车辆传动系统的动力学分析与自动变速箱

欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助感谢阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!感谢阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助车辆传动系统的动力学分析与自动变速箱g.kouroussisa，p.dehombreuxb，o.verlindena关键词：自动变速器删除卡斯蒂略的方法变速箱的运动离合器模型罚函数车辆纵向动力学摘要本文介绍了对自动变速器模型的一个有效的配方在动力传动系统设计的早期发展阶段的车辆性能。相应的用虚功原理获得的运动方程，涉及所有旋转的变速箱零件。删除卡斯蒂略的方法来有效地建立部分的齿轮比的表达。一套是刑罚功能与离合器相关的制动器使连续模拟换档。车辆的加速度计算方程包括变速器模型的乘用车管理纵向行为，包括发动机、轮胎的一个现实的模型和经典道路负载。这个公式提供了一个动力系统/车辆动态模型为了简单起见（刚性互连机构运动学约束），和充分有效的连续模拟齿轮变化。提出了两个现实案例，即克莱斯勒45rfe和爱信华纳55-50锡动力系统。对于后者，验证是通过比较了的测量数据。开发模型显示自己是一个有价值的工具，用于模拟的实现不同控制齿轮变化规律。2021爱思唯尔有限公司保留所有权利。1。简介多体仿真工具通常用于评估车辆在架设前的表现。这个虚拟原型不仅用于机械性组件的设计也为电子部分。多体系统的耦合与其他学科提供了丰富的新的发展领域。例如，机械电子系统，需要集成特定方程与致动器、控制器和传感器、富于车辆及其规范现在定义与计算机辅助工程工具。自动变速器（在）组成的行星齿轮火车，越来越多的应用在现代轿车。其重量轻、体积小，有趣的表演，使这类装置的成功，特别是最近被带到限制功率耗散。这种轮系是一个完美的例子。机电一体化系统的汽车由于变速箱控制器来优化燃料消耗或加速性能。尽管通常的多体系统仿真工具通常用于评估车辆的动态性能，对一个完整的加速过程仿真是不直接改变各变速运动限制通过传动系统。模拟换档，第一选项，包括建立连续的齿轮[1]模型，仿真跳跃模型是根据一定的连续性条件进行的模型（硬件在环仿真）。这方式是乏味的，由于机构配置高一些但有很好的分离阶段模数转换优势。第二选项包括在模型的执行机构，除了内部组件。因此，更复杂的模型可以被开发，包括变速箱的所有机械零件，和详细的接触现象的发生离合器和制动器[2]。水獭等。[3]建议在modelica的软件模型下考虑变速箱，包括液力变矩器（tc），作为一个变量结构。同样，邓普西等。[（4、5）开发了一种modelica图书馆致力于自动传动系统动力学（pt），包括多重物理量行为（热或液/结构交互）在一个模拟的环境。多拉和穆拉德[6]提供了一个方法，每个传输部分分别建模，然后连接到对方一步一步中间使用lms想象amesim.lab验证。联合仿真技术用于包括和利用系统控制。钟等。【7】注重提高换挡瞬态换挡控制算法。真田等人。[8]，还提出了一个数学模型的鲁棒控制器设计的离合器滑摩控制，考虑到移动的惯性相位。对于动力传动齿轮噪声和动态载荷，行星齿轮动力学建模主要包括集中质量模型和有限元模型。刚体运动学模型，为集总参数模型提出的顾和伊兰克斯[9，10]，报价也可能研究准静态和动态在制造误差的存在，加载（几何，安装，……）。这些动态模型的齿轮的齿之间的相互作用也保留对行星齿轮的自然频率和振动模态。[1113]。所有这些交互往往是研究在一个齿轮箱模型中，由于集成模型（如动力系统/车辆动态模型）需要的计算工作。上述模型对变速箱的机械设计是特别有用，但是他们都强烈地依赖于平台仿真。此外，在动力总成设计阶段存在的不足，详细的完整的多体分析中的应用将是困难的。在这种情况下，一个中间模型倡导并优先在行业。例如，帮助的齿轮变化的设计，它是处理一个模型允许完整的加速过程仿真有趣车辆。这种模式甚至可以集成在开发新的策略目标变速箱控制器内部精确的发动机转速控制和最优移位电机调谐。一个简单的模型在本文中，基于以下假设：它包括所有齿轮箱的旋转部分，视为刚性，没有专注于摩擦扭矩齿轮相互作用引起的。相比其他建模（例如，结合多体动力学和润滑的接触力学模型[14]，牙齿摩擦在行星齿轮[15]功率损失），这种方法允许简化的目的与早期的发展阶段。•对于传动系统，齿轮的相互作用是在为运动约束。柔性接触和非线性特性产生从行星齿轮的动力，在[16]的研究，也忽视了由于换档的设计并不需要一个非常传动系统详细的弹性分析。•离合器和制动器，它代表自动传动系统的基本要素，是由扭矩施加在齿轮使用替换通过分析制定刑罚与设备有关的运动学约束相关的功能。•动力模型是包含在一个简单的车辆模型，考虑到纵向运动。所有这些假设与模型的目的和所采用的有效配方兼容。建立变速箱的运动控制方程，利用虚功原理，提出一个系统的方法，通过删除相关卡斯蒂略[17]以自动建立运动学约束。该模型用于加速度的仿真一个客车，包括电机和tc的特点，受古典的道路负荷如滚动阻力的现实模型，和空气阻力。提出了一个验证步骤，通过比较从车辆的加速度发表的一些结果配备爱信华纳55-50锡动力。超越的动力性能分析，结果进行了比较对克莱斯勒45rfe传输。2。自动变速器的动力学模型车内的机械系统之间的连接装置，在动力总成图1所示。tc一般直接放在发动机将负载从电源在换档后。液压泵与在消耗营养液从而激活制动器和离合器一点能量。这些操作由一个电子控制单元，称为传输控制模块（tcm），允许策略被越来越多的复杂提供司机驾驶更舒适。事实上，齿轮的变化是根据由车辆优化设计运行条件：低转速或嬉戏的态度在全油门低消耗。进一步的，经典力学考虑，包括差分和车轮。本节重点介绍变速器的力学行为，包括一系列复杂planetaries更多或更少，取决于变速箱的设计。图1。在传输流仅考虑各部分围绕其中心轴旋转，虚功率原理是由下列表达在ω我被认为是刚性的各构成变速箱nb机构的角速度。相应axialmomen惯性ii和总扭矩的顶端到顶端，我对每个体都考虑在内，包括刹车离合器或贡献，外部来源（输入和输出传动元件）。虚拟旋转速度参数ωv，我的身体的每一个可以表在一些选定的ncp主虚拟旋转速度Ωv，j的部分贡献，与ncp的变速箱的自由度数量。系数λ我，j被定义为研究机械系统始终是与时间无关的，表达（2）也是有效的房态和因此的角ω加速我：Ω哪j是第j个主旋转加速度。从这些时刻的虚拟旋转速度Ωv获得虚拟功率，从均衡提供了ncp方程[j]变速箱的运动规律：这一原则是安萨姆最大坐标的方法类似，希勒[18，19]发达，其中数配置参数的ncp用于表达themultibody系统运动学等于自由度的数目该系统。