单质体双机定速比控制同步驱动振动机的参数确定方法技术

本专利公开了一种单质体双机定速比控制同步驱动振动机的参数确定方法，该振动系统中质体通过四个对称布置的螺旋弹簧与地基相连；两个反向旋转的激振器对称安装在质体上侧，每个激振器中各有一偏心转子，偏心转子由各自的感应电动机驱动，分别绕着各自旋转轴线中心旋转，定速比控制同步振动驱动设备工作；利用定速比控制同步原理，通过建立机械系统动力学模型和电动机矢量控制模型、推导振动系统的定速比三个方向响应方程、设计系统定速比控制方案，并进行实验验证。能够有效提高振动系统工作效率，特别适用于多样性的筛分物料的分级，也适用于黏湿性大的工程泥浆和污泥脱水等。也适用于黏湿性大的工程泥浆和污泥脱水等。也适用于黏湿性大的工程泥浆和污泥脱水等。

【技术实现步骤摘要】
单质体双机定速比控制同步驱动振动机的参数确定方法
[0001]专利

[0002]本专利技术属于振动控制装置
，涉及一种单质体双机定速比控制同步驱动振动机的参数确定方法。
[0003]
技术介绍

[0004]振动筛分/密实/成型/脱水设备，是利用振动对物料进行筛分分级，实现精密铸造零部件与混凝土的振动密实成型，完成污泥或泥浆的固体和液体的分离，适用于矿山、食品、石油、钢厂、化工、建筑、砂石骨料、轨道交通及隧道工程等行业。本专利技术属于控制两台振动电动机按照任意给定的定速比驱动实现系统多运动轨迹的振动机械。普通单一频率或整数倍频率（倍频）的振动机械主要存在以下问题： 1.单一频率驱动的振动机械，往往只能实现直线往复运动或者接近圆的椭圆的运动轨迹，这就容易造成振动筛出现筛堵或者筛糊的现象，从而致使振动筛的筛分效率下降；振动脱水筛的脱水效率降低；预制混凝土的密实成型效果差。
[0005] 2.整数倍频率（倍频）驱动的振动机械虽然提高了筛分物料的范围，但由于不能满足任意定速比频率驱动振动机械，从而致使筛分物料的范围有限。
[0006] 3.用增加电动机等方法来提高振动机械的工作效率，会导致设备体积变大，结构复杂。
[0007]随着定速比控制同步理论的日益完善，有必要应用先进的定速比控制同步技术，设计一款能够实现两个振动电机间任意定速比控制同步的振动机械，使其既能有效的增加筛分物料的范围又可以提高设备的筛分效率。本专利技术属于两机定速比控制同步驱动实现机体多种运动轨迹的振动机械，能够大幅提高设备的工作质量和处理效果。
[0008]
技术实现思路

