两端驱动带式输送机优化协调控制与实验研究
发布时间：2021-02-04 10:10
带式输送机是散状材料的核心运输装备,在诸多工业领域得到了广泛应用,具有运料种类广、运输量大、运输效率高、造价低等特点。随着我国工业的发展,长距离、高带速、大运量的高性能大型带式输送机的应用数量日益提升。为了满足生产和运输的高需求,许多大型带式输送机采用两端驱动。带式输送机在运行过程中,两端驱动电机之间存在转速和转矩不同步现象,这可能损害带式输送机的组成部件,减少其使用寿命,甚至会造成安全事故。各驱动电机之间的协调控制是带式输送机安全平稳运行的关键。因此,研究两端驱动带式输送机的协调控制方法具有重要的理论意义和实际价值。本文主要工作归纳如下:1.建立两端驱动带式输送机的数学模型。首先,利用Kevin-Voigt等效模型描述输送带的粘弹性,通过有限元分析法建立整体输送带的动力学模型;然后,使用刚度因子和阻尼因子刻画两端驱动电机-减速齿轮箱-联轴器之间的运动状态,基于矢量解耦的单台驱动电机模型建立两端驱动带式输送机整体数学模型;最后,通过仿真验证系统模型的合理性。2.基于所建立的系统模型,以最小化单台驱动电机的转速跟踪误差、两端驱动电机之间的转速同步误差和q轴电流（转矩）同步误差为控制目标,...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单台永磁同步驱动电机双闭环矢量控制结构图
工程硕士专业学位论文12分析法[64]。牛顿分析法忽略了输送带粘弹性，不能描述其完整的动态特性；波动分析法对输送带的边界条件要求过高，涉及复杂的逻辑判断，且偏微分波动方程难以求解；有限元分析法利用离散元的思想，将输送带分解为若干微元段，每个微元段都可以反映输送带的动态特性。有限元分析法具有精度高、求解简单、适应性强等优点，在工程界被广泛应用，故本文应用有限元分析法对输送带进行建模分析。用有限元分析法将输送带分割成有限个微元段，其中输送带的承载段和回程段一共被分为n段，张紧装置同样被等效成一个微元段，每个微元段用Kevin-Voigt模型来描述输送带的粘弹特性。同时，每个微元段的输送带、托辊、物料的总质量用一个等效质量元件表示，因此输送带的动力学模型就由一系列的理想弹性元件、理想粘性元件和等效质量元件组成，如图2-6所示：图2-6输送带的有限元模型Figure2-6Thefiniteelementmodelofconveyorbelts将长度为L的输送带共分为n段，承载段上分支标号为1,2,3,...,j1,j；回程段下分支标号为j1,j2,...,n1,n；拉紧装置的编号为t。根据牛顿第二运动定律，第1个微元段可以描述为[65]：11211121211121211dndnFJmsksskssrcsscssff(2-16)第2个到第j个微元段可以描述为：111111,2,,iiiiiiiiiiiiiiimskssksscsscssfij(2-17)第j1个微元段可以描述为：
工程硕士专业学位论文14段托辊质量；R2m为单位长度回程段托辊质量；iL为第i个微元段长度；为动摩擦因数；sgn为符号函数。2.2.2双电机两端驱动齿轮轴传动系统数学模型本文研究如图2-7所示的双电机两端驱动带式输送机，两台驱动电机分别位于带式输送机的两端，驱动电机通过减速箱、传动轴、联轴器连接驱动滚筒，滚筒通过摩擦力带动输送带运行。通常减速箱可以简化为大小齿轮组[66]，它与传动轴、驱动滚筒构成了齿轮轴传动系统。在模型中使用刚度系数和阻尼系数来表征减速齿轮箱中大小齿轮的接触点；使用扭转刚度系数和扭转阻尼系数来模拟减速齿轮箱和驱动滚筒之间联轴器的运动状态[67]。图2-7两端驱动带式输送机齿轮轴传动系统结构图Figure2-7Structurediagramofthegearshafttransmissionsystemofboth-enddrivenbeltconveyors通常驱动电机与减速齿轮箱之间的传动轴长度较短，传动轴上动态连接特性可以忽略，可将驱动电机与其相连减速箱中的小齿轮看成整体[68]，如图2-7所示。当忽略齿轮间隙的情况下，有1122mpmp(2-25)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RCP开发的PMSM驱动系统实验平台设计[J]. 何少佳,张奎庆,孙天夫,潘家栋,杨日阳. 制造技术与机床. 2020(02)