比较喜欢直角坐标或相对坐标的方法，广泛应用于商业产品，一个最小的坐标的方法产生一个ncp的常微分方程系统的优势。通过对式（5），事实证明，运动方程可以构造如果用户提供了系统的运动学，也就是说系数表达λ我，j，和所施加的扭矩，身体的每图2。轮系结构。2.1。齿轮和行星在变速器的运动学分析进行第一步是确定的自由度的数目和选择主旋转只有每个部分围绕其中心轴旋转必须考虑第二步是提取。运动各部分间的关系以确定系数λ我作为选定程度的功，自由工作可以由每个传动关系写了著名的（见图。2（一））ωl/m与齿轮具有相对于身体的旋转速度（即齿轮轴连接的部分）和zl为齿轮的齿的l（l=i或j）。这种关系必须结合组成的旋转行星差动齿轮，thewillis公式[20]可以直接使用（参见图2（b）为指标）在参考部分0可以由任何人取代，根据组成的旋转。2.2。在删除卡斯蒂略的使用方法建立运动学公式（2）是复杂的，繁琐的和是一个错误。为了克服这个困难，系统的方法，通过删除卡斯蒂略[17]最初，是用来方便地解释所要求的运动关系。如果一个齿轮（或基本电路）k的确定了火车，一个矩阵c容易建造fromkinematic关系，考虑结构行星。其元素ckn定义为与下标ik和jk的齿轮和rk相关承运人（在“±”符号为内部负号啮合的齿轮只）。zik是齿齿数我参与电路k元素纳铁福提供j运动学方程矩阵的大小（j×n）确定j和链接，请注意这两个数字是数字电路与数字通过下关系联系：在一个单自由度的行星[21]。图3。一个四连杆行星结构及其电路的运动方案。系数λ我，j是从下面的关系[17]获其中ei，ej，el和连接尺寸的向量（n×1）的条件是等于零，默认情况下，在对应行的一个所采用的定义（该：输出齿轮；输入齿轮；排rowj：l：固定齿轮；化：最后一行）。方程（12）是availablewhen选定行星验证关系（11），与系数的定义兼容λ我，j。应用这种方法，它是必要的表定义行星电路研究。说明行星在图3中显示的是该方法。注意身体的2是由两齿数不同的牙齿（z21z22左边；右边）。强调的是两个电路，和c是如果身体4被锁定，和体1和3作为输入和输出元件分别，这比31行星轮系λ通过求解式（12如果身体2被选择作为输出，（ej和el不变）2.3。稳定的罚函数的离合器和制动器确保从输入功率传输到输出轴，ncp−1辅助设备，一个离合器或制动器，必须从事这样的变速箱拥有1度freedomonly。如果i和j接合部分之间的离合器，它将逐步防止相对转动速度，施加以下约束实际上，摩擦力矩是通过输入和输出轴之间的离合器装置，最大振幅根据对摩擦盘的压力。压力逐渐增大，当传递的转矩低于摩擦极限，部分坚持相互约束。的齿轮变化平整度直接相关由液压致动器施加的压力剖面，驱动本身的变速箱控制器。允许一个连续的齿轮变化的简单模拟，离合器将引入的运动方程施加力矩ti和tj在部分i和j分别给出的，换档时，惩罚系数k是由控制单元施加的压力分布和模拟继续进行。当然，一些滑移发生在装置，但如果惩罚系数足够大，可以忽略不计，这可能是由于稳定期。制动的情况是类似的，一部分是固定的。这种方法是相当简单的。方程（19）存在一定的局限性，忽略了界面摩擦粘滑性离合器或制动器，因此复杂的摩擦现象，如离合器抖动[22]。罚函数被应用在所有的情况下在整个模拟。他们还提供了一个简单的方法来估计右离合器的扭矩值（低估扭矩是重要的滑动相关；过高会导致有关的部分的相对旋转）没有定义许多机械参数。时间常数τ介绍保证数值积分的稳定性模型也可以被看作是某种相关的运动学约束比例微分控制。同样的表达用于任何制动，离合器或单向离合器系统（使用带，楔块或磁盘技术）。所有的惩罚系数的标称值等于105nmsrad和持续时间0.1秒源于调整提供令人满意的结果（惩罚系数足够大的）。2.4。变速器的动力学通过开发式的表达（5）在主旋转速度，以下系统得到的介绍台基网和吹捧的施加的扭矩输入轴和输出轴上。采用这种结构，我们假设第一和最后的配置参数与输入（Ω1）和输出轴速度（Ωncp），分别。它要说明的是利矩阵m和d的发展与价值的惩罚系数相对于每个离合器/制动器和运动方程高刚性由于这些惩罚系数的高值。这些方程必须在整个模拟过程中保持不变的优点。每个齿轮比对应的一组的惩罚系数，换档时，惩罚系数逐步倒（0～105nmsrad或负）。以要尽可能接近现实，惩罚系数随时间变化和遵循，在转变过程中，压力的演化由液压致动器驱动离合器/制动器变速箱控制器施加。对所提出的系统模型，已在easydyn方法[23，24]实施框架。easydyn由c++库允许的运动方程，数值建设和整合从运动学，表示的最小坐标的方法，并对机械系统的力量。的可能性，包括补充微分方程，这些方程提供其他constructedmechanical系统耦合。框架developedmainly与可读性和性能是关注。该项目是开源的，用户可以写新的用户程序（例如特定的元素力量）甚至他的具体需要修改代码。一个新的组件有beenwritten从用户定义的输入数据建立的运动方程的变速箱：•与相应的行星相关的轴数（与转动惯量），•定义的主度freedomcorrespondingmost经常的输入和/或输出的连续动力系统，•相关电路的每个基本的行星，•扭矩定义（引起的制动器和离合器的接合/脱开）从操作数据表。初始条件和外部力被定义为所请求的应用功能。模拟系统性能，有必要对这一系统与装有这种传动的客车模型。tmc策略（换档时刻）也被定义为车辆的特征函数。3。整车的仿真该模型的变速箱已被用来模拟实际车辆的加速过程。在功率流传输（图1）显示了整车仿真所涉及的两个更多的自由度•的发动机驱动的tc输入轴的旋转的旋转，泵轴（也被称为变换器的输出轴，或涡轮轴，连接到变速箱的输入轴）；•车辆本身的纵向运动，运动独立于由于轮胎打滑的车轮转动。本节描述了这两个额外的运动是一个简单的公式。当然，更复杂和详细的模型可替换的方法，该模型的目的是处理一个简单的预测工具，具有足够的精度，包括影响车辆纵向运动的元素。3.1。所施加的扭矩输入轴上的估计电机轴的动态平衡是写Ω0与发动机的旋转速度，i0为电机轴包括电机本身有关的总转动惯量同时tc泵轴，t0为电动机转矩和ttc，泵传输到tc泵轴扭矩。一个定义的和恒定的节气门位置，使电动机转矩t0可估计，乍一看，一个二阶多项式，作为引入系数m0，m1和m2从发动机扭矩–速度曲线建立。扭矩测控，泵驱动tc的输入轴取决于两轴之间的转换速度比。在我们的的情况下，在涡轮轴的旋转速度对应于1（Ω变速箱的输入轴的转速和扭矩）可以从tc泵容量因子的定义，提供与速度平方的关系。在完整的动力总成，施加的扭矩在变速箱的输入轴将由ttc，涡轮由tc涡轮轴施加的扭矩，以驱动液压thydrpumpof变速箱扭矩i1，ext为所有连接到变速箱如tc或液压输入轴的惯性矩相关的外部元件泵。