电动机转矩转速控制机电控制工程高钟毓

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一种电机转速控制方法及系统[发明专利]

专利名称：一种电机转速控制方法及系统专利类型：发明专利
发明人：高乐,孙楠楠,陈文淼,赵强
申请号：CN202010609859.8
申请日：20200629
公开号：CN111682825A
公开日：
20200918
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种电机转速控制方法及系统，获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速，将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。

通过上述方案，基于预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，即为优化后的电机转速，基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。

此外，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。

申请人：潍柴动力股份有限公司
地址：261061 山东省潍坊市高新技术产业开发区福寿东街197号甲
国籍：CN
代理机构：北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：藏斌
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电动机转矩转速控制机电控制工程高钟毓

j dik j dij j d
ik
dt
jk
ij dt
dt
互感电动势自感电动势速度电动势
（反电动势）
2020年6月20日星期六
11
能量守恒方程
dWm di Tmd
旋转一周后状态复原
蜒 dW
m
di ? Tmd
0
蜒 di Tmd
2020年6月20日星期六
12
转矩与电压平衡方程
为使Tm ≠0，必须使上式中至少一个L或M 对θ的导数≠0
因此有两类电动机：
（1）L固定，M可变——固定磁阻电动机（至少两个回路）
（2）M固定，L可变——变磁阻电动机（一个回路即可）
2020年6月20日星期六
9
u1 u
u1 固定磁阻电动机
2020年6月20日星期六
变磁阻电动机
10
n
ej k 1
4
i e
2020年6月20日星期六
Ni → H → B（μH）
磁动势磁场强度磁通密度
→Φ
（SB）
磁通
→Ψ
（ Φ N）
磁链
Ni Rm
N 2i
Rm
Li 5
i e
2020年6月20日星期六
UI 功率
UIdt 能量
Udt d
id Wm di Wm
6
i1 e1
i2 e2
1 2
Tb2
ua1
Tb3
ua2 ua3
ω03
ω ω02 ω01
ω
Td＝0 Td1 Td2
ua1
ua2
ua
20
动态特性
ua
Raia
L

哈工大机电学院本科生综合课程设计2：最后附两张cad大图,一份完整的装配图

目录第一章总体方案设计 (2)1.1任务设计书及指标 (2)1.1.1设计任务书 (2)1.1.2主要技术指标 (2)1.2总体方案确定 (2)1.2.1方案确定思想 (2)1.2.2方案对比分子与确定 (3)第二章机械系统设计 (3)2.1竖直坐标工作台外形尺寸及重量估计 (5)2.2竖直导轨参数确定 (7)2.3滚珠丝杠计算和选择 (7)2.3.1 滚珠丝杠强度计算 (8)2.3.2 滚珠丝杠传动效率计算 (8)2.4伺服电机的计算与选取 (8)2.4.1 等效转动惯量的计算 (11)2.4.2 伺服电机等效负载转矩的计算 (11)2.4.3 伺服电机的选型 (12)2.5 联轴器的选用 (13)参考文献 (13)第一章总体方案设计1.1任务设计书及指标1.1.1设计任务书题目：两维工作台（步进电机+滚珠丝杠+Y 向可加减速器方案）结构设计任务：本项目要求的两维工作台为竖直平面内的X-Y 工作台，其中Y 向为竖直，X 向为水平，电动工作方式。

1.1.2主要技术指标1）工作台台面尺寸：X 向200mm ，Y 向200mm ，台面要求沿均匀布置同心圆上分布圆间隔30mm 的M6螺孔（螺孔深度不小于15mm ），中心须有20mm 定心圆孔。

2）工作台承载：载荷重量50Kg 。

3）行程要求：X 向500mm ，Y 向1000mm 。

4）位置定位精度：X 向0.1mm ，Y 向0.05mm 。

5）最大运动精度：X 向0.1m/s ，Y 向0.2m/s 。

1.2总体方案确定根据设计任务书的要求确定总体方案。

1.2.1方案确定思想两坐标数控工作台台体设计主要分为机械系统部件和台体上的测控部件。

机械系统部件又分为导轨组成，传动组成，减速装置等；测控部件又分为伺服电机，检测及反馈元件等等。

1) 工作台型号为HXY-2020； 2) 行程要求X=200mm ，Y=200mm ；3) 工作台面尺寸为C ×B ×H=270×250×18； 4) 底座外形尺寸为C ×B ×H=1000×25×840； 5) 工作台最大长度为1000mm ； 6) 工作台负载重量为N=500N ；7) 工作台最快移动速度max max 0.2/;x y v v m s ==8)X,Y方向的定位精度为0.05mm；9)工作台负载小，运动灵敏度高，低速；10)定位精度高；11)考虑到结构稳定，安全，建议基座和滑台采用铸造工艺。