[2]多点驱动带式输送机功率平衡机制研究[J]. 周保平,祖海军,孙占成,顾根龙. 煤矿机械. 2020(01)
[3]煤矿带式输送机变频驱动系统设计[J]. 郑海峰. 机电工程技术. 2019(11)
[4]基于快速原型控制器的过程控制实验平台[J]. 代伟,张政煊,夏振兴,常俊林. 实验技术与管理. 2019(11)
[5]柔性联接双电机系统的滑模协调控制[J]. 孟凡仪,王众,黄新利,杨春雨. 中国科技论文. 2019(11)
[6]基于小波神经网络PID的永磁同步电机转速控制[J]. 霍召晗,许鸣珠. 电机与控制应用. 2019(11)
[7]带式输送机多电机功率平衡系统研究方向及发展趋势[J]. 孙蕾. 内燃机与配件. 2019(18)
[8]双电机同步交叉耦合PID控制器的设计与试验验证[J]. 刘大伟,高钦和,陈志翔,牛海龙. 电机与控制应用. 2019(09)
[9]模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用发展综述[J]. 常勇,包广清,杨梅,杨巧玲. 电机与控制应用. 2019(08)
[10]基于RCP的嵌入式快速开发及半实物仿真技术[J]. 黄雨可,徐军,虞江航. 电子技术应用. 2019(06)
博士论文
[1]带式输送机纵向振动特性研究[D]. 庞晓旭.太原理工大学 2015
[2]矿井煤流输送系统优化控制关键技术研究[D]. 王中华.中国矿业大学 2014
[3]高性能永磁同步电机控制方法的研究[D]. 张文娟.湖南大学 2014
[4]奇异摄动系统的鲁棒控制[D]. 梅平.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]长距离带式输送机多点驱动协同控制研究[D]. 高润东.太原理工大学 2019
[2]耦合双永磁同步电机系统优化协调控制[D]. 孟凡仪.中国矿业大学 2019
[3]带式输送机动态特性仿真分析与实验研究[D]. 刘点点.太原理工大学 2018
[4]胶带机多机平衡控制研究[D]. 万茸.西安科技大学 2017
[5]多机双端驱动带式输送机的功率平衡策略及应用研究[D]. 张康.合肥工业大学 2016
[6]多电机系统协同控制研究[D]. 高德超.济南大学 2015
[7]带式输送机动态特性研究[D]. 蔡晓东.辽宁工程技术大学 2014
[8]长距离带式输送机多电机驱动功率平衡的研究[D]. 王广阔.合肥工业大学 2011
本文编号：3018140
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单台永磁同步驱动电机双闭环矢量控制结构图
工程硕士专业学位论文12分析法[64]。牛顿分析法忽略了输送带粘弹性，不能描述其完整的动态特性；波动分析法对输送带的边界条件要求过高，涉及复杂的逻辑判断，且偏微分波动方程难以求解；有限元分析法利用离散元的思想，将输送带分解为若干微元段，每个微元段都可以反映输送带的动态特性。有限元分析法具有精度高、求解简单、适应性强等优点，在工程界被广泛应用，故本文应用有限元分析法对输送带进行建模分析。用有限元分析法将输送带分割成有限个微元段，其中输送带的承载段和回程段一共被分为n段，张紧装置同样被等效成一个微元段，每个微元段用Kevin-Voigt模型来描述输送带的粘弹特性。同时，每个微元段的输送带、托辊、物料的总质量用一个等效质量元件表示，因此输送带的动力学模型就由一系列的理想弹性元件、理想粘性元件和等效质量元件组成，如图2-6所示：图2-6输送带的有限元模型Figure2-6Thefiniteelementmodelofconveyorbelts将长度为L的输送带共分为n段，承载段上分支标号为1,2,3,...,j1,j；回程段下分支标号为j1,j2,...,n1,n；拉紧装置的编号为t。根据牛顿第二运动定律，第1个微元段可以描述为[65]：11211121211121211dndnFJmsksskssrcsscssff(2-16)第2个到第j个微元段可以描述为：111111,2,,iiiiiiiiiiiiiiimskssksscsscssfij(2-17)第j1个微元段可以描述为：
