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等速万向节驱动轴总成功能测试台的建模与仿真研究

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目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题来源和意义

1.2 等速万向节总成简介

1.2.1 等速万向节的传动原理及应用

1.2.2 等速万向节总成

1.3 等速万向节测试技术概述

1.3.1 等速万向节测试指标

1.3.2 等速万向节测试技术的发展与研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 测试台结构与功能分析

2.1 测试台的总体概述

2.2 测试台的结构分析

2.2.1 支架与台面结构简介

2.2.2 固定端传动系统结构简介

2.2.3 滑移端传动系统结构简介

2.3 测试台伺服系统的选择

2.3.1 伺服系统的简介

2.3.2 伺服系统的发展概况

2.3.3 测试台伺服系统的选择

2.4 测试台的功能分析

2.4.1 测试台的技术指标

2.4.2 固定端的测试项目及测试方法

2.4.3 滑移端的测试项目及测试方法

2.5 本章小结

第三章 测试台机械传动机构的建模及相关计算

3.1 机械传动系统的动力学模型

3.1.1 齿轮传动机构的模型

3.1.2 定轴传动机构的模型

3.1.3 丝杆螺母传动机构的模型

3.1.4 同步皮带轮传动机构的模型

3.2 测试台相关参数的计算

3.2.1 固定端摆动机构的质量估算

3.2.2 飞轮转矩GD~2 的计算

3.3 本章小结

第四章 永磁同步电机控制策略的选择

4.1 永磁同步电机的基本模型

4.1.1 永磁同步电机的物理模型

4.1.2 永磁同步电机中的坐标系

4.1.3 永磁同步电机在dq 坐标系下的数学模型

4.2 矢量控制策略

4.2.1 i_d= 0 控制策略

4.2.2 i_d= 0 控制方案的实现

4.3 直接转矩控制策略

4.3.1 直接转矩控制的原理

4.3.2 直接转矩控制的特点

4.3.3 直接转矩控制的实现方法

4.4 矢量控制与直接转矩控制的比较分析

4.5 基于直接控制法的伺服系统建模

4.5.1 定子电压矢量的选择

4.2.2 直接转矩控制的模型

4.6 本章小结

第五章 基于直接转矩控制的测试台仿真分析及优化

5.1 永磁同步电机仿真模型的建立

5.1.1 MATLAB/Simulink 仿真软件的简介

5.1.2 测试台仿真模型的建立

5.2 测试台的仿真分析

5.3 直接转矩控制方法的改进

5.3.1 模糊控制理论

5.3.2 模糊控制器原理

5.3.3 模糊控制器的设计

5.3.4 基于模糊控制器的测试台仿真

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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摘要

等速万向节总成驱动轴是汽车传动装置的重要组成部分,协调汽车在各种行驶条件下所必需的牵引力与车速,并保证汽车左右驱动车轮能适应差速要求。其工作性能的好坏及可靠性直接影响到汽车驾驶的安全性、平稳性和舒适性,故必须在使用前对其进行严格的性能测试。但目前的检测设备测试性能不全面,只能进行一项或某几项检测的测试台,如静扭试验台、扭转疲劳试验台、磨损试验台、摆角摆矩检测仪、力矩性能检测仪、周期循环寿命试验台等,不能保证等速万向节总成产品的质量,而且会引起试验台的重复开发,浪费大量的人力物力。本文在遵循国家相关标准的基础上,对等速万向节总成性能参数进行归纳与总结,根据测试参数的具体特点,选择适宜的参数获取方式,研制出了等速万向节总成功能测试台。阐述了等速万向节总成功能测试台的结构、测试参数以及测试方法,并从机械机构和伺服系统两方面对等速万向节驱动轴总成功能测试台进行分析介绍。分析了机械系统中传动系统的传动方式,并在查阅了大量国内外相关文献的基础上,分别建立了齿轮传动机构、定轴传动机构、丝杠螺母传动机构和同步皮带轮传动机构的简化力学模型,并推导得到了对应的传递函数,给出了控制框图。同时,分析了矢量控制和直接转矩控制的原理和特点,以及采用不同控制时的优缺点。最后,采用直接转矩控制法搭建了永磁同步电机的仿真模型,并进行了大量的仿真研究以解决实际测试过程中产生的摆角和摆矩测量数值不稳定的现象。仿真结果表明,除去工件本身的因素,负载的变化和电机响应速度对测试结果都有很大影响。根据仿真结果提出了两种改进措施,一是减轻摆动台重量,从而可以降低负载;二是提高电机的控制精度。后者本文采用模糊控制的方法来实现。仿真后表明,模糊控制可以有效地提高电机响应速度,降低转矩脉动,使电机获得更好的控制效果,为测试台的设计以及性能的改进提供了理论依据。

著录项

  • 作者

    王阿明;

  • 作者单位

    上海交通大学;

  • 授予单位 上海交通大学;
  • 学科 机械制造及其自动化
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 郭常宁;
  • 年度 2010
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U467.523;
  • 关键词

    等速万向节; 伺服系统; Simulink仿真; 模糊控制;

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