三轴仿真转台设计及动力学耦合分析

首先阐述了转台轴承应拉开合适的间距且装配时使轴承的偏心量同向,及直流力矩电机的选取方法,又给出了三轴仿真转台主要载荷的工程计算方法,然后在ADAMS2003中仿真3个框架分别单独摇摆及分别匀速转动时驱动电机输出转矩情况,再仿真3个框架同时摇摆及同时匀速转动时驱动电机输出转矩的耦合情况,最后进行实验测试,并将实验结果与仿真结果、工程计算结果及最终选取结果进行对比分析,得出3个框架同时转动时,会引起框架间力矩的耦合,驱动电机输出转矩会增加,不考虑3个框架耦合作用的工程计算结果是不准确的,工程设计中选取驱动电机必须以ADAMS中的仿真结果为依据,这就为实际设计中选取驱动电机及进一步的研究工作提供了依据。     

Design,implementation, and test of skid steering-based autonomous driving controller for a robotic vehicle with articulated suspension

This paper describes an autonomous driving control algorithm based on skid steering for a Robotic Vehicle with Articulated Suspension (RVAS). The driving control algorithm consisted of four parts: speed controller for following the desired speed, trajectory tracking controller to track the desired trajectory, longitudinal tire force distribution algorithm which determines the optimal desired longitudinal tire force and wheel torque controller which determines the wheel torque command at each wheel to keep the slip ratio below the limit value as well as to track the desired tire force. The longitudinal and vertical tire force estimators were designed for optimal tire force distribution and wheel slip control. The dynamic model of the RVAS is validated using vehicle test data. Simulation and vehicle tests were conducted in order to evaluate the proposed driving control algorithm. Based on the simulation and test results, the proposed driving controller was shown to produces satisfactory trajectory tracking performance.     

步进电机的经济型驱动电源

针对低成本三相反应式步进电机设计的经济实用型驱动电源，在步进电机低速运转时采用低压供电，降低了电机的低频振荡；在高速运转时采用高压供电，提高了电机的高频力矩。驱动电路采用恒流斩波方式，提高了步进电机的运转扭矩和工作效率。选用IRFP250型VMOS场效应管驱动电机，使得驱动电源功耗低、稳定可靠，具有一定的推广使用价值。     

橡胶V带式无级变速器性能的测试与试验研究

首先给出了橡胶V带式无级变速器(CVT)的性能评价与试验方法;然后测试了一传递扭矩达120 N·m的橡胶V带式CVT的性能,给出了该CVT在不同输入转速与不同负载转矩下的传递效率、转矩损失、转速损失和速比的变化特性,并进行了分析;最后研究了橡胶V带式CVT主动轮限位弹簧的刚度、离心飞锤的质量以及从动轮的压扭弹簧的刚度对橡胶V带式CVT性能的影响,揭示了橡胶V带式CVT的结构参数对其性能的影响规律.     

电动汽车永磁无刷轮毂电机控制策略建模

针对轮毂电机的独立控制问题进行研究,分析轮毂电机的基本结构和类型,建立了无减速机构的轮毂电机动力学计算模型,探讨轮毂电机电磁转矩的控制方法。在理论分析的基础上,建立了轮毂电机的直接转矩控制方法模型、车辆控制模型和地面负载输入模型,研究不同路面情况和控制转矩输入下,轮毂电机的滑移率和轮速的差异性关系以及制动过程中定转子间隙变形情况,选择了合适的轮毂电机制动控制方法。仿真和试验结果表明,轮毂电机的转矩控制方法具有控制精度高、响应迅速的特点,搭载轮毂电机的电动汽车具有良好的操纵稳定性。     

线控转向车辆转向盘转矩特性研究

车辆线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的部分机械连接,车辆转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员。从驾驶员偏好转向盘转矩的角度出发,在分析转向盘转矩影响因素的基础之上,提出一种考虑摩擦力矩、阻尼控制力矩、限位控制力矩以及主动回正力矩的线控转向系统转向盘转矩的模型,并通过试验数据对模型中的参数进行辨识。选取双纽线试验和中心区特性试验等进行仿真分析和硬件在环验证。结果表明,所建立的转向盘转矩模型能够保证低速时的转向轻便和高速时的路感清晰,并且很好地描述了车辆在不同行驶工况下的转向盘转矩特性,充分发挥了线控转向车辆转向盘转矩可以根据驾驶员需求自由设计的优势。     