华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析

n 1 n 0 1 n 1 19 9 .4 2 2 1 98 .8 (r/5 m 6i
3.11 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？答：因为Tst=UN/Ra，Ra很小，所以Tst很大，会产生控制火花，电动应力，机械动态转矩冲击，使电网保护装置动作，切断电源造成事故，或电网电压下降等。故不能直接启动。
⑷ 当 0 .8 N 时 n 0 1 ， K U e 0 .8 U K N e N 0 n .0 8 1 0 .8 5 15 ( 9 r/9 m 49 i
n 1 K e K R a t 2 T N 0 .8 2 K R e a K t 2 N T N ＝ 0 .1 8 2 n 0 5 .8 2 9 9 .2 ( 2 r/m
答：
T N95n P N N 59 051 5 5 .5 5 00 3.0 0 5(N 2m )
IN IN IfN 6 1 2 5(A 9 )
n0
UN K eN
UNnN UNIaNRa
n0111 1 5 010 95 0.201 06(r8/m 0 in)
答：a匀速，b减速，c减速，d加速，e减速，f匀速
2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？
答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动
部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
答： j1=ωM/ω1= nM/n1=900/300=3 jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15
JZ JM J j1 2 1J jL L 2 2 .5 3 2 2 1 125 6 2 .8 (kg m )

邓钟星《机电传动控制》(第五版)控制电机.

5.5 直线电动机
直接将电能转换为直线运动的电动机。
直线异步电动机直线直流电动机
直线同步电动机
直线异步电动机的结构
2018/9/14
18
直线异步电动机的工作原理
直线电机是由旋转电机演变而来的，因而当初级的多相绕组通入多相电流后，也会产生气隙磁场，其强度按通电顺序作直线移动。在此磁场的切割下，次级导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力，如果初级是固定的，则次级就顺着磁场运动的方向作直线运动。其速度与电动机极距及电源频率成正比。因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度。改变通电相序，即可改变运动方向。
2018/9/14 6
2018/9/14
7
5.3 交流伺服电动机
5.3.1 交流伺服电动机的基本结构
其定子上放置了对称布置的三相绕组，转子为永磁体，故又称为稀土永磁电动机。
相当于将直流伺服的定子与转子位置进行了互换，省去了机械换向器与电刷，改之为电子换向器或逆变器。交流伺服电动机按气隙磁场的分布方式可分为两类：一类是无刷直流电动机（ BDCM ），一类是永磁同步电动机（PMSM）。
主要类型永磁式
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电磁式即为他励式，故直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性公式相同。 Uc—电枢控制电压； R— 电枢回路电阻； Φ— 每极磁通； Ke、Kt—电动机结构常数。因而，可通过改变Uc和Φ进行调速，前者叫电枢控制，后者叫磁场控制。电枢调速具有响应速度快、机械特性好、调速特性线性好的有点，而广泛应用。
5.3.3 正弦波永磁同步电动机电机结构与无刷直流电动机的基本相同，但其气隙磁场是按正弦分布的。其转轴上安装有测速发电机，其输出信号用于速度反馈，在转子上装有转子位置检测器，可测转角位置。

机电传动控制_邓星钟_第三版_课后答案

机电传动控制_邓星钟_第三版_课后答案机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。

拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TM-TL0说明系统处于加速，TM-TL0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）TMTTM=TL TM TLTM-TL0说明系统处于加速。

TM-TL0 说明系统处于减速TMTL TM TLTM TL TM TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TMTL TTLTM= TL TM= TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。

这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。

所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多?因为P=Tω，T=G D2/375. P=ωG D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2 越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量JM=2.5kgm2,转速nM=900r/min; 中间传动轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60 r/min。

