双惯量弹性伺服系统外部机械参数辨识综述

伺服系统作为机电一体化系统中关键执行部件,其控制器刚度设置需要随负载惯量、轴系刚度等外部机械参数改变而作相应整定,因此外部机械参数辨识具有重要意义。单惯量刚性系统以转动惯量为主的参数辨识方法已经在近20年大量涌现,成熟度较高。但实际系统的传动机构多为弹性部件,会引发系统的机械谐振,进而导致系统性能恶化,因此双惯量弹性系统的参数辨识实际意义更为重大,并逐渐成为热点研究方向。双惯量弹性系统的参数辨识可分为等效单惯量辨识法、参数法和非参数法3种方法。该文分析双惯量弹性系统每种辨识方法的基本思想,对比各自优缺点,剖析辨识算法在各工业领域中的应用,总结现有研究成果及有待解决的问题,并展望未来的研究方向。     

汽轮发电机组轴系扭振特征向量对系统参数的敏感度

本文提出汽轮发电机组轴系扭振特征向量敏感度的概念和分析方法。以实际机组为对象,具体计算分析了扭振特征向量对轴系各轴段惯量和联接刚度的敏感度、并相应确定了各阶模态的最敏感部位。     

虚拟惯量控制方式下永磁风力发电机组轴系扭振机理分析

基于风电并网系统的状态空间平均模型,分析传统比例微分(PD)虚拟惯量控制方式下兆瓦级直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的轴系扭振机理及其影响因素,提出一种改进型PD虚拟惯量控制方法,以抑制D-PMSG轴系低频扭振。分析表明,传统PD虚拟惯量控制的引入,会降低DPMSG轴系的阻尼比,影响机组的稳定运行;降低PD虚拟惯量控制的微分系数的模值可以提高风电机组轴系的阻尼比,却会降低风电机组的频率响应能力。所提出的改进型PD虚拟惯量控制方法,通过引入永磁发电机组转速补偿项,从而提高系统阻尼比。该方法能在保证风电机组的频率响应能力的同时,有效抑制虚拟惯量控制引起的轴系低频扭振,提高系统的稳定性。仿真实验验证了理论分析和改进型PD虚拟惯量控制方法的有效性。     

风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

风电并网系统引入虚拟惯量后,应综合分析风电机组安全和电网动态稳定,完善附加控制的友好并网功能,提升其推广应用价值。首先建立了含虚拟惯量风电并网系统的状态方程。其次,采用小信号分析理论,并设计非线性扩张干扰观测器,为惯量控制附加动态响应补偿信号,完善其动态稳定支持功能。通过积分流形方法,对风电机组轴系模型降阶,进一步分析虚拟惯量控制对风机轴系振荡模式的影响,并建立轴系暂态能量函数,为轴系稳定控制提供参数设计范围。最后,基于RTLAB数模混合仿真平台,建立含高渗透风电并网系统,结果表明虚拟惯量在互联系统功角摆动及风机轴系振荡中的稳定控制功能得到显著改善。     

单支撑大型同步电动机轴系的设计

介绍了驱动往复式压缩机用单支撑电机轴系挠度和临界转速的相关计算,并给出了计算实例,同时对轴的强度计算做了简要介绍。由于该电动机的负载特性决定了在轴系设计时要综合考虑刚度和强度,同时应与压缩机轴系共同做扭振分析,保证整个轴系固有扭振频率避开强制振荡频率,避免发生共振,以确保电机运行可靠性,提高机组系统安全。     

斜齿轮–平行轴转子系统模态耦合特性分析

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差、齿轮几何偏心的影响建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型,并考虑转子系统的影响,建立了平行轴系齿轮转子系统有限元模型,其中转子系统采用梁单元来模拟,齿轮之间的耦合作用通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵来模拟。通过修改啮合刚度矩阵研究了无耦合、单轴弯扭轴摆耦合、轴系弯弯耦合、轴系扭扭耦合、轴系弯扭耦合、轴系弯扭轴摆耦合的系统模态变化规律,采用模态应变能确定了系统各阶主导模态,研究结果可为齿轮及转子系统设计提供参考。     