工程硕士专业学位论文14段托辊质量；R2m为单位长度回程段托辊质量；iL为第i个微元段长度；为动摩擦因数；sgn为符号函数。2.2.2双电机两端驱动齿轮轴传动系统数学模型本文研究如图2-7所示的双电机两端驱动带式输送机，两台驱动电机分别位于带式输送机的两端，驱动电机通过减速箱、传动轴、联轴器连接驱动滚筒，滚筒通过摩擦力带动输送带运行。通常减速箱可以简化为大小齿轮组[66]，它与传动轴、驱动滚筒构成了齿轮轴传动系统。在模型中使用刚度系数和阻尼系数来表征减速齿轮箱中大小齿轮的接触点；使用扭转刚度系数和扭转阻尼系数来模拟减速齿轮箱和驱动滚筒之间联轴器的运动状态[67]。图2-7两端驱动带式输送机齿轮轴传动系统结构图Figure2-7Structurediagramofthegearshafttransmissionsystemofboth-enddrivenbeltconveyors通常驱动电机与减速齿轮箱之间的传动轴长度较短，传动轴上动态连接特性可以忽略，可将驱动电机与其相连减速箱中的小齿轮看成整体[68]，如图2-7所示。当忽略齿轮间隙的情况下，有1122mpmp(2-25)
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RCP开发的PMSM驱动系统实验平台设计[J]. 何少佳,张奎庆,孙天夫,潘家栋,杨日阳. 制造技术与机床. 2020(02)
[2]多点驱动带式输送机功率平衡机制研究[J]. 周保平,祖海军,孙占成,顾根龙. 煤矿机械. 2020(01)
[3]煤矿带式输送机变频驱动系统设计[J]. 郑海峰. 机电工程技术. 2019(11)
[4]基于快速原型控制器的过程控制实验平台[J]. 代伟,张政煊,夏振兴,常俊林. 实验技术与管理. 2019(11)
[5]柔性联接双电机系统的滑模协调控制[J]. 孟凡仪,王众,黄新利,杨春雨. 中国科技论文. 2019(11)
[6]基于小波神经网络PID的永磁同步电机转速控制[J]. 霍召晗,许鸣珠. 电机与控制应用. 2019(11)
[7]带式输送机多电机功率平衡系统研究方向及发展趋势[J]. 孙蕾. 内燃机与配件. 2019(18)
[8]双电机同步交叉耦合PID控制器的设计与试验验证[J]. 刘大伟,高钦和,陈志翔,牛海龙. 电机与控制应用. 2019(09)
[9]模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用发展综述[J]. 常勇,包广清,杨梅,杨巧玲. 电机与控制应用. 2019(08)
[10]基于RCP的嵌入式快速开发及半实物仿真技术[J]. 黄雨可,徐军,虞江航. 电子技术应用. 2019(06)
博士论文
[1]带式输送机纵向振动特性研究[D]. 庞晓旭.太原理工大学 2015
[2]矿井煤流输送系统优化控制关键技术研究[D]. 王中华.中国矿业大学 2014
[3]高性能永磁同步电机控制方法的研究[D]. 张文娟.湖南大学 2014
[4]奇异摄动系统的鲁棒控制[D]. 梅平.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]长距离带式输送机多点驱动协同控制研究[D]. 高润东.太原理工大学 2019
[2]耦合双永磁同步电机系统优化协调控制[D]. 孟凡仪.中国矿业大学 2019
[3]带式输送机动态特性仿真分析与实验研究[D]. 刘点点.太原理工大学 2018
[4]胶带机多机平衡控制研究[D]. 万茸.西安科技大学 2017
[5]多机双端驱动带式输送机的功率平衡策略及应用研究[D]. 张康.合肥工业大学 2016
[6]多电机系统协同控制研究[D]. 高德超.济南大学 2015
[7]带式输送机动态特性研究[D]. 蔡晓东.辽宁工程技术大学 2014
[8]长距离带式输送机多电机驱动功率平衡的研究[D]. 王广阔.合肥工业大学 2011
本文编号：3018140
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