在转换器相关的扭矩可以计算从tc扭矩–效率法获得fromperformance测量运动或fromprediction模型[25]。扭矩必要的供应液压泵也有简单的法律定义，根据泵的特性和回路压力。如果一个锁定系统适合tc，相应的离合器模型通过力矩的定义式（19）。3.2。的转矩输出轴上的估计对汽车纵向运动相关的平衡方程withmas大众的车辆，ft作为一个轮胎的牵引力，rr为滚动阻力和空气阻力大为。一个新的介绍了自由参数x度，确定车辆纵向运动。牵引力取决于轮胎滑移的定义为在rw是车轮的滚动半径（速度ωw）和rd是变速箱的输出轴之间的传动车轮。可广泛用于车辆处理研究[26]所有的轮胎模型中，亚利桑那大学的分析模型【27】采用。每个前轮，牵引力的评价cl为轮胎的纵向刚度（相当于所谓的侧偏刚度侧），f为轮胎摩擦地面系数，fz为轮胎上的垂直力，苗条的限滑。只有纵向滑移是占，意义也没有横向滑移。因此，没有回正力矩的考虑。这个假设是可以接受的，限于研究一个纵向运动。它注意到，前轮与加速度减小垂直力fz的兴趣其中l是汽车轴距，c为重心与后轴之间的纵向距离，h是相对于地面的重心高度。重力加速度由g.摩擦系数f的演变从静摩擦系数fs的动态摩擦系数fd根据滑移在一般情况下，滚动阻力rr是通过滚动阻力系数fr估计，由系数fr取决于轮胎类型，对路面平整度和行车速度x。对于常规的道路，下面的公式得到一个很好的估计[28]图4。aisinwarner55-50锡运动方案的。气动阻力大的阻力系数cd经典估计（又称cx）的车辆ρ作为与空气密度和作为车辆的迎风面积。系数cd通常低于0.3的轿车扭矩施加在变速箱输出轴的在incp；ext是惯性变速器所有零件从变速箱到车轮的等效弯矩。的主要贡献来自车轮，由2iwrd2与iw的相对于旋转轴轮的转动惯量。4。应用实例及仿真结果4.1。案例1。爱信华纳55-50sn传输在考虑布局（爱信华纳55-50sn）如图4所示。它由十八部分组成（g1，g1和g18）g18作为输入轴和从动轴，分别。部分g2g8构成主要的行星，通常称为拉维娜式行星。部分g11g18其中驱动轴（g18）构成的行星减速。实际上，从功率流主要行星的减速行星通过计数器传动齿轮和从动齿轮g10g9柜台处。输入轴g1和g9计数器传动齿轮之间的传动比取决于c1和c2离合器和制动器的状态b1，b2和b3（f1和f2是自由轮）。另一方面，反向从动齿轮g10和驱动之间的传动比轴g18取决于离合器c3和制动器b4和b5的状态（表1）。所有制动器和离合器配备液压执行器由驱动齿轮比控制全球tcmwhichthewanted（表2）。该旋转部件数量等于18，受从4组件，导致一些4自由度14约束。当离合器c1总是从事正常驱动模式，还有ncp=3自由度。当然，选择的主旋转机构（g1相关输入轴），g18（输出轴），和g9（一个连接两planetaries齿轮）。为主要的行星，列举五个电路，提供矩阵表1不同的液压致动器的功能（aisinwarner55-50sn）。表2在不同的齿轮位移的致动器的操作（爱信华纳55-50sn）。离合器c1一直致力，除了在反向位置。对于低档的行星，它由4个电路通过分离体g14齿数（上标f：为前齿轮；r：为后齿轮）。系数λ我，j是情商。（12），（34）和（35），知道ω¼−z910z10ω9建立两传动系统之间的联系。例如，g16旋转表示为整车的仿真是沿直线进行，对应于现实情况的实验研究测试在封闭的轨道为变速箱的性能评价。自动变速器的数据（包括控制法）的车辆没有保密的原因。考虑换档时刻是全推油门位置相关。图5。一些实验和数值模拟结果对应于爱信华纳55-50sn之间的比较。图6。在相关的爱信华纳55-50sn在车轮的扭矩时间历程。图5显示了预测结果他们的实验（只有20的可测量从启动而模拟60）。一般的观察是一个很好的协议，尽管发动机的假设的简单模型行为和为tcmstrategy。特别是，图5（a）显示各齿轮加速效果（2.10秒，4.93秒，12.73秒和29.97秒），第一三班以及与实验数据相。图6给出了扭矩在轮，实验测试过程中不可用，这是一个非常重要的参数与在汽车驾驶员和乘客舒适度的感觉。基于此曲线（和第四升档zoomaround），一个额外的验证可，根据物理现象的模型很好地再现了换档过程中，由两个阶段的过渡：•转矩下降的现象在转变的开始29.97和30.14秒之间，时对应的速度比任何两旋转体之间保持其预位移值在换档（转矩相）；•增加扭矩（30.14秒和30.59秒之间）涉及两位移值之间的有效过渡（惯性阶段）。另一个过渡区也观察到30.97秒和31.60秒之间，由于tc锁systemequipping55-50在sn的。后者是由tctc涡轮泵的公式帮助建模之间的离合器（19）。图7。克莱斯勒45rfe运动方案。表3不同的液压致动器的功能（克莱斯勒45rfe在）。4.2。案例2。克莱斯勒45rfe传输相同数量的齿（z2，z3f=z6z3，z4，z5z9r====z7z8）。这个紧凑的变速箱提供了六个电路，定义和六前比（四的齿轮比和公路通过两个额外的比率）当驱动器是明智的活性（表4）。完整的变速箱有三个自由度和两个致动器需要每个档位选择时激活。离合器允许与所选元素的输入轴连接g2g1，g3或g4。运动g1可以考虑外部齿轮箱（见附录a，力的定义），以减少对ncp=2自由度数量要确定变速箱运动学：选定的主旋转机构g2相关（第四至第一输入元件齿轮的选择）和g9（输出轴）。这在最初设计货车变速器目前的分析，认为它是一个汽车车辆专用齿轮。这样的选择是出于详细和充分的[29]提供特征以该模型与方法。本节的目的是提供车辆相关的定量分析研究以前当齿轮变化。图8显示了该发动机和车辆的速度，与上述相比，sn在55-50爱信华纳。显然，一个显着的性能差异出现在两ats。相比于爱信华纳55-50sn，克莱斯勒45rfe在提供较少的性能。注意，相同的中医策略，基于原来的，和，其中，第六比不使用。tc锁定无效避免一些非理想效应（tc锁定接合之前和期间的升档）。升档不出现在同一时刻，因为战略是根据车辆的速度值。图9显示了运动汽车加速时变速箱反应。图9（a）提供了一些尸体的时间历程，并对应在仿真过程中所施加的条件。例如，第一齿轮选择在小齿轮g3旋转是空的，显示制动器b3工作。旋转方向是很好的预测，例如，太阳齿轮g2和g3的旋转表4在不同的齿轮位移的致动器的操作（克莱斯勒45rfeat）。图8。预测的速度（发动机和车辆）的车辆配备克莱斯勒45rfeat第四齿轮选择过程中是相应的齿轮g5和g7相同（1减速比）。图9（b）显示输入轴的演变作为一个输出轴的功能。此外，模拟结果，绘制了理论的齿轮比，显示与预期的完全一致。