一种转矩实时补偿的电惯量模拟控制方法及模拟控制器
申请人信息
- 申请人:中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司
- 申请人地址:213000 江苏省常州市五一路258号
- 发明人: 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司
专利详细信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 专利名称 | 一种转矩实时补偿的电惯量模拟控制方法及模拟控制器 |
| 专利类型 | 发明授权 |
| 申请号 | CN202311796123.6 |
| 申请日 | 2023/12/25 |
| 公告号 | CN117452830B |
| 公开日 | 2024/3/22 |
| IPC主分类号 | G05B13/04 |
| 权利人 | 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司 |
| 发明人 | 帅忠全; 王文生; 王文静; 赵璐; 孙银仙; 陈鑫; 刘坚 |
| 地址 | 江苏省常州市五一路258号 |
摘要文本
本申请公开的一种转矩实时补偿的电惯量模拟控制方法及模拟控制器，电惯量控制器整体结构包括底座、上盖和内部有信号处理及电机扭矩计算单元的电路板部分。本申请根据传入的转速脉冲及转矩模拟量信号，即可实现惯量模拟功能的自动启停，降低了改造成本。本发明通过量化系统阻力造成的惯量损失进行转矩补偿，提高了惯量模拟精度。此控制器还具有独立计算的能力，可以利用输入的转速、制动力矩、目标惯量值信号，计算使转动系统快速准确达到目标惯量所需要的电机扭矩；不受试验台固有阻力影响，因为算法将对系统阻力做功造成的惯量损失进行实时补偿。
专利主权项内容
1.一种转矩实时补偿的电惯量模拟控制方法，其特征在于包括以下步骤：当制动闸片与制动盘产生摩擦力矩使系统制动，在减速至停机这一过程中，摩擦功是制动力矩在每个数据采集间隔做功的累积，即制动力矩对角速度的积分，可以推导出制动闸片与制动盘产生摩擦力矩所做的功/>计算得出：
，式中，是制动闸片与制动盘产生摩擦力矩所做的功，/>为/>时刻制动力矩，/>为时刻的制动角速度，/>为数据采集时间间隔；将摩擦力矩做功等效为转动系统减小的动能，则该减小的动能等效惯量用表示为：
，式中，为将摩擦力矩做功等效为转动系统减小的动能，折算得到的惯量；针对转动系统构建转动动力学状态方程，由每个数据采集点时刻制动力矩及转动角速度，计算转动系统整体的转动惯量效果，用瞬时模拟惯量/>来表征：
，式中，为/>时刻前一数据采集点序号，/>为/>时刻后一数据采集点序号，为/>时刻前一数据采集点制动闸片与制动盘的摩擦力矩，/>为/>时刻后一数据采集点制动闸片与制动盘的制动力矩，/>为/>时刻前一数据采集点的制动角速度，/>为/>时刻后一数据采集点的制动角速度，/>为/>时刻前一数据采集点的制动时间，/>为/>时刻后一数据采集点的制动时间；瞬时模拟惯量，是制动力矩和系统固有摩擦阻力共同作用的结果，考虑转动系统固有摩擦阻力，若将系统固有摩擦阻力做功等效为转动系统减小的动能，则该转动系统阻力损耗的等效惯量用/>表示为：
；联立以上各式可得转动系统阻力损耗造成的惯量为：
，式中，为/>时刻制动力矩，/>为转动系统阻力损耗的惯量部分，/>为数据采集时间间隔，/>为制动角速度，/>为初始制动角速度，/>为/>时刻的制动角速度；如此，电机扭矩的表达式中，转动系统阻力损耗的惯量部分/>即可被量化，从而可对系统阻力造成的惯量损失进行补偿；电机在制动过程中需要向系统输出能量，来补偿转动系统阻力损耗的惯量部分承载的系统动能，从而模拟转动系统总惯量/>的能量状态；由于电机扭矩、制动力矩、阻力矩的作用对象转速相同，转动系统总惯量/>可表示为：
，式中，为系统总惯量，/>为电惯量试验台具有的机械惯量，/>为与电机输出转矩等效的电惯量部分，/>为转动系统阻力损耗的惯量部分；由于能量守恒，电机需要补偿的能量大小与电机输出转矩等效的电惯量部分承担的转动动能相等，则有：
，式中，为/>时刻的数据采集点序号，/>为制动角速度，/>为初始制动角速度，/>为时刻的制动角速度，/>为/>时刻电机输出的扭矩，/>为数据采集时间间隔；在时刻，电机需要输出的扭矩：
，式中，为/>时刻的数据采集点序号，/>为/>时刻前一数据采集点序号，当时刻/>的初始时刻电机输出扭矩初始给定值为0/>为/>时刻电机输出的扭矩，/>为/>前一数据采集点电机输出的扭矩，/>为数据采集时间间隔/>为制动角速度，/>为初始制动角速度，/>为/>时刻的制动角速度，/>为/>时刻前一数据采集点的制动角速度；i=0，，上式在制动过程中的任一时刻均需要对转矩进行调节并保持，以保证实时性。 更多数据：