能耗型双定子被动式力矩伺服系统的制作方法
【专利摘要】能耗型双定子被动式力矩伺服系统，属于半实物仿真【技术领域】，本发明为解决现有被动式力矩伺服系统中的常用的加载电机存在的问题。本发明采用隐极式的双定子电机作为加载电机，在外定子变流器和双定子电机的外定子三相绕组之间各串联一个电阻R，每个电阻R两端并联一个开关管，分别为T1、T2和T3；采用内定子变流器驱动内定子三相绕组；外定子变流器和内定子变流器共用一条直流母线；外定子变流器和内定子变流器的驱动信号均由双定子电机驱动器提供，双定子电机驱动器采用三环控制方式，其中电流环提供给外定子和内定子的交直轴电流给定值由功率配比调节器完成，在精确控制输出电磁转矩的同时，降低了电磁转矩内环力矩波动。
【专利说明】能耗型双定子被动式力矩伺服系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及能耗型双定子被动式力矩伺服系统，属于半实物仿真【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电动机和电力传动、电动汽车驱动、舰船推进、飞机和飞行器舵机以及水下运载器等设备的研制中，往往都采用被动式力矩伺服系统，以半实物仿真方式提供负载转矩，模拟所研制设备在真实工作状态和环境下承受的转矩负荷。例如，船舶电力推进技术的研究需要建立大功率推进电机试验系统，螺旋桨负载模拟是推进系统研究中的重要组成部分，它要求模拟螺旋桨负载的电机工作在特殊状态，即其机械特性与螺旋桨机械特性吻合；在飞行器导航的关键执行部件——舵机的性能试验中通常要模拟飞行器在飞行过程中作用在舵面上的与舵面运动方向相反且不断变化的空气阻力矩以及摩擦和惯性力矩；模拟导弹尾翼在发射展开过程中所受到的空气阻力矩；此外，还有模拟机器人关节负载力矩、建筑结构试验中的振动负载以及电动汽车等动力牵引装置的负载力矩等等。
[0003]目前，被动式力矩伺服系统大多采用三环控制方式，包括负载转矩环、速度环和电
流环，如图1所示，转矩传感器提供负载转矩?Υ，再根据负载转矩给定值Tl:，由负载转矩控
制器实现负载转矩环控制；根据测定的电机转速，由速度环控制器实现速度环控制；电流环中的PI模块输入的信号是单电机定子的交直轴电流给定值。
[0004]国内被动式力矩伺服系统中的常用的加载电机机种不外乎是用于调速和位置伺服领域中的通用电机，例如，交直流电动机、力矩电机或永磁同步电机等。这些电机往往都具有转速高、惯量大、转矩小的特性，与被动式力矩伺服系统需求特性的匹配性较差。在加载转矩超过200Nm时，采用直接驱动会使系统惯量显著增大，严重影响系统频宽；对于更大转矩的场合，往往采用减速器来放大输出转矩，这又会引入摩擦、间隙等非线性环节，在降低频宽的同时还增大了系统控制难度。为此，研制能够工作于直接驱动方式的低惯量、大转矩的加载电机，是提高被动式力矩伺服系统动静态性能的关键问题之一。此外被动式力矩伺服系统的工作方式决定了其四象限运行的特点，频繁的在电动和发电状态切换，当回馈的电能无法有效的处理掉时，会造成母线电压的泵升，恶化系统的输出转矩性能，由于回馈的能量不连续，且瞬时功率大，平均能量较小，若在网侧加入双向变流器一是会造成成本的上升、控制的复杂，还会造成较大的网侧谐波。通常采用的方式为在直流母线并入一个开关和电阻，当电压高于阈值时进行泄放，该方法虽然可以抑制过高的电压泵升，但同样会造成母线电压的波动。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了解决现有被动式力矩伺服系统中的常用的加载电机存在的问题，提供了一种能耗型双定子被动式力矩伺服系统。
[0006]本发明所述能耗型双定子被动式力矩伺服系统，采用隐极式的双定子电机作为加载电机，在外定子变流器和双定子电机的外定子三相绕组之间各串联一个电阻R，每个电阻R两端并联一个开关管，分别为Tl、T2和T3 ；
[0007]采用内定子变流器驱动内定子三相绕组；
[0008]外定子变流器和内定子变流器共用一条直流母线；
[0009]外定子变流器和内定子变流器的驱动信号均由双定子电机驱动器提供，双定子电机驱动器采用三环控制方式，
[0010]其中电流环提供给外定子和内定子的交直轴电流给定值的判断原则为:
[0011]步骤一、确定Te和的正方向，判断P= η Te ≤O是否成立；其中，P为双定子被动式力矩伺服系统工作于发电状态下直流母线吸收的电功率，Π为双定子电机效率因数，Te为双定子电机输出电磁转矩；ωr为双定子永磁同步电机输出的机械角速度；
[0012]规定Te和Or同方向时,式不成立,双定子被动式力矩伺服系统工作于电动状态，开关管Tl、Τ2和Τ3断开，并执行步骤二 ；
[0013]Te和异方向时，式成立，则判断双定子被动式力矩伺服系统工作于发电状态，开关管Τ1、Τ2和Τ3闭合，外定子三相绕组串联的三个电阻R串入电路，并执行步骤三；
[0014]步骤二、按下述公式实现对外定子和内定子的电磁力给定值的分配:
[0015]
【权利要求】
1.能耗型双定子被动式力矩伺服系统，其特征在于，采用隐极式的双定子电机作为加载电机，在外定子变流器和双定子电机的外定子三相绕组之间各串联一个电阻R，每个电阻R两端并联一个开关管，分别为Tl、T2和T3 ； 采用内定子变流器驱动内定子三相绕组； 外定子变流器和内定子变流器共用一条直流母线； 外定子变流器和内定子变流器的驱动信号均由双定子电机驱动器(7)提供，双定子电机驱动器(7)采用三环控制方式， 其中电流环提供给外定子和内定子的交直轴电流给定值的判断原则为: 步骤一、确定Te和的正方向，判断P= η Te ≤O是否成立；其中，P为双定子被动式力矩伺服系统工作于发电状态下直流母线吸收的电功率，Π为双定子电机效率因数，Te为双定子电机输出电磁转矩；ωR为双定子永磁同步电机输出的机械角速度； 规定Te和COr同方向时，式不成立，双定子被动式力矩伺服系统工作于电动状态，开关管Tl、Τ2和Τ3断开，并执行步骤二 ； Te和异方向时，式成立，则判断双定子被动式力矩伺服系统工作于发电状态，开关管Τ1、Τ2和Τ3闭合，外定子三相绕组串联的三个电阻R串入电路，并执行步骤三； 步骤二、按下述公式实现对外定子和内定子的电磁力给定值的分配:
2.根据权利要求1所述能耗型双定子被动式力矩伺服系统，其特征在于，双定子电机驱动器(7)采用DSPTMS320F2812数控芯片来实现。
【文档编号】H02P6/08GK103715951SQ201410018497
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】王明彦, 王哲, 郭犇, 倪志胜, 柴凤 申请人:哈尔滨工业大学