在图10中更新性能提供了一个简单的换档参数的敏感性分析表明。所需的0汽车加速度–100公里/小时的时间（性能）和最大纵向加速度（安慰）的研究，不同的轮班时间围绕其标称位置和换档的时间（从瞬时的标称时间），分别。添加第六的比例，和干预为短的时间内移（90%分）。对于性能分析，长齿轮比减少需要从0加速到100公里/小时，提高舒适的车内时间。用于换档的时间，最大纵向加速度（不包括初创期）减少如果持续时间增加。从时间的价值，各致动器的压力逐步在车辆性能变化不明显（一个非常小的增加与换档的时间观察）。这样的预测模型更新tmc提供了非常有用的信息策略，可以减少实验测试的数目在封闭的道路上必要的校准控制器。5。结论一个有效的和可靠的中间multibodymethodology概述了计算车辆的纵向性能配备自动变速器。一个简单的公式是建立在自动运动方程传输，基于一个完全的分析方法计算出运动的表情和稳定的罚函数建模内部的致动器。与经典方法相比使用多体软件包，该配方允许车辆加速度的连续模拟（直线）用于调整所考虑的车辆换档的目的。目前现实的结果和比较测量车辆的换档，一个简单的轿车已开发和耦合到变速箱模型。这种方法是不受限制的和允许的变速箱的特点分析。图9。使用克莱斯勒45rfeat数值模型得到的运动学分析结果图10。换档参数进行灵敏度分析，克莱斯勒45rfeat（左：效果由于换档时间；右：由于换档时间的影响）。介绍了两个案例研究，基于现实的齿轮系的最近研究。第一个允许主要验证模型结果与实验同行和另一个显示这种模型的潜力，设计在性能（齿轮变化之间的平滑过渡）。这种模式甚至可以集成在变速箱控制器是一个开源和便携式模拟程序转移到工业实施。命名汽车迎风面积，平方米c车辆重心/后轴的距离，mk行ckn元，矩阵c的第n列，–车辆的阻力系数cd，–cl轮胎纵向刚度系数，n大的空气阻力，nf轮胎/路面摩擦系数，–fd的轮胎/路面的动态摩擦系数，–fr轮胎/道路滚动阻力系数，–fs轮胎/路面摩擦系数，–轮胎的ft的牵引力，ng重力加速度，ms2车辆重心的高度h，mik齿轮我基本电路k，–我的身体的惯性轴ii的时刻，下kgm2在一个行星的电路j号，–k惩罚系数，nms拉德我车的轴距，mm车辆质量，公斤在一个行星的链接数，–自由度的数目（或ncp配置参数的数量）的变速箱，–构成箱体号码，–三–传动比，rr的滚动阻力，n车轮的滚动半径rw，m轮胎滑移，–苗条的轮胎限滑，–对身体我ti转矩，纳米ti，j力矩的身体我的身体j，纳米顶端到顶端，我总对我的身体的扭矩，纳米x的纵向运动，m齿数子数（身体）我，–（m0，m1，m2）电机转矩系数，（nm，nms，nms2）λ我，j的运动比，τ常数时间与惩罚系数相关联的ωi/m刚体角速度的我就体m（m是如果身体接地框架，相应的指数略），rasωv，我虚拟的身体我的角速度，弧sΩ我第j主旋转速度，弧sΩv，我第j虚拟旋转速度，弧sρ空气密度，公m3e列向量的零除一一在一个特定的行（我：输出齿轮；j：输入齿轮；l：固定齿轮；n：最后一行），–Ω主旋转速度矢量，拉sc运动矩阵的行星，–m质量矩阵，公斤d阻尼矩阵，公斤s◊0指数相关的电机◊w指数相关的车轮⋄◊的相对于时间的导数的形式附录a定义离合器动态效果直接放在输入功率流克莱斯勒目前特定gearboxwhere45rfe所有离合器把输入轴g1和一元之间的变速箱（g2，g4或g5）。g2的情况是明显的，这个元素被选中作为主旋转。对于其他元素，它有可能使一个合理的快速计算的条款被包括在方程运动。根据定义，离合器的作用类似于一个耗散转矩，从而耗散的能量可以被定义为其中k为惩罚系数的关系是两ω机构由离合器接合之间的旋转速度的差异。速度被定义为我是来自哪里ω主旋转速是明智地包括阻尼元件的运动方程。这是类似的稳定发展τω术语rel）使用一种动能。第二篇：四足机器人的动力学分析与仿真四足机器人的动力学分析与仿真张锦荣1，王润孝2（1长安大学，西安710064，2西北工业大学，西安710072）摘要：针对四足机器人的结构特点，利用拉格朗日法导出其简化结构多刚体系统的动力学方程组。同时利用adams建立了四足机器人的虚拟样机，采用规划好的步态，对其进行动力学仿真，仿真结果验证了动力学数学建模的正确性及结构设计的可行性，为提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息。关键词：四足机器人；动力学；仿真dynamicanalysisandsimulationonquadrupedrobotzhangjinrong1，wangrunxiao2（chang'anuniversity，xian7100764；northwesternpolytechnicaluniversity，xian710072）abstract：basedonthestructuralcharacteristicsofquadrupedrobot，dynamicequationgroupforsimplified-structureofthequadrupedrobot’smulti-rigidbodysystemiseducedusinglagrangeprinciple.avirtualprototypesisestablishedusingadams，andsimulatedinusingitsplannedgait.simulationresultstestedtheexactnessofdynamicsmodelandtherationalityofstructuredesignaswellasprovidevaluabledatainformationforfurtherresearchonimprovingcontrolqualityofthequadrupedrobot.keyword：quadrupedrobot;dynamics;simulation与传统的轮式、履带式机器人相比，四足机器人有很强的环境适应性和运动灵活性，既可以进入相对狭窄的空间，也可以跨越障碍、上下台阶、上下斜坡甚至在不平整地面上运动，因此，对四足机器人的研究已成为机器人研究领域的重要课题。四足机器人是主动机械装置，每个关节可单独传动。从控制理论的观点来看，机器人系统是个复杂的动力学耦合系统，其数学模型具有显著的非线性和复杂性，而动力学问题又是实现高精度控制与机械设计的基础。[1][2]本文以四足机器人为研究对象，对其进行了动力学建模与仿真，为后续机器人的控制算法提供了数学模型，也为机器人的结构优化设计与关节驱动电机、减速器的选型等提供理论依据。1四足机器人结构设计四足哺乳类动物的每条腿由五段组成，通过与躯干的连接构成五个关节，每个关节至少有一个自由度，这种超冗余自由度使动物的运动极其灵活。