基于自抗扰迭代学习控制的双定子磁场调制电机转矩脉动抑制策略

<g坐标系中的第；-1次分量，第；次负序分量将
变成
中的第；+1次分量。因此，在<=
中，相的转矩谐波将
次数的 :
出现，
为
% ( 8 "?% = 8涉； +""
( 10%
式中："?为转子的机械角度；"为电角度；"[
+如二+"m；8弘为傅里叶系数;+为调磁环转子对数。
另外，内、外定子的存在，
位置磁
的磁阻存在，气隙磁场在空间分 .出
doi： 10.12177/e?ca.2021.017
Torque Ripple Suppression Strategy of Field-Modulation Double-Stator Motor Based on ILC-ADRC #
GAO Yunlei， WANG Yubin， HUANG Ying
控制与应用技术I EMCA
电札与披制应用2021,48（6）
基于自抗扰迭代学习控制的双定子磁场调制电机转矩脉动抑制策略#
高云雷，王玉彬，黄瑛
!中国石油大学(华东)新能源学院，山东青岛266580]
摘要：与传统单层气隙电机相比，双定子磁场调制(FMDS)电机存在较大的转矩脉动。转矩脉动随转子位置的变化而周期性变化，从而导致速度脉动。针对周期性转矩脉动、快速性与超调性的矛盾
控制与应用技术I EMCA
此可知，转矩谐波将引起相同阶次的速度
谐波：
% Te 0 Te 6 8xcos( ；e -#x) k
( 13)
!r 0
% 6
COS( kee 1
%
( )14

改进永磁同步电机转矩控制精度的措旋

改进永磁同步电机转矩控制精度的措旋薛靖（译）;钟玉林（校）【期刊名称】《电力电子》【年(卷),期】2008(000)001【摘要】各种各样的实际因素会导致永磁同步电机在求取转矩时很难绝对精确。

比如转子温升会导致磁场强度降低并使得输出转矩减小。

导致转矩减小的另一种情况是在过载时铁心出现饱和。

针对这样的情况，现在比较行之有效的设计思路是使用一个快速叠加速度控制环或者使用转矩传感器。

但是，像绞车和注塑成型机一类的设备需要很高的转矩精度，而使用转矩传感器有诸多缺陷。

本文将介绍三种不吲的改进静态转矩精度的策略。

第一种策略是基于对转矩常数和磁阻转矩常数的离线辨识。

这一思想在第二种策略中得以扩展．即通过转矩与转距电流之间的关系来识别电机特性。

这种策略通过采用多项式方程进行计算来补偿味开环控制的不足。

第三种策略是一种在线自适应转矩常数控制技术，它基于对电机电参数的观测和对转速的洲量。

试验结果证实了三种策略理论的有效性。

【总页数】5页(P22-25,47)【作者】薛靖（译）;钟玉林（校）【作者单位】清华大学电机系【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.改进永磁同步电机转矩控制精度的措施 [J], Guido;Stoeppler;Franz;Bauer;薛靖;;;;;;;;;2.基于改进型负载转矩观测器的永磁同步电机滑模控制 [J], 颜伟平;王兵;刘凯;余鑫;李江坪3.改进的永磁同步电机双矢量模型预测转矩控制 [J], 刘述喜;孙超俊;杜文睿;程楠格4.改进型永磁同步电机模型预测转矩控制 [J], 熊永跃;李光中;石川东;舒中宾5.一种改进的内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法 [J], 孟兵兵;于春来;郭昊昊;刘彦呈;张珍睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

电机转矩转速测量方法的分析 - 光学精密工程

文章编号　10042924X (2002)0320290205电机转矩转速测量方法的分析赵思宏,范惠林(空军第二航空学院三系兵器教研室,吉林长春130022)摘要:电机的转矩和转速是最重要的两个参数,对它们的测量必须准确。

根据用户提出的测量航空电机具体要求,本文分析了转矩和转速的测量原理,指出了采用应变式和光电式传感器构成测量仪更适合测量大转矩、高转速电机。

虽然与传统的测量方法一致,但经过理论分析,得出了这种测量方式机械结构影响测量稳定性的原因,即传动轴受减速器齿轮啮合力作用产生的弯曲应变和结构谐振对测量精度影响最大。

