电动负载中惯量电模拟实现方法.pdf

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1、总第202期2011年第4期舰船电子工程ShipE1ectronicEngineeringVoL31No．4109电动负载中惯量电模拟实现方法+王皖君张为公(东南大学仪器科学与工程学院南京210096)摘要为了克服电动负载中惯量机械模拟方法的固有缺点，研究了惯量电模拟及其实现方法。在分析惯量电模拟原理的基础上，提出了基于Luenberger观测器的加速度估计方法。为了验证实现方法的有效性，以双闭环直流调速系统作为被试验对象，采用与机械模拟相比较的方法，分别模拟不同的负载惯量，分析了突加给定工况的动态调节过程，结果表明本文提出的惯量电模拟方法是可行和合理的。关键词电动负载；惯量模拟；加速度观

2、测器中图分类号TM921．4RealizationofInertiaElectricalEmulationforElectricalLoadwangwanj岫zhangweigong(sch00lofInStrumentscienceandEn西neerillg，SoutheastUniversity，Nanjing210096)Abst哺ctInordertoover(姗etheinherentshortc咖ingsofinertiamechanical锄ulationinelectricalload，realizationofinertiaelectricalemulationwasr

3、esearched．Theprincipleofinertiaelectrical锄ulationwasanalyzed，andthenanaccelera—tionestimatemethodbasedontheLuenbergerobserverwasproposed．￡)0ubleclos}loopdirectcurrentspeedregulatesyst锄wasselectedasthetestobjecttoverifytheeffectivenessoftherealizationapproachThedynamicalresponseprocessofstepreferen

4、ce、^rasanalyzedandcomparedwithmechanicalemu}ationnlethodunderthedifferentloadinerti乱Thesimulationre—sultsindicatedthattheineniaelectricalemulationmethod、^，asfeasibleandreasonableKeyWordselectricalload，inertia咖ulation，accelerationobserverCIassN帅b钟TM921．41引言动力装置试验系统(如船舶电力推进系统、轨道车辆牵引系统、伺服电机试验系统)为了保证试

5、验条件和实际工况的一致性，通常采用直流电机工作在发电状态模拟实际负载，但只能模拟负载转矩，负载的惯量通常采用机械飞轮进行模拟，机械模拟的缺点是飞轮质量、体积大，加工困难，而且模拟不同类型的负载时，系统惯量调整困难，尤其是不能做到惯量无级调整，造成试验误差[1]。与机械模拟相比，电模拟具有负载惯量可通过控制参数无级调整、可减小原试验系统的结构尺寸等优点[2]，成为目前的研究热点[3“]。从实现方法上解释，电模拟是通过控制电机的输入电压来改变转矩、转速等机械量使试验系统动力特性与具有大质量机械飞轮系统一致。本文在分析魄量电模拟原理的基础上，提出将Luenberger观测器用于估计加速度，并给出

6、了利用直流电机实现惯量电模拟的方法，仿真研究了在双闭环直流调速系统的电动负载中的应用，仿真结果验证了所提出方法的可行性，与机械模拟方法相比表明，该方法能取代机械飞轮模拟惯量。2原理分析常见动力装置试验系统结构简图如图1所示，负载模拟电机通过联轴器、转速／扭矩传感器和动-收稿日期：2010年n月10日，修回日期：2010年12月13日作者简介：王皖君，男，博士研究生，研究方向：汽车零部件试验设备测控系统设计。110王皖君等：电动负载中惯量电模拟实现方法总第202期力装置输出轴相联，工作过程中，控制计算机根据动力装置的输出转速和预置的负载特性实时计算需要模拟的转矩，并作为驱动器的主给定。驱动器

7、和电机组成一个快速响应的扭矩闭环控制系统，通过控制电机的电磁转矩来模拟动力装置试验要求的负载转矩，从控制角度来看，负载模拟控制实质上是扭矩跟踪控制，目前的电机控制技术已经能实现精确的扭矩跟踪。惯量电模拟即取消图中虚线所示的机械飞轮，通过改变驱动器的给定来控制电机的电磁转矩，补偿电机转动惯量与目标转动惯量的差异，使得在相同驱动转矩作用下，系统的转速变化一致，或具有相同的加减速时间。控制计算机图1动力装置试验系统不考虑静止摩