但是，在四足机器人的结构设计中，为了降低控制的复杂程度，它的腿部不可能像动物那样具有五段和超冗余自由度。[3]在力求达到机器人运动的灵活性的前提下，对机器人的肢体结构进行合理简化，如图1所示，腿部结构包括侧摆、大腿、小腿三部分，这三部分由直流电机带动其绕各自关节轴摆动，形成侧摆、髋和膝关节，其关节配置形式为全肘式，即前后两对腿全部为肘式关节。由于它的每条腿有三个自由度，所以理论上能同时满足空间三个方向的自由度要求。（a）结构简图（b）机械结构图1四足机器人结构2四足机器人的动力学建模机器人动力学分析常用的方法有牛顿－欧拉方程和拉格朗日法。拉格朗日法是一种功能平衡法，它只需要速度而不必求内作用力，是一种直截了当和简便的方法。本文利用拉格朗日法来分析和求解了三自由度步行足的动力学方程。四足机器人的肢体结构如图2所示，侧摆关节在yoz平面转动，m1、m2和m3分别为侧摆、大腿和小腿的质量，且以腿末端的点质量表示，1、2和3是关节转角，g为重力加速度。图2四足机器人的肢体结构机械系统的拉格朗日动力学方程[3]为tidekekep（1）idtqqiqii为式（1）中，ek为系统的总动能，ep为系统的总势能，qi是为关节的角度坐标，q关节的角速度，ti称为关节力矩。杆件i质心的线速度和角速度可表示成：iii1jliijl（2）vijl1q1jaiqijaq（3）ωija1q式（2）、式（3）中jli和jai分别是与第i个连杆重心位置的平移速度和转动速度相关的雅可比矩阵，则：iii1n（i）t（i）tjl（4）jlq系统的平动动能ek1miq2i11nt（i）t（i）jaiijaq（5）系统的转动动能ek2q2i1系统的总动能为平动动能和转动动能之和，为1n（i）t（i）（i）t（i）tjlqtja）jlqiijaqekek1ek2（miq2i11thq（6）q2式（6）中h由公式（7）获得h系统的总势能为：（mjii1n（i）tl（i）（i）t（i）jljaiija）（7）epmigtr0，i（8）i1n式（8）式中的r0，i是第i根杆件的质心在参考坐标系中的位置由（1）、（6）、（8）式，得各关节力矩tihj1nijjjhijkqjqkmjgtjliq（9）j1k1j1nnnhijk式（9）中，hijqk0.5hjkqi（10）3模型的仿真验证adams（automaticdynamicanalysisofmechanicalsystem）是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件，是目前世界上使用最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件。1）adams仿真模型等效转换adams软件虽然可以实现机械系统的建模过程，但软件所提供的建模工具相对比较简单，对于复杂的机械统，仍需依靠solidworks、pro/e等三维实体造型软件。为了减少仿真的困难，本文根据各个部件的实际情况，对一些附加零件进行简化，简化为由数个刚体组成的刚体模型，同时注意尽量保持跟实物相近的几何外观。简化这些附加零件的办法是在用solidworks软件建立好的完整模型中加入各种零件的材料密度或重心、转动惯量的物理参数，再根据刚体的实体体积，折算出相应的密度，再将这些物理参数加到简化后的模型上。最后将简化后的装配体导入adams。2）施加运动约束、驱动与作用力侧摆、膝关节、髋关节分别用旋转约束副约束，方向与系统实际运动保持一致。四足机器人在爬坡或遇到障碍时，各腿的侧摆关节起到调节机体平衡的作用，为了验证四足机器人在平坦路面行走的动力学特性，假设侧摆关节固定，其余关节采用符合四足哺乳动物肢体运动关系的正弦函数和半波函数驱动。另外，在建立仿真模型时，还做了如下假设：足与地面的摩擦力无穷大，在行走过程中，支撑腿的足端与地面没有滑动；驱动功率满足要求；不考虑关节摩擦。虚拟样机模型如图3所示。图3adams/view中的虚拟样机模型3）仿真结果对于trot步态[4]，即两对对角腿的运动完全对称，选择右前腿和左后腿这一对角腿为例进行分析，它们的髋、膝关节驱动力矩如图（4）~（7）所示。图4右前腿髋关节力矩与关节转角图5右前腿膝关节力矩与关节转角图6左后腿髋关节力矩与关节转角图7左后腿膝关节力矩与关节转角从图（4）~（7）还可以得出如下分析结果。髋关节和膝关节的驱动力在支撑相时大于摆动相；除雅可比奇异状态（摆动相的末端点，j0，仿真图上出现力矩的突变）以外，髋关节的驱动力矩主要集中在25nm的范围内，膝关节的驱动力矩主要集中在50nm的范围内。此外，从拉格朗日动力学方程可以看出，在模型结构参数不变的前提下，驱动力矩与角加速度、角速度有复杂的非线性关系，仿真结果也验证了这一点。4结论1）应用拉格朗日动力学理论建立了四足机器人的动力学模型，为后续机器人的结构优化设计提供了理论依据和为机器人的控制算法提供了数学模型。2）利用先进的动力学仿真软件建立了四足机器人虚拟样机，通过动力学仿真得出各腿髋关节和膝关节的驱动力矩，仿真结果可以为关节驱动电机和减速器的选型等提供依据，同时也验证了数学建模的正确性与结构设计的合理性。参考文献[1]洪嘉振著.计算多体系统动力学.北京：高等教育出版社，2021.[2][德]j.维滕伯格著，谢传锋译.多刚体系统动力学.北京：北京航空学院出版社，1986.[3]王沫楠.基于adams软件两栖仿生机器蟹的动力学建模与仿真[j].哈尔滨工程大学学报，2021，4[4]张秀丽.四足机器人节律运动及环境适应性的生物控制研究[m].清华大学，2021第三篇：自动抄表系统的发展与展望自动抄表系统的发展与展望一、概述：对供电部门和用户来说，人工抄表收费一直是一大难题，而人工收取电费到底难在何处呢。第一，难入户。现在的用户大多不希望被人打搅，而且抄表工作只能在早、晚居民休息时间进行，因而使收费的成功率很低，有时一户需反复多次上门才能收齐电费；第二，人工工资支出高。如1万户电力用户，抄表人员约45～70人，年费用近100万元。随着城市的扩张，抄表员人数及薪资同步增加；第三，抄表工作劳动强度大：由于高层楼房的普及，使抄表成为劳动强度较大的工作。二、自动抄表系统的发展历程：基于以上所述的手工抄表的弊端，只有依靠现代化的自动抄表系统来解决，而自动抄表技术的应用经历了从原始到现代的发展过程，主要分为以下几个阶段：1、从20世纪90年代早期至中期，这一阶段自动抄表系统的数据传输方式主要是485总线、电力线载波自制总线。这几种方式都存在各种不足之处在于：485总线过多的分支造成维护和使用过程中很不方便，通讯可靠性较低。电力线载波，抄表很不连续，能连贯传输数据的系统很少。