本文關(guān)鍵詞：伺服電動缸的運行能耗測試與仿真研究

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【摘要】：伺服電動缸是最常見的電動執(zhí)行元件,具有定位點數(shù)多、定位精度高、傳動效率高、節(jié)能省電等特點,在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前伺服電動缸的生產(chǎn)廠商或者使用者都會對其控制性能、運行特性及運行能耗進(jìn)行考慮,進(jìn)而影響到伺服電動缸的設(shè)計、優(yōu)化、選型及使用。采用機(jī)電一體化設(shè)計的伺服電動缸存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件多、零部件耦合性強(qiáng)等特點,一方面會導(dǎo)致對其進(jìn)行精確控制比較困難,另一方面會對其運行能耗分析與測試帶來困難。因此,對伺服電動缸的運動控制模型進(jìn)行分析與仿真研究、運行能耗分析與測試顯得十分有必要。本文以日本SMC株式會社生產(chǎn)的LEFS25AB-500B-R16N型號的直線導(dǎo)軌式伺服電動缸為研究對象,其采用永磁同步電動機(jī)作為驅(qū)動電動機(jī)。本文的主要研究內(nèi)容包括伺服電動缸仿真研究與伺服電動缸的運行能耗分析與測試。對伺服電動缸進(jìn)行仿真研究,首先,對采用矢量控制策略的永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析;其次,對基于id=0矢量控制方式的永磁同步電動機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)的三閉環(huán)進(jìn)行設(shè)計,電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的調(diào)節(jié)器分別采用PI、PI、純比例控制及在速度環(huán)與電流環(huán)前均增加位置前饋補(bǔ)償控制,以解決永磁同步電動機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)PID控制時存在著位置跟蹤滯后、響應(yīng)速度慢、超調(diào)量大等現(xiàn)象以致其往往不能滿足高跟蹤精度與高跟蹤速度的要求的問題;再次,把伺服電動缸的機(jī)械傳動部分等效為一個主要考慮其剛度、阻尼、慣量與延時效應(yīng)的模型,推導(dǎo)出其數(shù)學(xué)模型及傳遞函數(shù);最后,結(jié)合永磁同步電動機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與機(jī)械傳動部分的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出伺服電動缸的數(shù)學(xué)模型,并對伺服電動缸的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了MATLAB/Simulink仿真。對于伺服電動缸的運行能耗測試的研究,首先,根據(jù)伺服電動缸的運行機(jī)理,分析了伺服電動缸運行能耗的機(jī)理及組成,從理論上推導(dǎo)出伺服電動缸的運行能耗的數(shù)學(xué)模型;其次,根據(jù)伺服電動缸運行特性、試驗條件及試驗需求,設(shè)計并搭建了基于LabVIEW的伺服電動缸運行能耗試驗系統(tǒng);再次,針對不同運行狀況下的伺服電動缸的運行能耗進(jìn)行全面的試驗,包括數(shù)據(jù)采集、處理與分析;最后,根據(jù)試驗結(jié)果,對從理論推導(dǎo)出的伺服電動缸運行能耗的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正,使根據(jù)該模型計算出的伺服電動缸的運行能耗預(yù)測值與實測值的誤差率不超過10%,為伺服電動缸的設(shè)計、優(yōu)化、選型及使用提供理論依據(jù)與試驗數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：伺服電動缸 永磁同步電動機(jī) 仿真研究 運行能耗 LabVIEW
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH-39;TM341
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景與研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 伺服電動缸簡介12-14
• 1.2.2 伺服電動缸運行特性研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 伺服電動缸的運行能耗測試研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀16-17
• 1.3 課題研究內(nèi)容與目標(biāo)17-19
• 第二章 伺服電動缸的運動控制數(shù)學(xué)模型19-47
