仿真在机械运动系统中的应用

仿真在机械运动系统中的应用1．摘要1．1背景与目的电路仿真和控制算法仿真已经广泛应用于变频器开发过程当中，但是负载特性描述的比较简单，通常为一般的恒定转矩负载，但是实际应用中机械负载的状况要复杂很多，为了准确评估变频器在不同工作条件下的性能，本研究报告的目的在于研究Saber中关于机械仿真的基本原理和方法，以及在公司变频器开发中的应用，实现通过仿真模拟不同负载条件下变频器工作状况，为性能优化提供参考。2关键词KCL,KVL,对偶，力，转矩，位移，角速度2．机械仿真的基本原理Saber是一种基于KCL定理和KVL定理进行仿真的仿真器，除了可以分析电路以外，它还可以对于流体，机械运动进行分析，其中对于机械物体运动的分析，可以被应用在变频器负载特性的分析当中。简单说明如下。2．1机械与电的对偶关系机械系统与电路分析的对象一样，可以分为支路和节点，一个器件两个端点之间是一个支路，而几个器件的连接点就是一个节点。两个节电之间的物理量之差被称为“AcrossVariable”，而穿过一个支路的物理量被称作“ThroughVariable”。对于电路仿真而言，“AcrossVariable”是某个节点的电压，“ThroughVariable”是某个支路的电流，而机械系统仿真中，“AcrossVariable”是节点的位移（或者转动角度，角速度），“ThroughVariable”是支路的力(或者转矩)。他们同样都满足KCL与KVL定理，具有物理意义上的对偶关系。简单说明如下。对于图中的节点，有如下公式：I1+I2+I3=0其中In为流过各个支路的电流。（这里有一个参考网方向骗问题净，决体定该到物理彼量的驴符号飞，后景同）戒图凉旺盗一府镜姑电路誉的K聪CL晚定理捷对于赠机械掏系统盈的K蓬CL窃定理洋，则昆表示棵如下荡。捧眼地缸凭密对于姻图中松的节赵点，洁有如环下公魔式：樱f1咏+f裁2+告f3毁=0涉其中搜fn将应该煌为来亏自各拌个方奉向的责作用捡力，弊这个发定理耻的基蚀本含晶义就洒是作鬼用于坦某个豪点上输面的哭各个倍方向鄙力量顽之和食为零壮。具廉体到部这个剧例子绩当中崖，f话1表穷示物忍体的楚重力粱，f珠2表算示绳逢子的驴拉力弱，二乖者之害差f永3，高在物混体上艘面产开生加绒速度岗。荷电路讲的K烟VL尚定理箱，如莲图三腹：幅对于堪图中气所示医的闭甘合回励路，雁有如芝下公榴式：象转V1写-V止2-屈V3纽=0径触即各规个支典路端指电压匠之和修为零庆。叠机械无运动猪的K坟VL量定理臂，如亩图四述对于摄图中路所示裂的一肿个闭置合回樱路，纷有如谅下公耽式：旋lp仔1+桃lp倦2+阀lp诱3=冻0更其中晓lp坊n表淘示各饺个支摇路两棍端的魂相对穿位移袄。程对于杀旋转喇机械瓶运动尾系统漫，也稼有同花样的电等式加，不旅过对喂象由新力和清位移纳对应子为转条矩和足角度独。朵3污．常娘用模心型以漠及基菊本仿龟真方掌法贸Sa资be炎r中的提供县的机尖械运筑动模财型可搜以分佳为两阻大类练，平茶移运剪动和蒜转动李。它谦们的糖差别岸主要冶在于要变量汤类型显的不押同，螺转动珍系统怨的模效型中体变量罢是转昌矩，闹角度愿，角惨速度草，角向加速小度；好平移冒系统扒的模剥型变害量是鹅力，播位移些，速说度，卸加速帅度。揪等等盐，但执是他刺们之攻间有转很强焦的对僻偶特销性，泥这部壶分主袋要以扶一些咳简单境例子恶，说担明S浪AB雕ER察中机惩械仿翁真的铸基本糊思路拆。并耻尽量胳应用床和电刚路仿应真对猎偶的珠方法舌进行盘讲解圾。筝3姑．1扑源鞠句缸层累电路鸡仿真裁中由国电压种源和眼电流服源描奸述各射种激显励，互对于绕于机文械系珠统中西，对驴偶的度源如鞠下：督电路刻壮彩弊幸爆神鼓饲娱湖电压蔑源牺讽和馋万电湿流源导平移妙系统劲授露偿漫趁赌茄狸力源王惧型承火吗煤位移狂源教转动生系统腔倒滤测恶魂友顺伏转矩活源链撞资矛蕉角幕度源肚这些惨源有落各种鞭不同帐形式库：恒腰定，困脉冲她，正私弦，迁斜坡弊等等恨，其辩中最详常用秩的是剖平移壤系统就中的模力源途和转鉴动系俭统中判的转配矩源挡，举敲例说券明如樱图五在胀泉苹倾交卡此港呼房身誉图昆霸誓新押碰五去上面扫的图圣形中拥，左骄边表老示一符个重亭力作兵用于竞一个史物体膏的情致况，婚右边晌表示渗一个待转矩监作用字于一消个转独动惯匙量的咳情况粪。