而这时期的采样方式主要采用脉冲采样和机械采样。系统结构形式主要是：脉冲表＋集中采集器。在协议方面都十分简单，基本只是几条命令。由于电源处理方面的问题采集器多数为外臵式，集中采集，以便降低成本。地址多为单字节。以上各种自动抄表方式工作都不是太理想，个别的有较大的误差。2、从1997～2021年，采样方式多改为磁敏传感，传输方式则以485为主流。485方式下的分支问题则使用集中器、hub解决，此种方式可以较好地正常运转。关于系统结构，多数厂家用增设集中器来解决用户增加的问题。电磁兼容成为这一时期系统的设计难点，因为电表存在瞬时功率脉冲和平均功率脉冲的不同步的问题。位臵识别法在这一时期也有较广泛的应用，因为机械位臵识别的方法有较好的电磁兼容能力，无需电子存储数据，同时也就不存在因为干扰造成数据突变的弊端。也不存在ups电源供电的问题。识别位臵的方式主要有电阻式、红外反射式、条码识别式等等。这种方式对于机械加工及装配精度要求较高，生产过程中成品率较低，而且在读数需进位时读到的数据产生混乱或错误。3、从2021年至今，主流模式是数码表。完善集中抄表系统主要有几大难点：①设计时无统一标准，基本都是各自为政，使产品的普及存在难度；②调试时只靠人为的标识来区别线路，施工中轻易造成混乱；③系统开发商和厂家脱节。由于表的供给商和系统的供给商分离，现阶段对于表具没有统一的标准可以遵循，系统的质量和表具的质量都是良莠不齐，经常出现互相扯皮的现象，影响用户最后的使用；④由于系统环节繁多，导致系统出问题的点比较多，又由于采用集中采集的特点一个地方出现问题可能会导致一大片出问题，因此问题很多。比如，ups电源故障，可能会导致若干个采集器无法计数，可能就有好几十户或者上百户人家需要重新抄表。三、直读表的优势。在这种情况下，直读表应运而生。这种表区别与以往的表的特点是读出的就是数据，而不再是脉冲，相当于把流量计和积算仪集成到一起。因此也有人将它称之为“数码表”。直读表分为两种，分别是脉冲计数式数据远传表和机械位臵识别式直读表。这两种表均比以往的分线制集中抄表系统有很大的优越性，但它们互有优缺点。1、脉冲计数式数据远传表：脉冲计数方式的数据远传表，实际上是将数据采集模块和远程通讯模块集成到表内，将脉冲计数值记录到表内，外界需要读取表读数时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。这种表具一般提供485接口或m-bus接口，在生产制造时，已经将初始值设定完毕。一般情况下不再需要设定初始值。计数远传表优点：电路结构简单，价格比较便宜；对原表结构改动小，不要求有很高的机械精度，安装精度要求不高，因此成品率高；体积小巧，非常轻易嵌入表内；可以记录完整的表头示数，甚至超出表头示数。计数远传表的缺点：内部有电源供电，电源的寿命是否能够满足要求成为质量的关键；对于电路的抗干扰性能要求较高。2、机械位臵识别式直读表：机械位臵识别式直读表是在机械计数器字轮上安装位臵表征元件，在字轮的缝隙中安装位臵读取电路，还有数据处理单元和通讯单元。当外界需要读取数据时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数命令即可读取数据。位臵直读表优点：平时根本无需电源，不用担心电池寿命问题；理论上可与机械计数器同步，无相对误差；理论上抗干扰性好。位臵直读表缺点：电路结构复杂，元件多，电路部分体积较大，成本较高，嵌入表也较困难；对原表结构改动较大，精度要求高，安装精度要求高，因此精度成本高，成品率低，长期应用故障率高；在字轮处于进位状态时，有读数盲区，这时读到的将是乱数，需另一个集中器经常读取数据，系统之外的设备访问时实际读取的是集中器中的数据；为了降低成本，一般只在3个或2个低位字轮上安装位臵检测单元，其它高位数据还需要外部设备如集中器或上位治理机进行识别处理，并仍然需要设臵初始值。四、总结：1、通过上述比较我们发现，事实上计数直读表与位臵直读表互有优缺点，两者的技术实现难点是在电子难度与机械难度方面进行了交换。计数直读表的实现难度是电子方面的低功耗和抗干扰性；位臵直读表的实现难度是零件精度和安装精度。2、由于电子技术的迅速发展，尤其是低功耗、高电磁兼容能力的芯片技术的一日千里的发展已经使2～3年前有难度的问题变得轻易解决，而且是低成本来解决。由于内部采用无干扰的电池供电，只要在硬件方面采取有效的隔离措施，软件方面采用冗余校验的方法，计数直读表的可靠性是完全值得信赖的。目前已有企业开发出了能够嵌入表内的计数抄表模块专门用于远程自动抄表。3、相对来讲位臵直读表的诸多缺点是很难解决的，如进位时的检测盲区是原理性问题，而外部再加一个设备，一方面系统复杂了，另一方面同时也带来了电子实现难度。机械精度提高带来的成本提高是相对大的。市场上的诸多位臵直读表已经由于精度达不到要求出现了很多问题，而且当某位出现问题时，系统在短期内是难以识别的。4、目前自动抄表厂家已经熟悉到，表具必须具备直接输出数据的功能，系统采用总线制结构。分线制系统已逐渐被淘汰。gprs自动抄表系统gprs自动抄表系统工作原理：中国移动gprs系统可提供广域的无线ip连接。在移动通信公司的gprs业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。gprs电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成，利用中国移动现有gprs/gsm网络，电表数据通过中国移动的gprs/gsm网络进行传输。r>居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过485传到电表集中器，电表集中器通过rs232口与gprs透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的gprs数据网络，通过gprs数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时连接。由于gprs通信是基于ip地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配臵固定的ip地址，各个电表数据采集点采用gprs模块和该主机进行通信。电表数据采集点位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由复费率电表首先通过rs485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器，电表集中器再通过rs232接口与gprs透明数据传输终端相连。