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工程设计学报
工程设计学报  2023, Vol. 30 Issue (5): 608-616    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.067
可靠性与保质设计     
双异步电机驱动双质体振动系统同步滑模控制
余乐1,2(),侯勇俊2,赵永强1,汪玉琪1
1.陕西理工大学 工程训练中心，陕西 汉中 723001
2.西南石油大学 机电工程学院，四川 成都 610500
Synchronous sliding mode control of double-mass vibration system driven by two asynchronous motors
Le YU1,2(),Yongjun HOU2,Yongqiang ZHAO1,Yuqi WANG1
1.Engineering Training Center, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China
2.School of Mechatronic Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China
 全文: PDF(2855 KB)   HTML
摘要：

针对2个异步电机安装在2个不同质体上的振动系统在部分参数条件下不能同步运转或同步相位差不满足设计要求的问题，提出采用主从控制结构和滑模控制算法对异步电机进行矢量控制，以使振动系统实现0或π相位差的同步运转。首先，基于拉格朗日方程建立了振动系统的运动微分方程，并推导了其固有频率的表达式。然后，设计了振动系统异步电机的控制器，并分别证明了其稳定性。最后，在MATLAB/Simulink环境中建立了振动系统的机电-控制仿真模型，开展了自同步和控制同步仿真并进行了对比。结果表明：所设计的控制器可使振动系统实现0或π相位差的同步运转。研究结果可为双异步电机驱动双质体振动系统的研制提供参考。
关键词： 异步电机;  双质体振动系统;  同步运转;  滑模控制    
Abstract:

Aiming at the problem that the vibration system with two asynchronous motors installed on two different mass bodies cannot run synchronously or the synchronous phase difference does not meet the design requirements under the condition of some parameters, the vector control for asynchronous motors is proposed by using master-slave control structure and sliding mode control algorithm, so that the vibration system can implement 0 or π phase difference synchronous operation. Firstly, the motion differential equations of the vibration system were established according to the Lagrange equation, and the natural frequency expressions were derived. Then, the controllers for asynchronous motors in the vibration system were designed and their stability was proved respectively. Finally, the electromechanical-control simulation model of the vibration system was established in MATLAB/Simulink environment, and the self-synchronization and control synchronization simulation were carried out and compared. The results showed that the designed controllers could make the vibration system implement 0 or π phase difference synchronous operation. The research results can provide reference for the development of double-mass vibration system driven by two asynchronous motors.
Key words: asynchronous motor    double-mass vibration system    synchronous operation    sliding mode control
收稿日期: 2023-03-31 出版日期: 2023-11-03
CLC:  TH 113  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(51074132);陕西省教育厅专项科研计划项目(21JK0557)
作者简介: 余 乐（1989—），男，陕西汉中人，工程师，博士生，从事机械系统动力学、振动利用与控制工程等研究，E-mail: len1166@126.com，https://orcid.org/0000-0001-5176-4105
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余乐
侯勇俊
赵永强
汪玉琪

引用本文:

余乐,侯勇俊,赵永强,汪玉琪. 双异步电机驱动双质体振动系统同步滑模控制[J]. 工程设计学报, 2023, 30(5): 608-616.

Le YU,Yongjun HOU,Yongqiang ZHAO,Yuqi WANG. Synchronous sliding mode control of double-mass vibration system driven by two asynchronous motors[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2023, 30(5): 608-616.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.067    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2023/V30/I5/608

图1  双质体振动系统的动力学模型
参数量值
振动体质量M1、M248.45 kg
振动体转动惯量Jz1、Jz25 kg·m2
中间弹簧Y向刚度ky110~2 000 kN/m
下质体弹簧Y向刚度ky2500 kN/m
中间弹簧Y向阻尼fy110~2 000 N·s/m
下质体弹簧Y向阻尼fy2500 N·s/m
偏心转子质量mo1、mo23 kg
偏心转子等效半径r1、r20.02 m
异步电机转轴的转动惯量Jo1、Jo20.01 kg·m2
表1  双质体振动系统的参数
参数量值
电压220 V
频率50 Hz
极对数2
转子的电阻0.54 Ω
定-转子互感0.13 H
定子电感0.20 H
转子电感0.20 H
表2  异步电机的参数
图2  异步电机的矢量控制原理
图3  不同弹簧刚度下双质体振动系统的相位差仿真结果
图4  ky1=443 kN/m时双质体振动系统的自同步仿真结果
图5  ky1=1 062 kN/m时双质体振动系统的自同步仿真结果
图6  ky1=443 kN/m时双质体振动系统的控制同步仿真结果
图7  ky1=1 062 kN/m时双质体振动系统的控制同步仿真结果
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