电动挖掘机控制同步的理论与仿真研究

论文摘要

本文通过对本研究所的WS-005挖掘机试验台的挖掘过程自动化,智能化研究,研究系统的控制同步的方法。本课题是实验室以现代机电一体化思想改造挖掘机实验台项目中的电气控制的一部分一进行挖掘机系统中涉及感应电动机部分的相关研究工作,并且从中提取控制同步的方案。主要是对实验台中所使用的感应电动机进行参数测量以及转速控制等,为实验台的搭建做一些必要的准备,并研究感应电机在运行过程中负载与转速的关系,希望从中找到联系从而通过检测非常容易测得的电机转速来达到对电机外负载的检测的目的。课题具有重要的实用价值和意义。本文内容有以下几个方面：1.利用系统动力学理论,建立两电机驱动挖掘机系统的动力学模型,正确选择系统局部扰动量,推导出给定位姿和运动参数下系统的扰动参量微分方程。其中局部扰动参量的选择方法为：将所要求的同步参量乘以不同比例因子,使其同步指标相等,然后利用振动同步系统的局部参量选择方法进行处理；而求取各同步参量的线型函数表达式时代入同样比例因子。2.利用非线性动力学理论与数值仿真相结合,分析给定位姿和运动参数下系统的耦合动力学特征,并给出静动态耦合动力学特征与系统参数,位姿及运动参数的关系。3.利用电压同步坐标系,建立异步电动机变频器供电条件下的数学模型,并推导出给定工作点邻域的小参数扰动方程,以此为依据研究电流相位,幅值及变频器输入与外负载的动力学特征的关系,进而提出基于电流的异步电动机外负载动力学特征的辨识算法,并通过数值仿真于实验加以验证。4.提取系统的耦合动力学特征,提出辨识算法,并通过仿真加以验证。5.通过计算机数值仿真验证智能控制算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 控制同步的国内外发展现状
• 1.3 课题的主要研究工作
• 第2章 电机的变频调速原理及数学模型
• 2.1 交流异步电动机的用途
• 2.2 交流异步电动机的基本原理
• 2.3 交流异步电动机的变频调速原理
• 2.4 异步电动机变频器供电条件下的数学模型
• 2.4.1 三相/两相变换
• 2.4.2 变频速调速下的小信号传递函数
• 2.4.3 计算机仿真结果
• 2.5 交流异步电动机负载情况分析
• 第3章 挖掘机动力学系统建模
• 3.1 挖掘机简介
• 3.2 挖掘轨迹分析计算
• 3.2.1 挖掘轨迹数学表达式的确定
• 3.2.2 矢径与轨迹切线夹角值的确定
• 3.3 系统建模（双自由度,X为极坐标系位移）
• 3.3.1 系统的扰动参量微分方程
• 3.3.2 计算机仿真
• 第4章 挖掘机系统的同步控制
• 4.1 系统同步控制简介
• 4.2 传动机械系统的数学模型
• 4.3 感应电动机的无速度传感器磁场定向控制
• 4.3.1 感应电动机的转子速度和转子磁链的自适应辩识模型
• 4.3.2 全维转子状态估计器的设计
• 4.3.3 转子速度、定子和转子电阻的自适应辨识
• 4.3.4 感应电动机工作过程中所受外负载的辨识
• 4.4 传统PID算法的应用
• 4.4.1 PID控制的基本原理
• 4.4.2 数字PID控制算法
• 4.4.3 计算机仿真结果
• 4.5 本章结论
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