本文通过精确的计算,充分地考虑了机械结构对测量稳定性的影响,提出了选择转矩传感器及转速传感器的基本原理与方法。

据此,在所研制的电机测量仪中,大大地提高了测量精度,并有效地减小了测量仪的体积和重量,适合航空工业应用。

关　键　词:转矩和转速;传感器;减速器;测量稳定性;测量精度中图分类号:V242.44 文献标识码:A1　引　言随着现代化工业的发展,越来越多的新型电机不断研制出来。

转矩和转速是电机最重要的两个参数,要合理地选用电机,必须要准确地对转矩和转速进行测量。

在以往的转矩和转速测量中,通常将电机与传感器和负载直接连接起来,这种方法构成的电机转矩转速测量仪具有结构简单,测量平稳等优点,但如果测量各种大转矩电机,需要加大负载,将导致测量仪体积和重量增加,且受旋转轴固有频率的影响,不适合于测量高速电机。

针对用户提出的要求,被测电机多为航空设备,转速及转矩较高,同时测量仪需适宜外场作业,因而测量仪的体积、重量受到严格的限制。

为此改变以往用转动惯量较大的旋转体作为负载的方法,采用磁粉制动器作为负载,有效地减小了体积和重量。

但是磁粉制动器有极限转速,当被测电机转速较高时,必须通过减速器对待测速率进行减速,所以采用两级减速器进行减速。

这种机械结构会对测量稳定性带来一定的影响,传动轴受减速器齿轮啮合力作用产生的弯矩和结构谐振对测量的影响最大。

一种基于干扰观测器的重复控制解耦方法

一种基于干扰观测器的重复控制解耦方法赵钢;刘娟【摘要】A kind of repetitive control technique based on disturbance observer is proposed for the three-axis turntable dynamics decoupling, starting from the analysis of the velocity coupling and torque coupling to establish a dynamic differential equations. The disturbance observer works as a feedback controller to compensate for the effects of dynamic coupling, providing certain robustness. In order to inhibit the coupling interference, a repetitive controller is added, making the system better robust performance. The simulation results show that the coupling to inhibit the effectiveness of the strategy, indicating that the turntable can meet the system location accuracy requirements.%针对某型号的三轴转台,从分析速度耦合及力矩耦合出发建立了三轴转台动力学微分方程,提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.干扰观测器作为反馈控制器补偿了动力学耦合的影响,为系统提供了一定的鲁棒性.为了更彻底的抑制耦合干扰,增设了重复控制器,使系统获得更好的鲁棒性能.仿真结果证明了该耦合抑制策略的有效性,表明了转台可以满足系统位置精确度要求.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)006【总页数】5页(P25-29)【关键词】三轴转台;解耦;干扰观测器;重复控制;鲁棒性能【作者】赵钢;刘娟【作者单位】天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384;天津理工大学自动化学院,天津市复杂控制理论与应用重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言随着航空航天技术的飞速发展，对惯性导航系统的精确度要求越来越高，因此迫切需要研制出惯性导航元件检测设备即转台.然而在转台的三框之间存在着非线性耦合关系，它们相互影响［1］，严重时会对系统的性能产生直接影响.为了满足三轴转台高精确度的要求，必须对三轴转台进行解耦研究.许多文献从不同角度对三轴转台解耦问题进行了分析研究，提出了如状态反馈与动态补偿法［2］，二阶系统反馈解耦法［3］，速度内反馈解耦法［4］，鲁棒补偿解耦法［5］等.这些方法首先均对三轴转台建立了动力学方程，不同的是，文［2］中首先采用逆系统理论证明系统的可解耦性，然后运用状态反馈与动态补偿的方法将系统转化为零耦合的线性系统;文［3］中将多输入多输出的二阶转台系统转化为无阻尼、无刚度的惯性系统;速度内反馈法通过高开环增益削弱速度环其对框体运动速度的影响，保证位置环的跟踪精确度;鲁棒补偿法通过设计由干扰观测器与低通滤波器组成的动态解耦鲁棒补偿控制器检测和补偿耦合干扰.