1、機械轉(zhuǎn)換器的建模及仿真XI電一機械轉(zhuǎn)換器工件原理M.I喘機械轉(zhuǎn)換番概述篩著信恩時代的創(chuàng)柬*機電控制技術(shù)的數(shù)？化已經(jīng)威為必SS的炊威勢*在電藏控財技術(shù)«”專業(yè)技農(nóng)人員F方V訃地應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)電液打制«堆的ft7化控ttIHI-電液擰制歩統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字ft有直按和間搖網(wǎng)種fj沈.A按的h袪是金電液控制番就屮J樹I數(shù)7閥：閩按的方法品利用計ff機通a口小轉(zhuǎn)換H漠現(xiàn)対«MXMl液2材元件（It例閥或H睢閥）的數(shù)了扣訕件搖控剤方法相對間按控m力洼也理想聞為數(shù)字餌JC需DM轉(zhuǎn)換器、信號鑄逋不受外耶人峨憂'.?數(shù)字捽制的優(yōu)點外t更hniv4荊度商、澆m小第優(yōu)點“歩璉電桝闔從和

2、“度序*規(guī)干擾能力強、段降廉力等罪線性因蠱豈響小空町以理損用于開環(huán)控制零憂點|坤，所以常柞AS7N的電一機怦換雕.步進電機捲工低板理主要分應(yīng)應(yīng)式.永砒成和粗令蟲卩叭反應(yīng)班權(quán)機皓構(gòu)簡單*護申帝小.伸是剛?cè)镄札埜偅凰讲竭M電機輸出力矩大.動吉件能軒.但足步琥矗大，啟動傾率不遇合冊秦角較小的場怡混仔式步堆電凱煖軒r反應(yīng)式和永電式兩者的優(yōu)業(yè),它的軸業(yè)轉(zhuǎn)血丸功態(tài)性能ifi步距簫小.羯合式護璉電機柞為數(shù)7閥的電-機植轉(zhuǎn)換酔咼有如卜的特點|蒙啊髙.親件SM機中宦子對轉(zhuǎn)子的戛動力小不恨馭決于拔a相和B祁時電渝的幅置,辻也應(yīng)F它們汴聯(lián)的mtF的館建薯的譽值J4煤持失調(diào)謝住T個齒中怖龍IN內(nèi)（玄他-釣油人巌轉(zhuǎn)蠱

3、場9林子之間攜合會晤慮個具有一定剛JS的電磁力矩*其作用的箱果總抱植報的甬他移em軽料確場的相位勵吐趨1相“札ILfjiF通機械拉賞的作用效果+剛度大小與隸子齒數(shù)玄成疋比電黑力審的剛崔；汕什旳其功愎h；m:門mv.11通l吟為200-400Hz.悵轉(zhuǎn)f欄址電機的周有腌率會巴島-2）応從帝度高.傳蜒的電-機観樓換弱箱岀的力I力擔）與域中控制電II的大小屣單調(diào)比側(cè)茶甌菱康關(guān)1怪tl力的車響牧為嚴L般需耍通過位證壞能符高的生位帝度*而鶴合式步班電機在T柞過程中電機Kf愉入輸出的單調(diào)比惻控制特性便匝復(fù)戊.工柞術(shù)禪內(nèi)的匕汰亟1將便尹戟H：堆停擁力的卑響被PR制在很小的范出內(nèi)因此能得到較為理想的定位蒂度.

4、3簡化閥紂I山J電維剛度的無需像傳統(tǒng)的電-機械轉(zhuǎn)換瞬那樣外加大剛度的機枝彈費便閥的結(jié)構(gòu)須以簡化電機械轉(zhuǎn)換21的工作廉理電機械轉(zhuǎn)換器是一種將電氣fri號轉(zhuǎn)換成血線（或小范IMH動）運動的機械ft的元件.它&連接電氣佶號和機械fri號的橋梁12叭2D數(shù)字糾采用混合式步進電機作為其電-機M轉(zhuǎn)換器.混合式步進電機堆種低速的同步電動機.當在毎相中分刈通入90相位差的交涼電時轉(zhuǎn)十以交流電竦半相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn).混合式步進電機111定f和轉(zhuǎn)f細成其匸作脈理如圖3-1所心定子有8個極.極t分布首與轉(zhuǎn)&上仍的齒寬為距致的小闿.侮相鄰兩極上的為侑開用/2電角度.這樣可將定獷的8個極分為兩細分別將各極

