機(jī)電系統(tǒng)3.1介紹這章是處理有關(guān)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和機(jī)電模型的。這些機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能之間的能量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的。機(jī)電系統(tǒng)的這個(gè)模型很重要,因?yàn)樗麄兪谴蠖鄶?shù)控制系統(tǒng)的重要組成。特別注意的是有持續(xù)直流場(chǎng)的電動(dòng)機(jī),是許多控制系統(tǒng)的基本的結(jié)構(gòu)。這一個(gè)電動(dòng)機(jī)被一個(gè)簡(jiǎn)單的模型描述,而且它可以直接地控制馬達(dá)的扭矩。因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)的重要和簡(jiǎn)易，所以這章從介紹直流電動(dòng)機(jī)的模型開(kāi)始,而且呈現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)典型的負(fù)載組態(tài)。然后根據(jù)機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)換的一般理論挑選主題并且強(qiáng)調(diào)在能功能上的一起呈現(xiàn)。提供給我們的必需的背景來(lái)源于有關(guān)電動(dòng)機(jī)的比較先進(jìn)的模型。這包括一般的交流電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的模型。3.2電動(dòng)機(jī)3.21介紹電動(dòng)機(jī)在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)不動(dòng)的部分被稱為定子。電動(dòng)機(jī)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部分叫做轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子被固定在馬達(dá)的負(fù)載軸上。轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)是由電磁洛侖茲力作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的馬達(dá)扭矩決定的。洛侖茲力的產(chǎn)生有許多不同的方法，而電動(dòng)機(jī)的特性是由洛侖茲力的產(chǎn)生方法決定的。電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的扭矩能精確地被控制，所以直流電動(dòng)機(jī)很適合應(yīng)用軟件控制。然而，最近在動(dòng)力電子學(xué)方面的發(fā)展,已經(jīng)使交流電動(dòng)機(jī)的扭矩也能被控制，從而使交流電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在也用于精確控制。關(guān)于電動(dòng)機(jī)的基本參考是(費(fèi)茲杰羅，Kingsley和Umans1983)，而一本包括控制方法的比較先進(jìn)的教科書(shū)是(Lenhard1996)。3.2.2基本的方程式一個(gè)回轉(zhuǎn)式的電動(dòng)機(jī)有一個(gè)隨著角速度旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)軸，而且有一些設(shè)備來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)扭矩T使得電動(dòng)機(jī)軸有如下的等式：Jmm=T-TLTL是作用在軸上的負(fù)載扭矩。從軸傳到電動(dòng)機(jī)上的機(jī)械力是Pm=Tm而傳遞到負(fù)載上的機(jī)械力是PL=TLm馬達(dá)軸動(dòng)力學(xué)可以被描述為一個(gè)帶有T效應(yīng)和輸入端流量m以及TL效應(yīng)和輸出端流量m的四端口。不同的電動(dòng)機(jī)是以馬達(dá)扭矩T是如何產(chǎn)生的為特點(diǎn)的。在電動(dòng)機(jī)中扭矩取決于電磁力在液壓馬達(dá)中受壓液體的壓力，而在渦輪中扭矩是取決于流動(dòng)液體的流量m變化所產(chǎn)生的力。馬達(dá)的轉(zhuǎn)速通常是用轉(zhuǎn)每分鐘來(lái)描述的。關(guān)系到SI單位rad/s是sradsradrev105.0602min13.2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型一個(gè)電動(dòng)機(jī)通常的轉(zhuǎn)速是從0到每分鐘3000轉(zhuǎn)。專門(mén)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到每分鐘12000轉(zhuǎn)。和這個(gè)相比教，汽車引擎一般是每分鐘800-6000轉(zhuǎn)。對(duì)于許多應(yīng)用方out,Toutin,Tin面來(lái)講，負(fù)載所要求的速度是低于馬達(dá)的轉(zhuǎn)速的，而且必須還要設(shè)置一個(gè)減速箱。這就使得負(fù)載可以有一個(gè)相對(duì)較低的轉(zhuǎn)速，更重要的是，它提供了一個(gè)更高的扭矩。帶有傳動(dòng)定額n(圖3.1)的一個(gè)減速裝置可以被描述為out=ninTin是作用在這個(gè)裝置的輸入端的軸的角速度，Tout是作用在裝置輸出端的軸的角速度。對(duì)于n1的減速裝置，而且裝置的額定配額是10的話，則n1/10。輸入扭矩和輸出扭矩的關(guān)系可以通過(guò)比較這個(gè)裝置的輸入動(dòng)力和輸出動(dòng)力來(lái)得出。假設(shè)這是一個(gè)無(wú)損耗的裝置，那么輸入的動(dòng)力就應(yīng)該等于輸出的動(dòng)力Tinin=Toutout帶入out的表達(dá)式，我們得出Tout=n1Tin這也就是說(shuō)一個(gè)減速裝置可以使速度減少到原來(lái)的1/10，而扭矩被放大到原扭矩的10倍。一個(gè)帶有比率n的減速裝置可以被描述為一個(gè)作用在輸入端的變量Tin和變量in以及作用在輸出端的變量Tout和變量out的二端對(duì)out=ninTout=n1Tin3.2.4電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)m,TLJmTLJL例如一個(gè)帶有如下等式的電動(dòng)機(jī)，Jmm=T-TL這個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)比率為n的減速裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載。可以得出負(fù)載軸的角速度為L(zhǎng)=nm,通過(guò)減速裝置的輸出扭矩TL/n來(lái)驅(qū)動(dòng)。負(fù)載的慣性量是JL，假設(shè)作用在負(fù)載上的外部扭矩為T(mén),則計(jì)算負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方式的等式為JLL=n1TL-Te如果負(fù)載方程式(3.11)被n乘并且加到電動(dòng)機(jī)(3.10)的方程式,那么得出的就是馬達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式的等式。相應(yīng)的，電動(dòng)機(jī)的等式可以除以n然后加到負(fù)載等式上。這將會(huì)得出負(fù)載系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式等式。總結(jié):電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和馬達(dá)的負(fù)載的方程式是(Jm+n