风剪切和塔影效应作用下直驱式风电并网系统虚拟惯量控制

风剪切和塔影效应使直驱式风电机组成为强迫功率振荡扰动源,虚拟惯量控制可使风电机组同时具备向系统提供惯量支持和抑制扰动的能力。通过分析虚拟惯量控制中比例-微分环节对系统阻尼、风机轴系扭振和扰动源的影响,提出了虚拟惯量控制的改进方案。在VIC补偿量中引入风机输出功率给定量和二阶带通滤波器,实现了比例、微分系数的等效等比增大。算例分析和仿真结果表明,改进方案在不减少系统阻尼和不降低轴系稳定性的前提下,提高了虚拟惯量控制对强迫功率振荡扰动抑制的能力。     

关于大容量高速立式电机加装大转动惯量飞轮的设计研究

电机在发生事故突然失电时,为确保系统安全,要求电机能拖动设备依靠自身惯量,继续运转2 min。由于电机自身惯量远小于系统惯量要求,因此需在电机本体上加装大直径、大重量飞轮,以提供足够的惯量。在大容量、高速立式电动机加装大转动惯量飞轮后,电机的稳定运行变得至关重要,因此对电机自身的刚度、轴系及结构设计的合理性需进行验证。针对电机的关键点结构设计及计算,并通过现场运行,对电机的可靠性进行了验证。这为电机的工程运用提供参考。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

炮控系统电动负载模拟器性能影响因素分析

为了抑制炮控系统电动负载模拟器中存在的多余力矩,进一步提高其输出力矩的控制精确度和动态特性,对电动负载模拟器力矩输出的影响因素进行研究。首先结合电动负载模拟器系统的结构组成和工作原理,建立数学模型,得到输出力矩对应的传递函数和具体影响因素;然后依次研究电动负载模拟器系统的连接刚度、力矩电机的输入力矩、负载电机的角度、摩擦、间隙等非线性时变量对系统力矩输出的影响,并分别采用时频阈分析和谐波跟踪等方法进行性能评估;最后结合具体仿真和实验数据,分析影响力矩电机输出力矩谐波畸变的定性和定量关系,为提高电动负载模拟器控制性能提供有力的理论支撑。     

基于迭代学习控制的电动伺服负载模拟器

电气伺服系统在体积、结构、成本和控制性能等方面比电液伺服系统更为优越，由电气伺服系统构成负载模拟器取代电液负载模拟器为被测对象提供模拟负载，将大大提高仿真加载的性能。该文探索了电动伺服负载模拟器的实现问题。针对飞行器舵系统的仿真加载需求，提出了由永磁电机伺服系统组成的电动伺服负载模拟器的系统结构；将PID反馈控制和迭代学习控制相结合构成加载复合控制器，有效地抑制了多余力矩，消除了传动间隙和加载对象参数变化对系统的影响，实现了加载转矩的高精度跟踪控制。     

永磁同步电机转动惯量辨识研究

永磁同步电机伺服系统的控制性能不仅受到电机参数的准确性影响,还受到负载转矩变化等因素影响。为了使伺服系统具有良好的动态响应特性,需要对电机机械参数进行辨识,对负载转矩进行前馈补偿。将负载转矩和扰动转矩进行合并,应用状态观测器对合并后的扰动负载转矩进行辨识。采用积分辨识法对扰动负载转矩进行计算,得到转动惯量辨识结果。仿真和试验验证了该方法的可行性和有效性。     

基于直接转矩控制的先进汽车测试系统

动态响应速度是先进汽车动态测试中的关键,在研究直接转矩控制的基础上,提出用其设计的测试系统方案,并建立了仿真实验模型.在设计中,采用电惯量替代传统的机械惯量模拟汽车运动惯量.由于直接转矩控制能快速响应转矩指令,使得研究的电惯量模型能精确的控制汽车加速度,突破了单纯速度跟踪的限制.仿真结果也表明性能优越.     

交流伺服系统转动惯量的辨识及负载转矩观测方法研究

交流伺服系统的工作性能受电机参数及负载扰动的影响很大，有必要对其转动惯量和负载转矩进行在线辨识和观测，并在辨识转动惯量时考虑负载扰动，并据此调整速度PI调节器参数以改善和提高系统的稳态和动态性能。本文提出一种转动惯量辨识的改进方法，用状态观测器对负载转矩进行实时观测，然后再利用模型参考自适应算法对系统的机械参数即系统转动惯量进行辨识。研究了自适应增益对辨识结果的影响。根据转动惯量的在线辨识量，利用最小峰值响应方法对系统速度PI调节器参数进行了自整定。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于转动惯量辨识的交流伺服速度调节器自整定研究

针对负载的变化而引起的转动惯量的变化问题,提出了一种基于转动惯量辨识的交流伺服系统速度调节器参数自整定算法.该算法根据速度调节器的参数与系统转动惯量成一定的关系,采用基于扰动观测器(DOB)的转动惯量辨识算法在线辨识系统转动惯量,根据辨识的转动惯量值实时自整定速度调节器的参数,使系统具有良好的动、静态性能.仿真结果充分证明了该转动惯量辨识算法及控制器参数自整定算法是可行、有效的.     

