度误差为0取电流环闭环增益1/≈1，令Ti=RaTa/(KiKw)（电流环时间常数），K0=KgKnKiKw/(nCe)第四章：机电反馈系统数学模型——直流调速系统第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统三、位置随动系统1.概念位置随动系统：输出轴跟踪给定轴运动的位置控制系统。具有位置指令和位置反馈测量装置。常用的位置指令和位置反馈测量装置有点位计、自整角机及旋转变压器等。电位计结构比较简单，但电刷易于磨损，接触噪声和可靠性等问题比较严重。自整角机和旋转变压器工

5、作原理相似，前者测角精度为10~30′，后者测角精度可达20″。第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统2.自整角机随动系统两只自整角机分别作为发送机和接收机，发送机用于发送位置指令θ1，接收机通过减速器与电机转子连接作位置检测。使用校正装置和PWM功放以保证系统稳定性和动态品质。第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统2.自整角机发送机的转子绕组激励电压e1=Emsint产生交变磁场；发送机定子感应出交变电压es1=Kce1cosθ1，es2=Kce1cos(θ1+120)，es3=Kce1cos(θ1+240)；接收机定子绕组中生成与发送机中方向相同的交变磁场；若接收

6、机转子相对定子有转角θ2，则在转子绕组有感应电压e2=vmsin(θ1θ2)sin(tφ)≈vm(θ1θ2)sin(tφ)第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统3.双环路位置随动系统：速度环+位置环PWM功放用纯增益建模，速度控制器采用比例控制，二者合并为比例环节Kn。相敏放大器为一阶惯性环节K1/(T1s+1)，K1——增益，T1——滤波器时间常数。电流反馈增益1。位置控制器：KcGc(s)4.系统方块图5.速度环的降阶临界阻尼下（ζ=1）C′e/Ce=Tm/(4Ta)，Tn=2Ta第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统第四章：机电反馈系统数学模型——位置随

7、动系统6.比例-微分校正位置控制器：Gc(s)=Kp(1+Kds/Kp),并令Kd/Kp=T1,K0=K0KpKn/C′e——开环放大倍数；——自然频率；——阻尼比当速度环具有临界阻尼和位置环具有最佳阻尼第四章：机电反馈系统数学模型——位置随动系统7.比例-积分-微分位置控制器开环放大系数：K0=K1K2Kn/C′e第四章：机电反馈系统数学模型——电液伺服系统四、电液伺服系统1.工作原理快速性好，输出功率大。第四章：机电反馈系统数学模型——电液