Mode switching control strategy of dual motors coupled driving on electric vehicles

Based on analyzing the structure and working principle on electric vehicles （EVs） with dual motors coupled by planetarY gears, the control strategy of mode switching was proposed. The power interruption problem on EVs with automatic mechanical transmission （AMT） shifting was resolved. Based on the speed-torque characteristics of the planetary gears and the principle of the auxiliary motor＇ s zero speed braking, control features of mode switching were introduced. The mode shifting between the main motor mode and dual motors coupled driving were studied. Matlab/Simulink was adopted as a platform to develop the simulation model of EVs with dual motors drive system and 3 gears AMT. Simulation results demonstrated that the power interruption of dual motors drive system was solved during mode switching. The power requirements of EVs were satisfied, too.

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

基于循环工况的电动汽车双电机驱动系统协同优化设计

双电机优化设计需要考虑双电机系统的耦合运行,在传统优化方法中多采用估计效率Map的方法得到双电机系统最优的转矩分配系数。然而在高效电机优化设计中无法忽视估计法带来的误差。此外不同工况下电机的控制策略也不同。为了提高双电机驱动系统全工况运行效率,本文基于两种循环工况,系统地提出了一种电动汽车双电机协同优化设计方法。首先通过参数匹配获得了初代电机参数,接着提出了基于半解析模型的电机效率Map计算方法。基于此方法研究了不同工况下双电机系统的最优转矩分配和控制策略。然后基于粒子群算法,考虑电机不同工况下的控制策略对双电机本体参数进行了全工况优化。最后搭建了半实物实验平台,仿真和实验结果表明,所提优化方法能够提高双电机驱动系统的运行效率。

双三相永磁同步电动机驱动器全开路故障模式的诊断方法

准确地对驱动器开路故障进行识别与诊断能够有效防止故障进一步恶化所引起的严重事故,也是实施恰当容错控制策略的先决条件。驱动器的开路故障类型包含单个功率开关管故障、多个功率开关管故障以及功率开关管和相的混合故障,提出能够识别上述所有类型全开路故障模式的诊断方法。首先,为了便于模拟多类型的故障场景并提高理论模型的计算精度,构建能够计及诸多非理想因素和电机与驱动器之间相互影响关系的直接耦合分析模型,并通过实验验证了该模型的准确性和有效性。其次,通过矢量空间解耦中的子平面电流和绕组相电流分别提取故障因子和辅助故障因子,提出基于2种故障因子的诊断方法,并明晰2种故障因子的阈值范围和使用方法。最后,依托验证后的直接耦合分析模型,对6种不同类别的开路故障进行识别和诊断,证明所提方法的有效性。

复杂工况条件下刮板输送机永磁半直驱系统机电耦合特性研究

提出一种由永磁同步电机和行星减速器组成的刮板输送机永磁半直驱系统。基于Adams和Matlab/Simulink搭建刮板输送机机械系统多体动力学模型和永磁半直驱控制系统模型,完成机电耦合系统的联合仿真。对刮板输送机空载、轻载和重载等多种工况进行仿真分析,得到各工况下永磁电机的输出特性和刮板输送机的动力学特性。研究结果表明:永磁半直驱系统能够实现低速大扭矩的快速输出,转速输出波动小,转矩输出具有良好的跟随性;永磁半直驱系统具有良好的启动性能和传动平稳性。刮板输送机机头转速、链环速度、链条张力在链轮多边形效应影响下呈周期性波动,受多边形效应影响链环在啮合过程中发生滑移,使得接触力呈波动变化,负载转矩和链条张力的波动随负载增大而加剧,随链轮转速增大而增大。

综掘机截割部混合动力系统的设计与仿真分析

为解决综掘机传动动力传动系统在遇到煤岩条件突变工况时对系统零部件冲击较大且能量利用率低的问题,提出了混合动力传动系统的总体方案,并根据实际工况具体设计了液压系统中蓄能器和液压马达的选型,机械系统中扭矩耦合齿轮的参数;基于AMESim软件对混合动力传动系统的性能进行了验证,达到了预期的效果。

基于磁-热双向耦合的电动拖拉机轮边电机电磁性能分析与结构优化

为预测和评估电动拖拉机轮边驱动电机的电磁性能同时优化电磁转换装置结构,该研究以一种减速式12槽7对极永磁无刷直流轮边驱动电机为对象,建立电机电磁有限元模型并通过试验验证模型的正确性,分析了空载、半载和额定负载工况下电机的动态特性。在此基础上,基于热损耗载荷构建电机的磁-热双向耦合模型,模拟分析额定负载工况下电机的温度场分布规律。结果表明,3种工况下电机最高温度均发生在永磁体部位,温升分别为54.61、77.63和87.1℃。以气隙宽度、定子槽口宽度、永磁体间距和宽度为变量,以齿槽转矩、转矩密度和永磁体损耗为优化目标,提出一种田口法-响应面法双层多目标优化方法,确定电机最佳结构参数为:永磁体间距为0.4 mm、永磁体宽度为3.5 mm、气隙宽度为1.1 mm、定子槽口宽度为4.75 mm。仿真结果表明,优化后的电机转矩密度较优化前增加了8%,永磁体损耗降低了18.6%。样机台架试验结果表明,优化后电机齿槽转矩较优化前降低了20.9%,验证了所提优化方法的有效性,对电机性能研究具有一定的参考价值。

