电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法及装置，其中，方法包括：基于拉格朗日方程得到与机电设备机械部分有关的物理量，并通过量纲分析法得到与机械部分有关的相似准则；基于反拉氏变换将s域中代数方程描述的控制算法用时域中的常微分方程进行描述，并利用方程分析法得到与机电设备控制‑电气部分有关的相似准则；根据机械部分与控制‑电气部分之间的相互作用关系，进一步得到补充的相似准则；考虑电机的实际畸变情况，采用对部分相似比进行调整以及增设反馈回路进行参数补偿两个措施，并计算修正后缩尺模型中各参数的取值。该方法有效提升了缩尺模型电机选型的灵活性，有利于针对复杂机电设备开展相似分析。

【技术实现步骤摘要】
电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法及装置
本专利技术涉及机电一体化
，特别涉及一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法及装置。
技术介绍
目前，机电设备在工业界获得了广泛的应用，由于机电设备的性能在很大程度上取决于自身的动力学特性，因此对机电设备进行动力学分析具有重要的意义。然而，机电设备的动力学性能呈现复杂的机电耦合特性，具体表现为机电设备中的机械部分、控制部分以及电气部分之间互相作用，互相影响。由于这种内在的复杂性，目前通过数学模型对机电设备进行的研究通常局限于单轴机电系统，没有考虑多轴机电系统中各轴之间的力相互作用以及系统惯量的时变特性。为了弥补数学模型这方面的不足，在许多研究与工程实践中采用物理模型对分析结果进行检验和修正，但是，物理模型制造成本通常比较高昂，这一问题在对复杂的多轴系统进行分析时尤为明显，因此采用物理模型的方法在分析成本上存在不足。综合来看，目前对机电设备常用的分析方法，无法有效地平衡分析准确性和分析成本之间的矛盾，需要一种新的分析方法作为补充。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法，该方法有效提升了对机电设备开展的相似分析的效率和准确性。本专利技术的另一个目的在于提出一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法，包括：确定机电设备的机械部分与控制-电气部分；基于拉格朗日方程推导得到所述机械部分的动力学方程式；基于所述动力学方程式得到与所述机械部分有关的参数；利用所述与所述机械部分有关的参数基于量纲分析法，推导得到与所述机械部分有关的相似准的表达式；基于反拉氏变换，将所述控制算法从s域的代数方程描述转换为时域中的常微分方程描述，确定转换后的控制算法的表达式；基于所述转换后的控制算法的表达式利用方程分析法，得到与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式；基于所述机械部分与所述控制-电气部分之间依靠的参数并利用量纲分析法，得到机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式；根据预设相似准则，判断电机参数是否发生畸变问题；在电机的转动惯量发生所述畸变问题时，对电机减速器减速比的相似比进行调整；在电机的电阻发生畸变问题时，对比例-积分控制方式的电流环控制器比例常数和积分常数的相似比进行调整，并在缩尺模型中增设一条从电机角速度至电机输入电压的负反馈回路，以补偿电机的反电动势常数；根据基本相似比，且根据所述与所述机械部分有关的相似准的表达式、与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式、机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式结合相似比调整，得到与机电设备有关的各参数的相似比，计算缩尺模型中各参数的值。本专利技术实施例的电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法，首先基于拉格朗日方程，得到与机电设备机械部分有关的物理量，并通过量纲分析法得到与机械部分有关的相似准则；之后，基于反拉氏变换，将s域中代数方程描述的控制算法用时域中的常微分方程进行描述，并利用方程分析法得到与机电设备控制-电气部分有关的相似准则；此外，根据机械部分与控制-电气部分之间的相互作用关系，进一步得到补充的相似准则；考虑电机的实际畸变情况，采用对部分相似比进行调整以及增设反馈回路进行参数补偿两个措施，解决电机转动惯量以及电机电阻的畸变问题，并计算修正后缩尺模型中各参数的取值；该方法能够有效解决机电设备相似分析过程中，电机转动惯量以及电机电阻的畸变问题，提升了缩尺模型电机选型的灵活性，有利于针对复杂机电设备开展相似分析。另外，根据本专利技术上述实施例的电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，其中，所述机械部分包括除电机及驱动电路以外的所有实体部分，所述控制-电气部分包括电机及其驱动电路、控制器以及相应的控制算法。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述动力学方程式表示为：其中，N为构件总数，t为时间，q为驱动角度，为驱动角速度，mn与Jn分别为第n个构件的质量和转动惯量矩阵，rn与分别为第n个构件的质心位置矢量和速度矢量，rn0为第n个构件的初始位置矢量，ωn为第n个构件的角速度矢量，g为重力加速度矢量，Q为驱动力矩。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述相似准的表达式为：π1＝[q]，其中，[q]、[Jn]、[Q]分别表示q、Jn、Q中的任意元素。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述转换后的控制算法的表达式为：其中，Ni、Mi分别为前馈通路中第i个环节的传递函数的分子阶数和分母阶数，ui、vi分别为前馈通路中第i个环节的输入与输出变量，pij只有0和1两种取值。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式为：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式为其中，电机角度θ、驱动角度q、电机输出力矩T、驱动力矩Q。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设相似准则为：其中，Jm表示电机的转动惯量，Kt表示电机的力矩常数，R表示电机的电阻，并分别计算πm和πR在原型样机以及缩尺模型中的值，如果πm在原型样机以及缩尺模型中的值不相同，则发生电机的转动惯量发生畸变问题，如果πR在原型样机以及缩尺模型中的值不相同，则电机的电阻发生畸变问题。