基于转动惯量辨识的交流伺服系统自适应扰动观测器设计

在交流伺服系统中,负载转矩及系统转动惯量的变化所引起的扰动将会影响伺服系统的动态性能。本文提出一种基于转动惯量辨识的自适应扰动观测器,以系统运动方程为算法模型,选取包含转动惯量和负载转矩信息且具有较高独立性的待辨识系数作为可调参数,解决辨识过程中因参数耦合的影响而导致算法收敛速度慢以及辨识初期出现波动的问题;同时对负载变化时的辨识结果波动问题进行分析,通过合理选择参数,很好地抑制了该波动。仿真和实验表明:该扰动观测器能够快速准确地实现对转动惯量和扰动转矩的同时辨识,将该扰动观测器与伺服系统矢量控制相结合,可以有效提高系统的动态性能。     

永磁同步电机交流伺服系统负载转矩动态补偿方法

交流伺服电机负载转矩的变化对系统性能的影响非常明显,需要进行在线动态补偿,但负载转矩与转动惯量一样,是一个很难直接测量的非电物理量,需进行在线辨识。文章构建了一个负载转矩辨识观测器,将观测到的值动态补偿到速度环中,有效提高了速度环抗干扰性能,增强了系统的鲁棒性。     

利用蚁群算法辨识PMSM伺服系统负载转矩和转动惯量

提出用蚁群矢量移动算法同时辨识永磁同步电动机(PMSM)伺服系统负载运行时的转动惯量和负载转矩,以便速度环的PI参数整定和转矩补偿。其原理是把蚁群的平面矢量移动正交分解成水平和垂直两个方向,分别和转动惯量及负载转矩对应,每只蚂蚁的位置对应一种转动惯量和负载转矩组合的可能解。运用采样得到的d轴电流和速度序列数据,基于最小方差原理,建立蚂蚁信息素散发模型,使得蚂蚁位置与实际转动惯量和负载转矩越接近,蚂蚁散发的信息素越大。根据蚁群总信息素分布情况,计算蚁群的理想分布期望,与实际蚁群分布比较后,启发蚁群矢量移动,并朝最优方向聚集,收敛点为辨识最优解。精心选择蚁群的规格化分布区间,把动态的蚁群分布区间转化成规格化区间,改善收敛速度。仿真和实验表明,能同时辨识转动惯量和负载转矩,误差小;蚁群规模变大,误差更小,调整后的伺服系统动态性能变好。     

模糊PID复合控制在某武器装备随动系统负载模拟器中的应用研究

为提高某武器装备随动控制系统的加载精度,针对在力矩加载时,随动负载模拟器将会受到齿轮空回、间隙、局部摩擦、弹塑性变形和干扰力矩负载扰动的影响,对负载模拟器的系统组成、工作原理和数学模型进行分析,再将输出力矩传递函数进行推导,并将灰预测模糊应用于控制器中.系统仿真结果表明:该复合型控制策略能够具备速度响应快、跟踪准确、无...     

基于类噪声信号的等值负荷惯量两阶段辨识方法

负荷惯量的准确、在线估计是电力系统电压和频率稳定分析的重要基础。为此,提出了一种基于类噪声的负荷惯量辨识方法,基于系统中时刻存在的类噪声信号跟踪等值负荷惯量的时变特性。考虑到类噪声条件下惯量参数可辨识性较差,采用两阶段辨识的思路,首先对负荷的电磁参数进行辨识,然后基于第一阶段辨识得到的状态变量估计出惯量、转矩系数等机电参数。仿真算例和实测数据分析表明,所提负荷惯量辨识方法能够适应不同变转矩情形下负荷惯量的类噪声辨识需求;相较于恒转矩辨识方法,该方法能够更加准确地反映实际负荷的机电暂态特性,得到稳定、可靠的惯量辨识结果。