双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106230325A(43)申请公布日2016.12.14(21)申请号201610599177.7(22)申请日2016.07.22(71)申请人天津工业大学地址300387天津市西青区宾水西道399号(72)发明人耿强夏长亮刘涛单长帅(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人刘国威(51)Int.Cl.H02P5/747(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法(57)摘要本发明涉及双电机系统控制领域，为提供一种双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法，以实现有效抑制输出转矩不平衡，控制系统转速和转矩双同步，本发明采取以下技术方案：双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法，步骤如下：(1)所述系统的结构模型：(2)转矩同步误差计算：设Te1和Te2分别为电机1、2的电磁转矩，则定义系统的转矩同步误差为E(s)＝Te1(s)-Te2(s)式中，E作为反馈量作用于同步控制器，同时其大小反映了系统转矩均衡控制的性能优劣；(3)同步控制器设计。本发明主要应用于双电机控制场合。CN106230325ACN106230325A权利要求书1/2页1.一种双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法，其特征是，步骤如下：(1)所述系统的结构模型：系统中两台永磁同步电机共同驱动负载，永磁同步电机采用定子直轴电流等于零的磁场定向矢量控制方法，电机与电机、电机与负载之间的耦合部件为钢质渐开线圆柱直齿轮，两台电机轴上安装的小齿轮1、2为系统的主动齿轮，中间则为与连接负载的从动大齿轮；(2)转矩同步误差计算：设Te1和Te2分别为电机1、2的电磁转矩，则定义系统的转矩同步误差为E(s)＝Te1(s)-Te2(s)式中，E作为反馈量作用于同步控制器，同时其大小反映了系统转矩均衡控制的性能优劣；(3)同步控制器设计：系统中的电机1、2均为转矩、转速双闭环控制，考虑负载的需求转速以及系统齿轮组的传动比，给定两电机相同的参考转速，设Te1_ref和Te2_ref分别为两台电机转速控制器输出的电磁转矩参考值，同步控制器引入交叉耦合同步控制原理将两台电机的转矩内环作为一个整体来处理，将转矩同步误差E乘以耦合同步系数KC1、KC2后分别作为*补偿转矩Tc1、Tc2，将补偿转矩与Te1_ref和Te2_ref运算后得到补偿后的转矩内环参考值Te1_ref*和Te2_ref，控制转矩输出，即同步控制器检测到E后，通过设定的耦合同步系数调节转矩指令，从而控制输出转矩均衡。2.如权利要求1所述的双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法，其特征是，耦合同步系数KC1、KC2的一种确定步骤是，设Te_pu为系统当前时刻某台电机理论上应输出的转矩平均值，Temax和Temin为某台电机转矩波形中的最大值和最小值，定义转矩波动幅度评价因子来评价转矩波形质量，转矩波动幅度评价因子表达式为：对耦合同步系数进行两次约束，首先推导转矩均衡控制系统闭环传递函数，由赫尔维茨稳定判据，对系统稳定性进行分析，从而对耦合同步系数的取值进行了一次约束；结合上式中定义的转矩波动幅度评价因子，对不同的耦合同步系数下的转速波形质量、转矩波形质量以及转矩同步误差进行综合对比分析，从而对耦合同步系数进行二次约束。3.如权利要求2所述的双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法，其特征是，由赫尔维茨稳定判据，线性系统稳定的充分必要条件是：由系统特征方程各项系数所构成的主行列式及顺序主子式全部为正，故有：2KC1＞max{-(1+1/KP2),-(KP1KP2τ1/Jm1+1),(1/KP2-KP1KP2τ1/Jm1-KP2τ1/Jm1-1)}式中，Jm1为电机1的转动惯量，KP1、KP2分别为转速环PI调节器和转矩内环PI调节器的比例放大系数，τ1、τ2分别为转速环PI调节器和转矩内环PI调节器的积分时间常数；若电机参数如表2：表2永磁同步电机参数2CN106230325A权利要求书2/2页控制参数KP1＝10，τ1＝4.0；KP2＝0.6，τ2＝10，得KC1>-2.67，同理KC2>-2.67，当耦合同步系数KC1、KC2满足上述条件即可保证系统的稳定性。3CN106230325A说明书1/8页双电机齿轮传动系统转矩均衡控制方法技术领域[0001]本发明涉及双电机系统控制领域，尤其涉及双电机齿轮传动系统转矩均衡控制领域。背景技术[0002]随着现代工业的快速发展，单电机系统已不能满足多种生产需求。在钢铁、造纸、纺织、机器人等工业领域，都是依靠多台电机的协调配合来完成实践目标，进而满足人们对产品性能和质量的要求。尤其在大功率的牵引系统、船舶推进系统、水泥建筑系统，需要的输出转矩很大，