5、卜'的繞細以圖31（町所示的方式進行堆按構(gòu)成了A.B兩個繞細.轉(zhuǎn)了足有兩段佚芯和夾在其中的水磁體構(gòu)成兩孜帙芯1：均勻的分布若定救At的小齒（股為50或100個小為）兩毆鐵芯的小齒相瓦俐開半個齒.當段候芯的齒9定/杲相極卜'的齒對齊時.另一該與飲極卜的椚對齊電機止常運行時.這兩相繞細外加相位差90電爪便會對轉(zhuǎn)f產(chǎn)生類1E枝波（因砒踣的II線性不是嚴格的正孩波）的即動力如7；和乙.該力矩介成麻彤成庭轉(zhuǎn)機場矢ht呼動轉(zhuǎn)/使典侑位移發(fā)心變化.牛繞組中的電派交變-個周期垢.轉(zhuǎn)齊轉(zhuǎn)過一個齒距.（a）（b）圖31混含式步進電機的丁作原理在渣體控制元件中步進電動機將輸出的依號通過步進運動.這步

6、進運動作用閥心.梅產(chǎn)生閥心的離敬式的輸出.在這個過程中步進電動機郴為于一個機械式的D/A轉(zhuǎn)換器.它務(wù)輸入的連續(xù)位移換成轉(zhuǎn)(的輸出的步?jīng)_衍位移.艮時小的fit化小位為個步?jīng)_角.精度取決于步進電動機整個工作行程所對綾的步數(shù).步進電動機作為電機械轉(zhuǎn)換陸的這種特性決定液爪控制元件在設(shè)計過用不可is免的秸度和響應(yīng)琳F同時須到保證的X嘰選樣較多的工作步數(shù)電液掙制元件的粘度捉胡.但足響繃速度慢：反之.選擇較多的匸作步救.響應(yīng)速度加快.但卻使須離散謀差加大.為f保證步進電動機作為電機械轉(zhuǎn)換器既有較髙的響應(yīng)速度同時乂保證艮貝有牧島的宦位粘度.步進電動機應(yīng)采用同步何84電機的控制方法.在其定子備相通入淀相位疙的連

7、續(xù)變化的正弦電涼.保訐轉(zhuǎn)f的輸出角位移可以在任意點帝確快速定位.3.2電一機械轉(zhuǎn)換器的數(shù)學模型為了対電機械轉(zhuǎn)換器進行竹能仿真.必須建芷我救少恢舉電機械轉(zhuǎn)換器的救學模型疽電爪半衡方秤.力矩方程.動力屮衡方程組成屮卻.為便F分析.作如下兒點fii2x耀f齒的磁導(dǎo)按正戎變化：渦流和思滯效應(yīng)忽略不計：相繞組沿定子圓周正孩分布.1電爪*衡方程槻據(jù)£爾S夫定休徹出包括驅(qū)動冋踣在內(nèi)的各電氣冋踣的電壓Y衡方電機的毎一相都町以用一個方用來衣達.a.b兩相的電丿kY衡方用分別為:ar式中：人"心分別為A.B兩相的能SL(3-1)(3-2)A.B相第才個齒的凰羅巴八巴/分別為乂化cos/Vz/&

8、quot;處in"兄"-)(打*cos(/V0«-A©)(3-3)0幅(也cckN0”*sinN9“"；.)(巧心cos(耳0-A*)(3-4)節(jié)彳個齒的磁通等JAB兩攻的思通Z和.即(3-5)e產(chǎn)化+e*-2("/c。"©+NfsinN矢)+2f心("0,A相的總能俵為心-E沢R妝比(3-6)/-oB相的總-r.-l-£乞小inN丸=W,N."JA：血0(3-7)AO0&XFXzZin8Xfat務(wù)zZ*+/一山0&XFXzZin8Xfat務(wù)zZ*+/一山稱心.人分別代

9、入電丿kY衡方用.則有：(3-8)(3-9)真中，R*相A的電楓繞細電川：R.相B的電樞繞組電FlhL線慚的電也IX：電機繞細的反電動勢系乙電機齒數(shù)'e電機轉(zhuǎn)n電角度：2)力矩方程設(shè)電機每極具有奇數(shù)個齒.以A郴北極中心齒軸拔為定子的參考軸找.作為0弧度位W.誅為標為“(T號齒.其他孑為按逆時憐方向依次標為第1.2.用T號齒肉此第4個齒的位置為】&擁miN,(3-io)如果毎極兒竹偶數(shù)個齒.則a相北極中心線為定子的參冷軸線.色飭開半個炭柚.(HI5住的如終結(jié)果足相同的.Hf«0以a相激也時H“所處的屮衡位寬為血始位槪.即此時根據(jù)定/磁導(dǎo)的tti5<a.B段第才個定