通过gprs透明数据传输终端内臵嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到gsm网络，通过gprs网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时连接。电表集中器通过rs485接口直接连接到电表上，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。配电中心服务器申请配臵固定ip地址，采用省移动通信公司提供的ddn专线，与gprs网络相连。由于ddn专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。配电中心服务器接受到gprs网络传来的数据后先进行aaa认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。配电中心计算机主机可进行业务治理和计费治理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、治理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。gprs/gsm移动数据传输网络电表集中器采集的数据经gsm网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的gprs无线数据网络进行传输，最终传送到配电中心ip地址。由于gprs通信是基于ip地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配臵固定的ip地址，各个电表数据采集点采用gprs模块和该主机进行通信。5、gprs自动抄表系统的优势：gprs无线电力远程抄表系统具备如下特点：①实时性强。由于gprs具有实时特性，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求；②可对电表设备进行远程控制。通过gprs双向系统还可实现对电表设备进行参数调整、开关等远程操作；③建设成本少低。由于采用gprs的无线公网平台，只需安装设备，无需专门布线；④集抄范围广。gprs覆盖范围广，在无线gsm/gprs网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和治理；⑤数据传送速率高。gprs网络实际数据传输速率在40kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率的需求；⑥通信费用低。采用包月计费方式，运营成本低。6、结语。对于电力部门来说，远程抄表需要投入大量的人力、物力和财力，给收取电费造成极大的不便，而gprs自动抄表系统将成为新世纪比较普及的自动抄表系统之一。论述人：雷芸第四篇：输煤程控系统的自动配煤功能分析与方案设计输煤程控系统的自动配煤功能分析与方案设计发表时间：2021-4-7作者：王建国1，吴建兵2，吕震中1，民学星1摘要：为了提高输煤系统的自动化运行水平，有必要进一步研究输煤程控设计方案。文章介绍了输煤程控系统的现状，分析了自动配煤功能难以实现的原因，阐述了改进的自动配煤设计方案，以某2×330mw燃煤火力发电厂输煤程控系统的运行结果表明，该设计方案的合理性和有效性。文中还提出引言输煤系统为锅炉制粉系统提供燃煤，对机组的安全运行有很大的影响。目前，分散控制系统（dcs）和可编程逻辑控制器（plc）日趋成熟并得到了广泛地应用，许多电厂的输煤程控系统都采用了dcs或plc，实现了设备的远方监控、联锁启停以及设备故障时的自动跳闸等功能。但是，绝大多数电厂的输煤系统仍然不能实现全部工艺流程的程序控制，本文将对输煤程控系统的自动配煤设计进行分析并给出改进的设计方案。一、输煤系统工艺流程输煤系统一般由储煤、上煤、取煤、掺煤、配煤等工艺流程组成：①储煤流程。厂外来煤通过输煤系统的输煤皮带输送到煤场。②上煤流程。厂外来煤通过输煤皮带直接输送到锅炉制粉系统的原煤仓。③取煤流程。将贮藏在煤场的燃煤通过输煤皮带输送到锅炉制粉系统原煤仓。④掺煤流程。将厂外来煤和煤场的储备燃煤掺配在一起，输送到锅炉制粉系统的原煤仓。这样就实现了各种不同煤种的混合掺轧从而适应锅炉的燃烧要求。⑤配煤流程。通过犁煤器或卸料器等将输煤皮带上的燃煤卸载下来，分配到锅炉不同的煤仓。从功能上看，上煤、取煤、掺煤流程都是将原煤输送到锅炉原煤仓，只是源头不同而已。储煤和配煤流程的作用相对独立，储煤流程就是将外来的煤暂时运送到煤场贮存起来，配煤流程则通过犁煤器的抬落及时合理地将输煤皮带上的原煤分配到各个不同的煤也保证可靠连续地供给锅炉。二、输煤程控系统的现状输煤程控系统的现状输煤系统有3种控制方式。程序控制、远方软手操作和就地手动操作。目前，上煤、取煤、掺煤和储煤流程基本能够实现上述3种控制方式。程控时系统按照逆煤流方向逐级自动启动设备，顺煤流方向逐级停运设备;当设备发生故障时，该设备立即跳闸，并按逆煤流方向逐级联锁跳停其他相关设备，故障点以后的设备仍然维持原来的运行状态。但是，大部分电厂的配煤流程只能实现后两种控制方式，即远方软手操和就地手动操作，手动配煤需要运行人员在就地不停地监视各个煤仓的煤位情况，通知集控室操作人员控制犁煤器的抬落。由于输煤现场环境恶劣，手动配煤的安全可靠性低，很容易导致因人为原因而出现堵煤现象，进而引起皮带跳闸、系统停运。若长时间不能恢复，便可能使机组因燃料不足而降低负荷甚至被迫停运[2]。所以配煤流程实现程序自动控制有着极其重要的意义。自动配煤功能没有实现的主要原因是煤仓煤位检测信号不可靠。煤仓煤位信号是优先配煤和终止配煤的依据，所以煤仓煤位的准确测量是程序自动配煤的关键。然而，煤位的测量长期以来一直是个难题，它不像液体那样可以通过测量其静压或差压来确定其液位高低。因为该类容器内一般都存在粉尘污染问题，给料位的检测带来很大的困难。因此，早期采用的各种接触式料位测量装置最终都以失败而告终。近几年随着检测技术和计算机技术的发展，新的料位检测装置很多，己经可以有效地解决煤仓煤位的检测问题，使得自动配煤功能的实现成为可能。自动配煤功能比较复杂，它分顺序配煤、低煤位优先配煤（简称优先配煤）、余煤配煤（简称余煤配）3种方式。顺序配煤就是从一组煤仓中的第一个煤仓开始按顺序对煤仓逐一进行配煤;优先配煤就是优先给低煤位成的煤仓分配一定数量的煤，然后再返回到顺序配绥式;余煤配就是当所有正常运行的煤仓全部配好后：控制系统发出相应的输煤设备停止指令，让上煤、取煤或掺煤流程正常停止，并将残留在各级输煤皮带上的余煤按顺序平均分配到各个煤仓中，直到余煤分配完毕。3种方式之间相互贯穿，随时切换。