本文提出了一种基于干扰观测器及重复控制技术的三轴转台动力学解耦方法.1 三轴转台动力学微分方程的建立通过对三轴转台内、中、外三框的速度耦合及力矩耦合的分析，并根据动量矩定理的推导，最终可以得到三轴转台的动力学方程为［2］:本文所研究的某型三轴转台其框架相对于固联坐标系的转动惯量为该三轴转台系统所使用的电机为直流力矩电机，电机型号及参数如下:表1 电机型号及参数参数型号峰值堵转电压/V 电流/A 转矩/(N·m)最大空载转速/(r/min)电枢电感/mH 电阻/Ω 转动惯量/(kg·m2)J215LYX03D 60 5.5 24 110 11.2 19 0.038 J250LYX05C 60 8 60 63 7.1 17.2 0.08 J275LYX04B 60 9.6 85 58 6.24 18.7 0.18由文［6］可知，控制电压与电机输出力矩的线性关系为其中Kt为电机的转矩系数，经过计算可得三个型号的电机转矩系数分别为4.36、7.5、8.86 N·m/A.将电机数据分别代入式(4)中，并联合式(1)～(3)，经过转换可以得到如下方程组:设，则用微分方程表示本系统为从(5)～(7)可以看出，该系统是一个3输入3输出的非线性系统，包含复杂的耦合关系.解耦设计成为了设计出高性能控制系统的必要步骤.2 干扰观测器的结构与设计干扰观测器(disturbance observer-DOB)的基本思想是:把实际系统输出与标称模型输出的差值应用于标称模型，估计出等效的干扰，并将其作为补偿信号反馈到输入端［7］.图1 干扰观测器的初始结构图中Gp(s)为实际对象的传递函数，Gn(s)为标称模型，u为系统的外部输入，d为外部干扰，d^为d的估计值，即观测到的干扰.对于实际的物理系统，Gn(s)的相对阶不为零，其逆在物理上不可实现;实际对象Gp(s)的精确数学模型亦无法确定;而且实际系统由于受到测量噪声的影响，该方法的控制性能也会受到影响.鉴于此，我们在等效干扰后串入一个低通滤波器，如图2所示，从而改善Gn(s)的相对阶不为零所带来的问题.图2 改进后的干扰观测器结构图由图2可以得到:取低通滤波器Q(s)的频带为fq，则有当f≤fq，Q≈1，Guy(s)≈Gn(s)，Gdy(s)≈0，Gny(s)≈1;当f≥fq，Q≈0，Guy(s)≈Gp(s)，Gdy(s)≈Gp(s)，Gny(s)≈0.由此可见，外界干扰可以通过低通滤波器的合理设计过滤掉.但是设计低通滤波器时有两点需要予以考虑:首先，需使Q(s)Gn-1(s)正则，Q(s)的相对阶应不小于Gn-1(s)的相对阶;其次，Q(s)的带宽设计应该在干扰抑制能力与抑制噪声即系统相对稳定度之间折衷.设Gp(s)的标称模型为Gn(s)，则被控对象的数学模型可用标称模型及可变传递函数的乘积表示，即式中Δs为可变的传递函数.欲使干扰观测器Q(s)实现鲁棒稳定性，必须满足:本系统采用的低通滤波器形式如下:当τ=0.001时，式(9)可以得到满足，同时外界干扰可以得到很好的抑制.3 基于干扰观测器的重复控制技术重复控制是一种基于内模原理的控制方法［8］.内模原理的基本思想是:如果要使一个稳定的反馈系统实现对某一外激励信号的稳态无误差的跟踪或者抑制，其充分必要条件是在系统回路中设置这一激励信号的发生器［9］.近年来，重复控制被广泛应用于光伏逆变［10-11］、有源滤波［12-13］、伺服控制等领域［14-15］;重复控制亦与 PID 控制［16］、最优控制［17］和神经网络控制［18-19］等控制策略相结合成复合控制策略.本文将重复控制器插入到扰动观测器前，如图3所示.基于重复控制理论设计出的重复控制器的输出为上一个周期的控制偏差，加到干扰观测器的输入信号除偏差信号外，还叠加了上一周期该时刻的控制偏差.把上一次运行时的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加到干扰观测器上进行控制，偏差被重复使用，经过几个周期的重复控制之后可以大大的提高系统的控制精确度，改善系统品质［20］.图3 基于干扰观测器的重复控制系统框图基于干扰观测器的重复控制技术既利用了扰动观测器的补偿作用，又利用了重复控制的重复叠加提高精确度的特性，有利于抑制三轴转台的动力学耦合.4 仿真研究为了验证基于干扰观测器的重复控制对三轴转台解耦的有效性，本文对三轴转台伺服系统的位置跟踪进行了仿真研究.并将基于扰动观测器的PID控制与基于干扰观测器的重复控制进行了分析比较，观察其是否能达到本转台所要求的位置精确度. 本论文研究的三轴转台伺服系统使用直流力矩电机直接驱动.力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩，带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机.