[0009]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术运用了以下技术方案：单质体双机定速比控制同步驱动振动机的动力学模型包括：两个带有感应交流电动机驱动偏心转子的激振器、一个刚性质体、四个螺旋弹簧；其中四个对称分布的螺旋弹簧在质体上与地基相连，两个带有偏心转子的感应电动机以y轴为中心对称放置在刚性质体上，两电动机分别绕各自中心旋转，右侧为顺时针转动的1号电动机，左侧为逆时针转动的2号电动机，定速比控制同步驱动，实现设备多种轨迹运动的功能；以此提高振动筛分设备的工作效率，提高此类设备工作的质量。
[0010] 所述振动机两个电动机驱动的激振器参数确定方法，具体步骤如下：步骤1，建立动力学模型
如图1所示，坐标系为平面坐标系，两个电动机驱动的激振器分别绕中心和旋转。和分别是两个偏心转子的旋转角，右侧激振器与x轴的夹角用表示。根据该模型，系统共有三个自由度：x，y方向的直线运动和角方向的摆动。
[0011] 利用Lagrange方程建立系统的动力学方程如下：
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(1)其中 M是振动系统总质量，；m是机体质量；m
i
是电动机i偏心转子质量，i=1,2；r是偏心转子半径；l0是机体中心与偏心转子旋转中心之间距离；l
e
是振动系统的等效转动半径；J是振动系统等效转动惯量，；是机体转动惯量；,是两偏心转子转动惯量，,；f
x
,f
y
,f分别是振动系统在x,y,三个方向的阻尼系数；f1,f2分别是两台感应电动机的阻尼系数；,,分别是振动系统在x,y,三个方向的弹簧刚度；是偏心转子1与机体中心连线和水平方向的夹角；,分别是两感应电动机电磁转矩；,分别是两感应电动机的负载转矩，负载转矩应小于等于电磁转矩，即，。
[0012]其中步骤2，推导振动系统的定速比x，y和三方向响应由非线性动力学理论可知，定速比同步运动中，两台感应激振电动机转速比可表示为。其中，p和q互为质数。这样就假设了振动系统可以实现理想状态的最小公倍周期定速比的同步运动。振动系统中两台感应激振电动机的转速可表示为
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(2)将(2)式带入到(1)式中，就可以得到该振动系统在x，y，三个方向的位移响应分
别是
ꢀꢀ
(3) 其中，，，，，，，，，，，，，，。
[0013] 所述振动机两电动机定速比控制同步的控制方法，具体步骤如下：步骤1，建立电动机矢量控制模型 电动机采用异步电动机，振动系统模型是机电耦合动力学模型，需要对振动系统和振动系统中感应电动机建立起数学模型，并结合振动系统一起给出机电耦合动力学模型。采用了鼠笼式感应电动机，因此感应电动机内部转子线圈短接，即。当振动系统在稳定状态时，转子磁链为常数，为0。在该坐标系下，系统中变量有九个，选用其中五个变量建立感应电动机数学模型，选取,,作为选取变量，其中分为和,分为和。得到感应电动机在两相旋转坐标系下状态方程如下
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中s、r分别是电动机系统定子与转子；d、q分别是旋转坐标系d轴和q轴；i、u、R分别是电流、电压和电阻；L
s
，L
r
分别是定子和转子自感系数；L
m
是定子和转子互感系数；T
r
是转子时间常数，T
r
=L
r
/R
r
；是感应电动机极对数；L
ks
是定子漏感，；是同步磁链角；R
ks
为等效定子电阻，；是机械角速度；是同步电气角速度。
[0014]由感应电动机状态方程(4)可得，L
m
，和L
r
为已知定值，因此的变化会直接影响到感应电动机的电磁转矩变化。
[0015]建立如图2所示的矢量控制感应电动机电流控制流程图。采用的控制变量为电流，所以矢量控制器为电流控制器，因此图2中左侧的输入端为电流。其中，可以由公式
得出；为初始给定的磁链目标值。这样经过PI的控制，可以得到U
sd
和U
sq
。由于本专利应用转速、电流和磁链闭环构成的矢量控制器，因此同步磁链角是不可缺少的，同步磁链角可以通过式(5)得出
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中转差角速度是，。
[0016]步骤2，建立定速比控制系统的控制方案 采用了如图3所示的主从控制策略，主电动机为1号电动机，从电动机为2号电动机。对1号主电动机，只进行了转速开环控制；对2号从电动机，不仅要对转速的内环和外环进行了控制，还要对振动系统进行转速外环的控制，这样就实现定速比的控制同步。定速比同步会出现瞬时振动系统的振幅过大，必须限制其超调的上限值，如果超出则控制效果不好。模糊控制有利于不确定性负责，所以本专利采用模糊控制。
[0017]下面对图3进行详细的说明目标转速为，它作为目标给定转速输入到1号主电动机，再由模糊PID控制方法控制q轴定子电流，进而控制了矢量控制器，这样，变频器的输出信号将作用在1号主电动机上，最终得到1号主电动机转速。的作用有两个：一个是反馈到1号主电动机上，得到便于电动机的转速控制调节的转速误差，另一个作为转速输入端，传输给了2号从电动机，可以得到2号从电动机的转速，。
[0018]同理，2号从电动机和1号主电动机的控制流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单质体双机定速比控制同步驱动振动机，其特征在于，该振动机的动力学模型包括：两个激振器、一个质体、四个螺旋弹簧；其中质体通过四个对称布置的螺旋弹簧与地基相连；弹簧对称分布在质体上；两个反向旋转的激振器对称安装在质体上侧，每个激振器中各有一偏心转子，偏心转子由各自的感应电动机驱动，分别绕着各自旋转轴线中心旋转，定速比控制同步驱动，实现设备多种轨迹运动功能。2.权利要求1所述的单质体双机定速比控制同步驱动振动机的参数确定方法，其特征在于，所述的两个激振器的参数确定方法，包括如下步骤：步骤1，建立机械系统动力学模型；建立坐标系：两个激振器分别绕着旋转中心轴 ,旋转；,分别是两个转子的旋转角；整个系统展现出三个自由度：直线运动x，y和摆动角；利用Lagrange方程建立两机反向驱动振动系统的动力学方程：
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(1)其中是振动系统总质量，,是机体质量；是电机i偏心转子质量，i=1,2；r是偏心转子半径；l0是机体中心与偏心转子旋转中心之间距离；l
e
是振动系统的等效转动半径；J是振动系统等效转动惯量，,是机体转动惯量；,是两偏心转子转动惯量，,, f
x
, f
y
, f分别是振动系统在x,y,三个方向的阻尼系数；f1,f2分别是两台感应电动机的阻尼系数；,,分别是振动系统在,,三个方向的弹簧刚度；是偏心转子1与机体中心连线和水平方向的夹角；,分别是两感应电动机电磁转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云山，
申请(专利权)人：辽宁轨道交通职业学院，
类型：发明
国别省市：