在顺序配煤期间，系统不仅要有效地控制各仓口犁煤器的抬落，还要实时检测判断各煤仓煤位的高低及煤位检测装置不可靠的影响，同时对出现低煤位的煤仓按时间先后顺序进行排队，以便及时对低煤位煤仓逐一进行优先配煤，优先配煤结束后要保证系统能及时、准确地返回原节点继续进行顺序配煤，这些都是配煤控制方案中的难点。三、自动配煤功能设计方案以某2×330mw的燃煤发电机组输煤控制系统为例，简单介绍其自动配煤功能的实施方案。该工程每台机组有5只原煤仓，2台机组共10只原煤仓，输煤系统分为甲、乙两路。dcs采用上海新华控制工程有限公司的xdps-400系统。3.1煤仓料位计的选型与配置在原煤仓料位计的配置上，设计了两类料位计，一类是模拟量式的连续测量装置，采用的是超声波料位计和雷达波料位计，主要用于料位显示。该类料位计是基于波的反射原理进行工作的，因不直接与被测物质接触，抗污染和干扰性能好，现场实际使用状况比较好。另一类是开关型料位测量装置，采用的是射频导钠式料位开关，主要用于优先配煤控制。料位开关又分低料位开关和高料位开关。低料位开关因为是安装于原煤仓的喉部，喉部较细所以配置一只开关就够了;而高料位开关安装在接近仓口部位，因煤仓口径较大，煤仓四周的料位高低差又很大，所以配置了两只开关，分别安装在同截面圆周相隔180°的两个点上。3.2自动配煤控制方案3.2.1步序控制器（stepid=60）算法说明该模块为设备控制算法提供了组级顺控和子组级顺控逻辑的实现方法。步序逻辑算法可接受上级顺控逻辑或运行人员的启动指令，并将相应设备置为顺控方式。步序的执行既是条件触发的，同时又是时基的。若当前步操作成功即反馈信号到达或达到设定时间且无故障信号时，程序自动进行下一步。顺控逻辑启动后，运行人员可以在任意时刻人工中止程序，或选择跳步、置步。跳步和置步操作在满足设备安全条件下才被执行。每个步序逻辑算法实现不超过8步的设备自动步序逻辑操作，通过级联多个步序逻辑模块，可实现更复杂的顺序控制逻辑。级联时前一个step输出end必须与后一个step的start连接，除了各步指令由相应step输出外，其他所有输出都由第一个step输出;同样，各步的反馈、设定时间及限定时间则由相应step输人或设置，其他输入由第一个step输入。3.2.2控制逻辑说明步序控制模块是自动配煤功能的核心模块。它不仅可以实现顺序配煤，利用其置步控制方式可实现优先配煤功能，而且利用定时器（timerid=56，也称延时模块）的延迟功能及其他条件，还能够同时实现余煤配功能。由于每个步序模块只能完成8个步序控制，故10个煤仓需要采用两个步序模块用级串方式连接起来，实现自动配煤控制。自动配煤控制原理框图如图1所示。当配煤流程选择自动方式，并且末级皮带已经启动时便置位rs触发器，使其输出自动配煤开始信号至步序控制器的启动输入引脚（start），从而触发系统开始自动配煤，即串联的步序控制模块按顺序从第一个煤仓到最后一个煤仓逐一进行燃煤加载，凡是被设置为检修或被设置为尾仓后面的煤仓则禁止进煤，程序将自动跳过这些煤仓，其他煤仓正常配煤，直到出现高料位信号或到达步序设定时间（1200s）后，转到下一个煤仓进行配煤。当一个周期执行完毕后，第二个步序控制器的步序输出端（end）输出由"0"变为"1"，而该输出同时连接到rs触发器的复位端（r）和两个步序控制器的复位端（rst），使步序控制器和rs触发器同时被复位，故rs触发器和第二个步序控制器输出端便由"1"变为"0"。此后，因rs触发器触发端仍然为"1"，所以rs触发器再一次发出一个上升沿触发信号（即自动配煤开始信号），从而触发系统进行下一个周期的自动配煤。如此反复，不停的按照先后顺序对各个煤仓进行燃煤加载，直至所有正常运行的煤仓全部加满后，自动转人余煤配方式。同时，请求停止相应的上煤、取煤或掺煤流程，将输煤皮带上残余的煤平均分配到各个煤仓中。余煤配方式下程序按照顺序配煤方式对每个煤仓加载60s，直至输煤皮带上所有煤全部配完为止。考虑到配煤开始或顺序配煤期间，可能有多个煤仓出现煤位低信号（mcld~mclod），本方案采用开关首出序号指示模块（firstid=63），将这些信号按其时间先后顺序进行排队，然后发出最先出现低煤位的煤仓序号（端口y）和优先配煤请求信号（端口d）。此时，一方面，将这两个信号同时送至无扰切换模块（sftid=32）。无扰切换模块接受到优先配煤请求信号后，立即将输出由增强型模拟软手操器（es/maid=77）传输过来的顺序配煤煤仓序号切换为需要优先配煤的煤仓序号，并将该序号作为步序号传给步序控制模块的置步输入端（tmode），如果是1至8号仓，则对前一个步序控制器置步;若为9或10号仓则将序号减8后对后一个步序控制器置步；另一方面，优先配煤请求信号经过0.5s，延迟后作为步序控制模块的置步允许（track）信号，触发步序控制模块执行置步控制，从而实现优先配煤功能。此外，为保证优先配煤结束后，程控系统能及时、准确地返回原节点继续进行顺序配煤，优先配煤请求信号还被立即送给增强模拟软手操器，激发其跟踪记忆功能，将当前执行的步序储存在增强型模拟软手操器的输出端y中。在优先配煤方式下，低煤位信号消失后需持续对该煤仓进行燃煤加载一定时间（初步设定为lomin）后，再转入下一个煤仓，或切换到顺序配煤方式，以防煤位低信号反复出现，配煤方式频繁切换。四、结束语本文介绍了某2×330mw燃煤火力发电厂输煤程控系统的设计方案。该系统不仅实现了储煤、上煤、取煤、掺煤、配煤各流程的自动控制，而且能够对各种运行的设备状态数据进行实时采集、动画监控、实时报警以及对历史数据的维护和管理等。运行结果表明系统设计合理，功能完善，可靠性高，圆满完成了预定的技术指标。但是，运行过程中，也发现这些需要完善的地方，因此建议如下：（1）建议在配煤监控画面上增加儿个配煤时间设置窗口，包括煤仓低料位信号消失后煤仓持续配煤时间、余煤配各个煤仓每次的配煤时间等，便于运行操作人员根据实际运行状况进行实时修改，更好地适应生产需要。目前，这些时间参数都是由系统维护工程师在控制软件中进行设置的。（2）建议能够选购或由传感器生产厂家设计出更为可靠的煤流检测装置，对末级输煤皮带上的煤流进行实时可靠的检测，保证双余的煤一旦全部加载到煤仓后，配煤流程立即结束。而目前是利用时间来控制的，即进入余煤配600s以后，配煤流程才能结束，往往出现皮带空走，或时间不足少量原煤残留在皮带上的现象。（3）建议取消料位开一检测装置，全部采用模拟量式的料位检测装置进行测量控制。因为料位开关工作不可靠且不够直观，动作失灵时运行人员不易发现而导致控制失灵，并且目前工作可靠的料位开关较少，其可靠性远不如超声波和雷达波料位计。而模拟量式料位计一旦发生故障则很容易发现，且料位高低报警点设置修改方便，同时也可以降低投资。第五篇：plc与变频器系统控制的自动恒压供水系统plc与变