力矩电机的工作原理和传统的直流伺服电机相同，而直流电机的数学模型可以表示为［21］式中:Km与Tm有明显的物理意义;Km为系统增益;Tm是电机时间常数.结合本研究中内框驱动电机的参数，可以得到内框驱动电机的数学模型即实际被控对象为取标称模型为本文中所使用的转台性能指标为:内框旋转角度范围在-20°～20°，中框旋转角度范围为-30°～30°，外框旋转角度为0°～360°，三框最高转速均为120°/s，最大加速度均为800°/s2，三框的角位置精度误差均为5″.以研究内框的位置跟踪为例，在满足系统性能指标的前提下，分两种情况进行仿真.第一种情况:取内框给定位置信号为:r(t)=sin8πt，扰动信号为中框与外框分别转过1°时对内框产生的耦合影响;第二种情况为:取内框给定位置信号为r(t)=10sin2πt，扰动信号为中框和外框分别转过10°时对内框产生的耦合影响.仿真结果如下:从以上仿真曲线可以看出，干扰观测器不仅能观测到三轴转台的动力学耦合，而且采用干扰观测器使得系统对输入信号的跟踪性能明显优于无干扰观测器时对输入信号的跟踪性能.但是本文所研究的转台角位置精确度要求为5″，即0.001 389°，仅仅使用干扰观测器仍不能达到精确度要求.根据本文的研究，在干扰观测器前加上重复控制之后，经过1～2个周期的调整，跟踪误差稳定在0.000 4°左右，完全符合角位置精确度要求.图4 第一种情况下仿真结果图图5 第二种情况下仿真结果图5 结语本文为了抑制三轴转台动力学耦合对系统的影响，提高系统的位置跟踪精确度，将干扰观测器控制策略与重复控制算法相结合.该方法较文［2］中方法而言更贴合实际，更多的考虑实际中电机和外界干扰的对耦合的影响;较文［3］而言，本文方法下系统响应速度和解耦精度都有明显提高.参考文献:【相关文献】［1］李秋红，薛开，李燕.双半轴轴承结构的功率流传递特性［J］.哈尔滨工程大学学报，2011，32(19):1163-1167..［2］黄卫权，刘文佳.三轴仿真转台耦合问题的研究［J］.弹箭与制导学报，2009，29(1):99-103. ［3］刘延斌，金光，何惠阳.三轴仿真转台系统模型建立及解耦控制研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2003，35(3):323-328.［4］李付军，雒宝莹.3轴电动转台动力耦合分析及抑制策略.［J］.上海交通大学学报，2011，45(2):202-207.［5］崔栋良.三轴摇摆台动力学仿真与复合控制研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工程大学，2009:43-50. ［6］高钟毓.机电控制工程［M］3版.北京.清华大学出版社.2011:8.［7］高亮.基于干扰观测器的转台控制系统设计［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2007:36.［8］孙宜标，闫峰，刘春芳.抑制直线伺服系统周期性扰动的改进型重复控制［J］.控制与检测，2009，4:42-45.［9］陈诗恒.基于二维混合模型的静态输出反馈鲁棒重复控制［D］.长沙:中南大学，2009:8. ［10］张国月，曲轶龙，齐冬莲，等.基于重复控制的三电平光伏逆变技术.［J］.浙江大学学报:工学版，2012，46(7):1339-1344.［11］魏艳芳，赵莉华，荣先亮.基于PI控制和重复控制的100KW隔离型光伏逆变器［J］.可再生能源，2012，30(4):6-9.［12］于晶荣，栗梅，孙尧.有源电力滤波器的改进重复控制及其优化设计［J］.电工技术学报，2012，27(2):235-242.［13］徐明夏，林平，张涛，等.有源电力滤波器重复控制方法的设计［J］.电源学报，2012(3):16-20.［14］夏加宽，郭铁，何新.基于重复控制的高频响直线伺服系统［J］.微电机，2012，45(3):44-46.［15］潘宇航，曾清平，曹帅，等.基于重复控制技术的位置伺服系统的设计研究［J］.空军雷达学院学报，2010，24(1):51-53.［16］张震，柴文野，潘登，等.基于PID和重复控制的UPS逆变器的研究［J］.电测与仪表，2011，48(545):89-92.［17］张宜标，王欢，杨俊友.基于H∞最优控制的PMLSM伺服系统鲁棒重复控制［J］.沈阳工业大学学报，2012，34(3):241-246.［18］黄薇，周荔丹，郑益慧，等.基于神经网络PI重复控制器的三相并联有源电力滤波器［J］.电力系统保护与控制，2012，40(3):78-84.［19］张丹红，胡孝芳，苏义鑫，等.结合重复控制补偿和CMAC的液压伺服系统PID控制研究［J］.机械科学与技术，2012，31(5):749-752.［20］胡洪波，于梅.低频标准振动台波形复合控制仿真研究［J］.计量技术，2008，1:50-53. ［21］KATSUHIKO Ogata.现代控制工程［M］.5版，卢伯英，佟明家译.北京.电子工业出版社，2011:30-51.。