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析装置，包括：确定模块，用于确定机电设备的机械部分与控制-电气部分；第一推导模块，用于基于拉格朗日方程推导得到所述机械部分的动力学方程式；匹配模块，用于基于所述动力学方程式得到与所述机械部分有关的参数；第二推导模块，用于利用所述与所述机械部分有关的参数基于量纲分析法，推导得到与所述机械部分有关的相似准的表达式；转换模块，用于基于反拉氏变换，将所述控制算法从s域的代数方程描述转换为时域中的常微分方程描述，确定转换后的控制算法的表达式；第三推导模块，用于基于所述转换后的控制算法的表达式利用方程分析法，得到与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式；第四推导模块，用于基于所述机械部分与所述控制-电气部分之间依靠的参数并利用量纲分析法，得到机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式；判断模块，用于根据预设相似准则，判断电机参数是否发生畸变问题；第一调整模块，用于在电机的转动惯量发生所述畸变问题时，对电机减速器减速比的相似比进行调整；第二调整模块，用于在电机的电阻发生畸变问题时，并对比例-积分控制方式的电流环控制器比例常数和积分常数的相似比进行调整，并在缩尺模型中增设一条从电机角速度至电机输入电压的负反馈回路，以补偿电机的反电动势常数；计算模块，用于根据基本相似比，且根据所述与所述机械部分有关的相似准的表达式、与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法，其特征在于，包括：/n确定机电设备的机械部分与控制-电气部分；/n基于拉格朗日方程推导得到所述机械部分的动力学方程式；/n基于所述动力学方程式得到与所述机械部分有关的参数；/n利用所述与所述机械部分有关的参数基于量纲分析法，推导得到与所述机械部分有关的相似准的表达式；/n基于反拉氏变换，将所述控制算法从s域的代数方程描述转换为时域中的常微分方程描述，确定转换后的控制算法的表达式；/n基于所述转换后的控制算法的表达式利用方程分析法，得到与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式；/n基于所述机械部分与所述控制-电气部分之间依靠的参数并利用量纲分析法，得到机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式；/n根据预设相似准则，判断电机参数是否发生畸变问题；/n在电机的转动惯量发生所述畸变问题时，对电机减速器减速比的相似比进行调整；/n在电机的电阻发生畸变问题时，对比例-积分控制方式的电流环控制器比例常数和积分常数的相似比进行调整，并在缩尺模型中增设一条从电机角速度至电机输入电压的负反馈回路，以补偿电机的反电动势常数；/n根据基本相似比，且根据所述与所述机械部分有关的相似准的表达式、与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式、机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式结合相似比调整，得到与机电设备有关的各参数的相似比，计算缩尺模型中各参数的值。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电机参数畸变情况下的机电设备相似分析方法，其特征在于，包括：
确定机电设备的机械部分与控制-电气部分；
基于拉格朗日方程推导得到所述机械部分的动力学方程式；
基于所述动力学方程式得到与所述机械部分有关的参数；
利用所述与所述机械部分有关的参数基于量纲分析法，推导得到与所述机械部分有关的相似准的表达式；
基于反拉氏变换，将所述控制算法从s域的代数方程描述转换为时域中的常微分方程描述，确定转换后的控制算法的表达式；
基于所述转换后的控制算法的表达式利用方程分析法，得到与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式；
基于所述机械部分与所述控制-电气部分之间依靠的参数并利用量纲分析法，得到机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式；
根据预设相似准则，判断电机参数是否发生畸变问题；
在电机的转动惯量发生所述畸变问题时，对电机减速器减速比的相似比进行调整；
在电机的电阻发生畸变问题时，对比例-积分控制方式的电流环控制器比例常数和积分常数的相似比进行调整，并在缩尺模型中增设一条从电机角速度至电机输入电压的负反馈回路，以补偿电机的反电动势常数；
根据基本相似比，且根据所述与所述机械部分有关的相似准的表达式、与所述控制-电气部分有关的相似准则的表达式、机电设备相似分析时的补充相似准则的表达式结合相似比调整，得到与机电设备有关的各参数的相似比，计算缩尺模型中各参数的值。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述机械部分包括除电机及驱动电路以外的所有实体部分，所述控制-电气部分包括电机及其驱动电路、控制器以及相应的控制算法。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动力学方程式表示为：



其中，N为构件总数，t为时间，q为驱动角度，为驱动角速度，mn与Jn分别为第n个构件的质量和转动惯量矩阵，rn与分别为第n个构件的质心位置矢量和速度矢量，rn0为第n个构件的初始位置矢量，ωn为第n个构件的角速度矢量，g为重力加速度矢量，Q为驱动力矩。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相似准的表达式为：
π1＝[q]，
其中，[q]、[Jn]、[Q]分别表示q、Jn、Q中的任意元素。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换后的控制算法的表达式为：



其中，Ni、Mi分别为前馈通路中第i个环节的传递函数的分子阶数和分母阶数，ui、vi分别为前馈通路中第i个环节的输入与输出变量，pij只有0和1两种取值。


6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，宋雨遥，于广，刘子麟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11