• 2.1 永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型20-26
• 2.1.1 永磁同步電動機(jī)的分類20-21
• 2.1.2 三個不同坐標(biāo)系下的永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型21-26
• 2.2 永磁同步電動機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)26-40
• 2.2.1 矢量控制方式26-27
• 2.2.2 id=0 矢量控制方式27-30
• 2.2.3 三閉環(huán)設(shè)計30-40
• 2.3 機(jī)械傳動部分的數(shù)學(xué)模型40-45
• 2.4 伺服電動缸的數(shù)學(xué)模型45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第三章 伺服電動缸的運行能耗模型47-67
• 3.1 伺服電動缸的運行能耗簡介47-51
• 3.1.1 伺服電動缸的運行能耗組成47-49
• 3.1.2 伺服電動缸的運行能耗的數(shù)學(xué)模型簡介49-51
• 3.2 伺服驅(qū)動器內(nèi)部電路的功率損耗2P模型51-56
• 3.2.1 伺服驅(qū)動器內(nèi)部電路的功率損耗2P的組成51-52
• 3.2.2 通態(tài)損耗Pcon模型52-54
• 3.2.3 開關(guān)損耗Psw模型54-55
• 3.2.4 伺服驅(qū)動器內(nèi)部電路的功率損耗2P模型55-56
• 3.3 永磁同步電動機(jī)的有功功率損耗P模型56-58
• 3.4 滑臺（負(fù)載）的功率損耗mP及機(jī)械傳動部分的功率損耗LP模型58-65
• 3.4.1 滾珠絲杠副的摩擦機(jī)理58-59
• 3.4.2 滑臺（負(fù)載）的功率損耗mP模型59-62
• 3.4.3 機(jī)械傳動部分的功率損耗LP模型62-65
• 3.5 伺服電動缸的運行能耗模型65-66
• 3.6 本章小結(jié)66-67
• 第四章 伺服電動缸的運行能耗測試系統(tǒng)設(shè)計67-82
• 4.1 伺服電動缸運行能耗測試方案制定67-70
• 4.1.1 試驗對象、試驗動作條件及負(fù)載運行狀況67-68
• 4.1.2 伺服電動缸運行能耗試驗的需求分析68-70
• 4.2 硬件測試平臺70-75
• 4.2.1 霍爾電流傳感器70-71
• 4.2.2 霍爾電壓傳感器71-72
• 4.2.3 激光位移傳感器72-74
• 4.2.4 數(shù)據(jù)采集卡74-75
• 4.3 LabVIEW上位機(jī)軟件設(shè)計75-78
• 4.3.1 LabVIEW軟件簡介75
• 4.3.2 測試程序流程圖75-76
• 4.3.3 測試程序軟件界面76-78
• 4.4 數(shù)據(jù)的采集、處理及分析78-81
• 4.4.1 伺服驅(qū)動器輸入端的功率損耗P0數(shù)據(jù)采集、處理及分析78-79
• 4.4.2 再生制動回路的功率損耗P3的數(shù)據(jù)采集、處理及分析79
• 4.4.3 永磁同步電動機(jī)有功功率損耗P的數(shù)據(jù)采集、處理及分析79-81
• 4.4.4 滑臺（負(fù)載）運行能耗mP的數(shù)據(jù)采集、處理及分析81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第五章 伺服電動缸的仿真研究與運行能耗測試82-96
• 5.1 伺服電動缸的仿真研究82-91
• 5.1.1 永磁同步電動機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)的仿真研究82-86
• 5.1.2 機(jī)械傳動部分的仿真研究86-89
• 5.1.3 伺服電動缸的仿真研究89-91
• 5.2 伺服電動缸的運行能耗測試91-93
• 5.3 伺服電動缸的運行能耗的數(shù)學(xué)模型93-94
• 5.4 本章小結(jié)94-96
• 第六章 總結(jié)與展望96-98
• 6.1 研究總結(jié)96-97
• 6.2 工作展望97-98
• 致謝98-99
• 參考文獻(xiàn)99-103
• 附錄103-113

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 曹軍;楊俊杰;應(yīng)義淼;章雪峰;;交流伺服電動缸在地震模擬振動臺中的應(yīng)用[J];實驗技術(shù)與管理;2011年04期

2 ;美國Exlar公司提供完整的伺服電動缸解決方案[J];伺服控制;2013年12期

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 汪東申;伺服電動缸的運行能耗測試與仿真研究[D];電子科技大學(xué);2016年

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本文編號：751368