清华大学-控制工程-主要参考文献

教材董景新，赵长德，控制工程基础，北京：清华大学出版社，1992主要参考文献[1] 张伯鹏，控制工程基础，北京：机械工业出版社，1982．「2」高钟毓主编，机电一体化系统设计，北京：机械工业出版社，1997．[3] 王显正，范崇，控制理论基础，北京：国防工业出版社，1980．[4]Katsuhiko Ogata（美），现代控制工程（第四版中译本），北京：电子工业出版社，2002．[5] 吴麒，自动控制原理，北京：清华大学出版社，1990．[6」李友善，自动控制原理，北京：国防工业出版社，1980．[7] 杨叔子，杨克冲，机械工程控制基础，武汉：华中工学院出版社，1984．[8」阳含和，机械控制工程（上册），北京：机械工业出版社，1986．[9] Morris Driels,Linear Control Systems Engineering(国际知名大学原版教材)，北京：清华大学出版社，2000[10] Gene F.Franklin,J.David Powell,Emami Naeini， Feedback Control of Dynamic Systems (3rd ed)， Addison-Wesley Publishing Company， 1994[11] Richard C.Dorf,Robert H.Bishop， Modern Control System (7th ed)，Addison-Wesley Publishing Company， 1995[12] John Van De Vegte， Feedback Control System (3rd ed)， Prentice-Hall， Inc.， Englewood：Cliffs,New Jersey， 1994「13」Ernest O. Doebelin， Control System Principles and Design，Prentice-Hall， Inc.，Englewood：Cliffs,New Jersey， 198558。

《机电传动控制》(第四版邓星钟)课后答案 [1]

动机有何影响？
电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.
5.8 三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能启动？而在运行时断了一线，为什么
仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？
三相异步电动机断了一根电源线后，转子的两个旋转磁场分别作用于转子而产生两个
方向相反的转矩，而且转矩大小相等。故其作用相互抵消，合转矩为零，因而转子不能
③ 励磁功率Pf;
④ 额定转矩TN;
⑤ 额定电流时的反电势；
⑥ 直接启动时的启动电流；
⑦ 如果要是启动电流不超过额定电流的2倍，求启动
电阻为多少欧？此时启动转矩又为多少？
① PN=UNIaNηN
2200=110*IaN*0.8
IaN=25A
② Uf= RfIfN
速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件等的
限制，调速范围不大，调速时维持电枢电压和电流步变，
属恒功率调速。
3.19直流电动机的电动与制动两种运转状态的根本区别何
在？
电动机的电动状态特点是电动机所发出的转矩T的方向
与转速n的方向相同.制动状态特点使电动机所发的转
矩T的方向与转速n的方向相反
习题与思考题
第三章
3.1 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压
而成？
直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成
是因为要防止电涡流对电能的损耗..
3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩 TL=常数，当电
枢电压附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电
枢电流的大小？为什么？这是拖动系统中那些要发生
定电流和转矩。

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