永磁悬浮非接触回转驱动系统

提出一种永磁悬浮非接触回转驱动系统,该系统由悬浮部分和非接触回转驱动两部分构成。悬浮部分采用运动控制方式,利用音圈电动机驱动永磁铁实现悬浮物竖直方向的稳定悬浮;回转驱动部分由直流伺服电动机驱动径向磁化永磁铁回转,形成变化磁场,非接触驱动悬浮物回转。本系统未在悬浮物中加入任何磁性材料,仅利用悬浮物表面剩余磁化点实现悬浮物的非接触回转驱动。介绍系统的悬浮与驱动原理,建立非接触驱动数学模型,并利用仿真与试验分析系统的回转驱动特性。分析结果表明：悬浮物的非接触回转驱动可以由伺服电动机驱动盘状永磁铁旋转来实现。铁球是否旋转与磁铁的数量无关;驱动磁铁的数量与系统的响应速度成正比,驱动磁铁的数量增多,输入速度和输出速度之间的线性度相对提高,旋转稳定。明晰本系统的非接触驱动特性,为隔离环境下铁磁性物品或零件的非接触操纵和姿态控制奠定了理论基础。     

超声电机的预压力特性分析与优化

预压力是保证超声电机定转子摩擦驱动的关键因素,开展预压力特性分析及优化方法研究对于提升电机性能及使用寿命具有重要意义。本文通过仿真分析了预压力对接触角及驱动区占比的影响,实验测试了预压力变化时的速度波动规律,并绘制了在不同预压力和转矩下的速度与效率曲面;借助编码器与薄膜温度传感器获取了不同预压力条件下电机工作200 s的速度与定子界面温度的变化过程。综合上述分析结果,提出了一种面对不同应用场合的预压力优化准则,确定了预压力的理想工作区间。实验结果表明,伴随着预压力的增长,接触区与驱动区同步扩展,同时驱动区占比逐步减小,在一定程度上能减小速度波动,电机最大效率点逐渐向大转矩方向移动,且机械效率在某个预压力下存在最高值,而界面温升则呈现先增大、后减小再增大的趋势。根据所提出的优化准则确定出TRUM60A型超声电机预压力较为理想的工作区间为260~320 N,在该预压力范围内,超声电机既能较好地满足低速稳定、温升小的要求,又能使制动力矩和机械效率达到理想范围。     

Study on effects of negative driving torque in servomotor drivers

Many applications, such as elevators, electric cars and robotic applications, require a servomotor driver capable of controlling a motor to drive its load with either positive or negative driving torque. The negative driving torque is defined as torque applied to a load in the reverse direction of motor rotation. In a servomotor driver with a switching amplifier, when the motor drives its load with negative driving torque, effects of negative driving torque might damage the servomotor driver and complicate dynamic characteristics of the servomotor system. Thus, in order to investigate effects of the negative driving torque in servomotor drivers, this paper uses the numerical simulation that combines the simulation of a control system with that of electronic circuits. The simulation results show that the negative driving torque is required for decelerating and compensating disturbance. During decelerating and compensating disturbance, the pulse-width modulation (PWM) amplifier of a servomotor driver will generate regenerative current that flows from the motor back into the power supply, and then makes the power supply voltage rise.     

双模式机电复合传动特性

介绍了一种双模式机电复合传动系统的结构及其工作模式,分析了系统的转速关系特性,指出了系统可以通过调节电机转速来优化发动机的工作点。研究了系统的转矩和功率特性,指出了系统的输出转矩是电机转矩和一部分输入转矩比例变换后叠加而成。研究了系统电力相对分流功率,其与行星排参数和双模式传动比有关。第一模式下电力分流功率大小是影响系统性能的重要因素,通过参数匹配设计,可减小电机在第一模式下的功率需求。而电机功率的选择需参考电力相对分流功率在两个模式内的极值情况。     

一种用于高旋稳定弹药的超声电机调速系统

针对高旋转制导弹药平台的固定式鸭舵控制,提出了一种旋转型行波超声电机驱动进给机构的制动方式和舵机调速系统,搭建了舵机性能测试试验平台并获得了良好的速度控制性能。首先,采用库伦加黏性摩擦理论建立了超声电机驱动的制动盘和旋转盘之间的摩擦制动模型,综合考虑超声电机的机械负载特性,计算了制动盘对旋转盘产生的摩擦力矩,得到了旋转盘(外壁设计有舵翼)的转速输出方程;其次,结合试验与仿真分析,测定了结构的阻尼系数;最后,通过试验验证了基于超声电机作动制动模型的正确性,测量了舵机的速度控制曲线,引入速度波动率来衡量速度控制效果。试验表明,舵机速度调控响应时间小于150ms,速度波动率能够控制在10%以内。     

全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明：全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。     

动力传动系统变矩器输入转矩测定方法研究

提出通过采集液力变矩器泵轮与涡轮转速，利用液力变矩器固有特性，经计算得到工作过程中发动机输入到液力变矩器泵轮上转矩及涡轮负荷转矩的新方法。该方法不采用转速转矩传感器，而采用磁电式转速传感器，传感器体积小、传感器布置方便、测点可选择性强。经实验验证本方法准确可行，且测量精度较高，可用于实车中发动机输入到液力变矩器泵轮上静态与动态转矩的测定。     