他冤们分副别满呼足以险下的伤公式励：饱加速择度＝绳力/芹质量造饰涉将号却倦食敏辱角加宫速度唉＝转惊矩/播转动犹惯量还而仿浆真输忠出的移结果欧分别列是节励点的游位移畜，速辨度和渐转动衫角度盲，角开速度该，如星图六别矮图休箱翻封眼六亏3．晚2器负载贺电路灯仿真配中，元电阻摩，电衰容，堆电感情以及后各种牙半导挤体器侨件都总可以虫被视箩为电刚路当陕中的忙负载吴，他模们对塘于作买用在虽上面引的电钟压和翁电流匹有不讨同响好应，慰从而哥导致劈电路恋中这蛮些物看理量懒产生工变化坏。同育样的百道理穴，机传械运繁动系霞统的唱仿真覆中，齿也有述各种雨各样猎的负疫载状侧况，值例如宜风机菜负载分，恒杀转矩础负载更，摩钓擦，提粘滞雁等，群他们丢对于女不同伟的转知矩（罪或者炭力）邻和角锣速度趣，角骆度（蓬或者直位移垦）也吹产生烘不同烛响应衔，当蹲然也跌包括意前面它提到扩的转圆动惯芒量。君S奔ab户er缘提供惠了常扰用的腥负载宅模型层，我棉们只剑需要酒输入很一些盘常用纯参数两，就炮可以屋得到惑他们料的仿森真结赖果。盈以图差七为何例：毙百覆料补战砍窄图京届茧黑七鸡左图成中显坛示一闯个风什机负予载，蔽而右等图显旧示一淘个摩劳擦性老负载差，通素过定扰义他机们的率参数医，可密以得渐到他种们对甚于在舍相同姜输入暑转矩输和转链动惯愤量情萌况下健的运跨动状郑况。花图八叠中仿烟真结膊果显土示了届风机比负载猪的速服度，香转矩盆以及购速度芳－转璃矩的稍相对评关系户。羡渠蜡跟冠臣朵显缺孤图经后猪八轧而图拆九的阶仿真饱结果夸显示石了摩眯擦性绸负载狭速度坡，转翠矩以荐及速毒度－此转矩助的相玩对关乘系。葱疲艇拼锤常介荣策图朱皂矮九叶当然哑，实虏际中猎的负炒载状抛况比滤这个艘复杂妇，但选是通蒸过组衣合这做些模幼型，绑基本情上可桥以满钥足要授求。攀3．点3机锋械装餐置氧亚饲虎S宵ab捎er皇中还蚊提供离了很甚多机靠械装穿置的休模型算，例秋如滑坝轮，薪卷轴袜，皮粒带轮融，齿炮轮等醒等。剖这些李模型聚的主兴要作末用是忽实现扯一些尘变换虽：力饭的大挽小与抱方向扛，速饭度的然大小诱与方阿向，翁以及燥平移但系统恨与转含动系休统之已间的夏转换悄。饼下图富中是骆一个首提升香装置遥，其敌中的鬼关键牙部件青是卷止轴，舟它实寻现转棒矩到牺牵引捡力的病转换催过程女，通猪过仿蚕真，途可以蜘得到立卷轴单的角顾速度哭，被我提升袜重物种的速铺度这慈些指犬标。东3．鬼4电岭机泄前面着介绍姐的都进是纯库机械套的部波分，禁但是腰我们烟的分岔析机残械的樱目的谱是研芬究电欢机性出能，史Sa恨be暗r中主提供铲了多旁种不伙同的砖电机看模型榆：鼠蒸笼电宝机，欧步进椅电机联，直无流永掀磁电咳机等睬等，布当然释，我内们用挠的最祸多的英是三腥相鼠稻笼电妨机。杂如下精图：根在仿告真中谱，它支可以谋实现季机电究变量努间的誉转换庸，求钉出各坛相电肠流以革及输娃出转药矩。有定义食它的贺惯量减，定宫子和阅转子龄的每崭相电醋感，溪漏感罪，电杆阻，亦匝数抹等参尖数，累可以挣求出坏它每唐相电撤流，企电压心以及棕输出律转矩短等。屠4．叙应用猎实例嗽添基于蛛以上彼原理蛙，s花ab稀er引可以笋用同堤一个算仿真同器完勉成机漫电混睛合系怖统的泪分析药，求求解这赛些物军理量享，特甜别对赚于电库力拖撞动系卡统，概可以令完整勇的描贷述驱幸动电菜路到洪机械脑负载铜的工直作情芒况。殖下面庙是一蓬个典苍型的闪变频昨器仿居真事贡例赴――智TD亦30屠00稠带势恭能负遭载凭灯池在该热图左暖边是竭电路慰单元沸，包现括了看三相恩逆变需桥电姑路以执及电股流检每测，雕速度热检测岛电路钓；中胁间是裁三相丽电机历完成哪机电日转换煎，以劳及实滨现空错间矢家量控修制逻影辑的天DS窄P算逮法控宣制单脾元；恳右边四是机衔械部参分，啊包含芦了传票动齿非轮，呢卷扬角装置盼，阻燕尼，圾以及漠被提因升的缓重物六。从见而对察变频脱器的闸电路扁，算开法，菊机械富特性磁进行偶全面改的分肠析。筐通过国仿真什，可道以得蹦到电谅路中碍各项坡参数依，以时及物去体运助动参还数，烟如下痰所示车：属三相令电流韵物体冈位移较，电恰机转牧矩和间转速敬通过托这样秩的仿季真，炭我们修可以瘦发现斗势能包负载淡和恒吓转矩宇负载庸对于构电机徐性能眨有不典同要郊求，凤并在窝此基嫁础上任面进稼行控伸制参牲数的艳优化爷。誉5．馆总结命1：慨机械拳系统吉