10、齒的磁導(dǎo)為：P.產(chǎn)P,弋5(啊"(3-11)P*=P廠P$oZN9詁一N3、(3-12)式中,多和為常數(shù)：&為轉(zhuǎn)子的位登通過入B股第/個灰的凰外為:F*s3cosN9參nN?.+/；”<3-13)F”Ni.gwNp“+Ni,gN9廠5(3-14)式中！"為毎相毎極繞組的【匝救：人<為極対數(shù).通過仏B攻?TM個出的娥通為：%"止第廠卜齒的磁場能fit.(3-15)(3-16)o»W.P,ZN丸MP,品N九+/7；>"”/>仇8*兄(3-17)十2/'乂/85A鴨.cck(AC-A；乞)ccK(眄色)總的就場

11、能fit，M-i'“'；'亠Ni"存NggN®*/VX6XanN0<3-18)電機諭出電磁轉(zhuǎn)矩為,別V7工9-/(/)«N9+T)cos賓中：TU=-Ni.P、F戶八、相繞組所產(chǎn)工的牽引力如的峰值：<3-19)3)動力學方程/丄'B相繞細所產(chǎn)生的牽引力的峰值I(3-20)式中|7>負找呼掠轉(zhuǎn)矩：J,作用轉(zhuǎn)子上的等效轉(zhuǎn)動慣“:的一一電機的呼擦用尼系數(shù)：K(系撓外加彈性剛搜.由電爪方程(3-8).(3-9).力矩方程(3-19)和動力學方程(3-3D)構(gòu)成了感應(yīng)f式同步電機的數(shù)學模型.rtkH心Iirmiiunir&#

12、39;利jTiir.nunryajpivx-ivixefrinwr、仔j卍itnuxauujiv務(wù)郴混介式步進電機看成是個控制元件則山A和和B相電派合成的旋轉(zhuǎn)磁場的角位移控制信號為愉入信號而混合式電機的轉(zhuǎn)F角位移&則為編（B信號電機械轉(zhuǎn)換器的仿真上耍包插舲態(tài)性能仿真和動態(tài)性能仿真電機械轉(zhuǎn)換誦的靜態(tài)性能仿真電一機蹄換器的停態(tài)轉(zhuǎn)竹I我是描4煩率為0Hz*值為±2個步幀的正強信乃控制你卜.符到電機轉(zhuǎn)子角位移0的曲線如圖32所示.從圖中對以看出電IHHcH換器貝仃良好的來奴轉(zhuǎn)性.線MA.圖32電一機K轉(zhuǎn)換Z電機械銭抉汩的動態(tài)性能仿真電機械轉(zhuǎn)換器的動態(tài)持性匸耍足描傾率待性包括幅椰待性和

13、相楝待竹.傾率響應(yīng)為綸入不同獗率.帕侑為誠人閥開I的25專的lE茲悴胡缶混介兀步進電機轉(zhuǎn)子角位移對控制借號的響應(yīng).不同頻率的仿真曲線如圖33所示.從圖中可以看出.在低頻時電機轉(zhuǎn)子角位移缶號腿很好的駅隨正強控制倍號但隨若如半的増加.福值先慢慢變?nèi)?到200Hz的時候再慢慢變小.同時相位滯歷越來越嚴:廉.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)窮出混合式電機的幅頻特竹和相妙恃竹如圖373，所示.從BB中看出:相淚合式步進電機幅值幺咸為3dB.相位淆厲90時的傾覽釣為230Hz.(a)IHz(b)10Hz(c)50HzOO(rOGI01502/(O(<l)100Hz(c)150Hz250Hz7*/Imd圖33不同W*F角位穆佑號對止殊控制佑號的仆VIO(D圖3步進電機的輛頻初性圖35步進電機的和3.4本章小結(jié)混介式步進電UI常作為閥的電機械轉(zhuǎn)換器.但足按傳統(tǒng)的控制方濃存件響應(yīng)速度和控劇箱度的祁.采用同步Afd®控制的混合式步進電機作為2D數(shù)了閥的電機械轉(zhuǎn)換器.很好的克4上述酢逆.本章酋先介紹門11機械轉(zhuǎn)換器的工作於理.建工電機械轉(zhuǎn)換