自行封装的烟草打包装置机械式均载控制技术

为了合理控制烟草打包装置电机的驱动轴扭矩与负载扭矩,提出自行封装的烟草打包装置机械式均载控制技术。设计自行封装的烟草打包装置,在该装置内搭建压紧平台以及压紧面板,使烟草打包密度更高;采用PLC同步控制系统控制装置的打包过程,实现烟草打包装置自行封装;根据力学中的定轴转动原理,分析烟草打包装置电机齿轮在转动时产生的均载冲击,并采用基于幂函数速度曲线的启停速度算法,控制启动与制动状态下的烟草打包装置电机受到的均载冲击,实现装置机械式均载控制。经实验验证,应用该技术后,停机次数较少,且有效控制电机的驱动轴扭矩与负载扭矩,提升烟草打包密度与产量。     

DCT变速四驱HEV混动至纯电动模式切换优化控制

双离合自动变速器（Dual clutch transmission,DCT）变速四轮分布式驱动混合动力汽车（Hybrid electric vehicle,HEV）直线行驶非紧急制动停车时,车辆常由发动机参与的前轮混合驱动模式切换至后轮轮毂电机纯电驱动模式,以提高整车能量转化效率。但该模式切换过程伴随着驱动转矩的前后轴转换和轴荷的前后转移,既涉及多动力源的转矩协调控制,也与车辆纵向动力学状态有关。若控制不当,常引起较大的车辆纵向冲击。针对DCT变速四驱HEV直线行驶工况混合动力至纯电动模式切换过程,基于5自由度车辆纵向动力学模型,利用ISG电机和轮毂电机转矩/转速快速响应的优势以补偿发动机转矩响应滞后以及离合器转矩波动,提出并开发了动力前后端多阶段切换过程模型预测优化控制策略。离线仿真及硬件在环试验结果表明,所开发的直线行驶工况模式切换模型预测控制策略不仅能较柔顺地完成动力由前轴向后轴的平滑过渡,将整车纵向冲击度限制在5 m/s³以内,而且也对整车参数摄动和传感器量测噪声具有较好的鲁棒抑制作用。     

机器人打磨铸钢件的效率与打磨力研究

对于给定材料与工况环境,磨削效率和砂轮磨削力只与磨削深度、砂轮线速度和工具进给速度3个因素存在直接关系,而磨削效率可由单位时间磨除材料的体积表达.基于自主设计的一套工业机器人打磨系统,针对铸钢材料通过四因素多水平正交试验法,找出了最高磨削效率下各因素的参数值,并分析了磨削参数对磨削力影响的敏感性.通过实时采集机器人关节...     

一种高精度方位驱动装置的设计与计算

针对天线座方位驱动装置既要输出一定的转矩又要满足一定的转动精度要求,设计了一种高精度方位驱动装置,该装置巧妙地利用了谐波齿轮柔轮内部的空隙和盘式步进电机的原理,并将二者融为一体,不但缩小了体积,而且提高了回转精度。用虚位移法计算了电磁转矩和电磁吸力,用摩擦定律计算了摩擦转矩,进而计算出输出转矩。研究结果表明：该装置可以作为卫星便携站等小型天线的方位转动装置。     

Performance of a newly developed torque-sensor motor

A new type of induction motor with a built-in torque sensor (called a ‘torque-sensor motor’) has been developed in order to monitor grinding torque. Its rotor shaft consists of a hollow shaft and torsion bar, each of which has a disc with equiangularly located magnets. The torque output is calculated by microcomputer from the time delay of pulses generated in detecting coils. This toque sensor has good linearity. Torque ripple and zero-point drift caused by rotational speed change are estimated to be less than 1 Nm. It is so sensitive that it can detect torque ripple from rotational error of the driving belts on the grinding machine. Further, it can accurately monitoring grinding torque by using a low pass filter to remove such torque ripple. It can also be used to estimated the time constant of the grinding wheel and workpiece system in the transient torque situation of a grinding cycle. The performance of the grinding wheel motor is as good as that of a conventional motor.     

一轻型皮卡车用外转子永磁同步轮毂电机的结构设计与优化

以现有某原型车为基础,设计一款结构简易、可靠耐用、维护便捷的轮毂电机.根据基本动力需求设计适配电机,给出外转子轮毂电机的总体设计方案,并对外壳进行强度分析.采用Motorcad软件对其设计尺寸及整体电磁结构进行场计算,并对初步仿真转矩结果进行优化,以降低电机振动和回转不均匀度,提高电机效率和输出性能.最终优化结果符合设...     

端面摇摆式微型电机研究

提出了一种低速大力矩的微型电磁电机——端面摇摆式微型电磁电机。其工作原理为：在旋转电磁力的作用下,电机锥形转子在定子的内锥面上作纯滚动,从而产生输出轴的转动。我们采用精密机械的精细加工技术制作了外径为Φ5mm电机样机。经测试,其转速范围为20-860r/min,扭矩输出大于10μNm.实验结果表明,这种微型电机在相同的输入功率下,比同体积的其他电机有更大的力矩输出,因此具有广泛的应用前景。