双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机故障模式下车辆安全控制

双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机发生故障如果不及时采取措施,极易导致车辆偏驶,甚至出现安全问题。为了保证单侧电机故障模式下的车辆安全,开展单侧电机故障模式下车辆制动避障安全控制研究。基于实车采取的一侧发生故障、另一侧及时处于故障模式的控制方式进行车辆安全性分析,提出一种双侧电机耦合驱动履带车辆单侧电机故障模式下车辆安全控制策略并通过RT-LAB半实物实时仿真验证。研究结果表明:该控制策略能够按照驾驶员意图,在单侧电机故障模式下实现不同车速下车辆不同相对转向半径的转向控制,而且面对连续的避障需求,可以稳定转向,保证履带车辆的安全。

基于环形耦合的多电机转矩均衡控制

针对多电机齿轮传动结构经常出现电机转矩分配不均衡导致的电机传动轴和齿轮组磨损增大的问题,提出一种基于环形耦合的转矩均衡控制方法。首先,依据多电机齿轮传动结构建立动力学模型,分析系统转矩不均衡的影响因素;其次,将传统多电机环形耦合转速控制方法加以改进,设计环形耦合转矩控制器;最后,以传统PI控制方法作为对照,在MATLAB/Simulink平台进行仿真验证。仿真结果证明,多电机转矩环形耦合控制方法在突发状况下系统保持较好的控制性能,降低系统运载负荷。

多电机耦合驱动式仿人机械臂设计与传动特性分析

针对传统仿人机械臂载荷与自重比低的问题,提出一种多电机耦合驱动式仿人机械臂。根据人臂的运动特性,确定串联结构下的仿人机械臂构型,并将机械臂划分为肩关节模块、肘关节模块和腕关节模块。分析单电机驱动单关节的绳索传动特性,推导该模型下电机与关节的扭矩映射关系和转角映射关系。研究各模块中多电机耦合驱动多关节的电机布局和绳索绕线方式,解释各模块中多电机耦合后的工作原理,推导各模块中电机与关节的扭矩映射关系和转角映射关系。并通过实验验证各模块中映射关系的正确性,以及各模块关节的承载能力。结果表明:多电机耦合驱动方式在保证质量的前提下,可以有效提高各关节的承载力,为仿人机械臂的设计提供理论依据。

带式输送机多电动机驱动系统转速同步控制方法

带式输送机多电动机驱动系统在生产过程中,如果发生个别电动机转速不同步现象,会造成输送带断裂及机电设备损坏,因此需要对带式输送机多电动机驱动系统进行转速协同控制。传统的偏差耦合控制方法具备较好的综合性能,但存在控制结构复杂、扩展能力差、启动及稳态运行过程中易受负载扰动导致转速偏差等问题。针对上述问题,提出一种带式输送机多电动机驱动系统转速同步控制方法。通过引入虚拟电动机,采用各电动机与虚拟电动机之间的间接耦合关系替代传统偏差耦合结构中电动机之间的直接耦合关系,简化了系统的同步补偿器模型,减小了各电动机间的同步偏差,实现了各电动机的同步控制。当电动机数量变化时,只需在虚拟电动机转速同步补偿器中加入新的转速变量即可,原系统的转速同步补偿器无需改变,增强了系统可扩展性能。分析结果表明:(1)系统启动阶段,改进偏差耦合结构中刚性连接与柔性连接电动机之间具备较好的同步性能。与传统偏差耦合结构相比,刚性连接电动机之间的同步偏差减少了4.0 r/min,使启动过程中主驱动滚筒具备良好的初始动力。(2)负载突变时,刚性连接电动机之间的同步偏差为1.7 r/min,刚性与柔性连接电动机之间的同步偏差平均值为14.6 r/min,比传统耦合偏差结构分别降低了5.2,31.7 r/min,可有效降低负载突变对电动机机械结构的损伤。

双电机耦合驱动系统构型分层设计方法

双电机耦合驱动系统可实现无动力中断模式切换和不同负载下的高效驱动,显著提高纯电动汽车的动力性和经济性。因其具有多自由度、多源驱动等特性,导致构型设计无规律可循。本文采用功能分析法研究双电机耦合驱动系统构型的功能生成及结构衍生过程,提出包含功能生成及结构衍生的分层设计方法。建立以子机构为基本单元的图论模型,基于运动干涉判断路径可耦合条件,通过路径叠加,获取满足功能需求的操纵序列。提出由基本构型到齿轴构型、齿轴构型到具体构型的逐级结构衍生方法。最后以某电动商用车为例,选取优选方案进行参数设计并仿真分析。与原车相比,C-WTVC工况下该类方案的百公里耗电量降低了8.97%,0-50 km/h的加速时间缩短了8.9 s。

压电粘滑旋转电机的设计

该文提出了一种结构简单紧凑的压电粘滑旋转电机。通过一个力偶式机构设计了定子,并在此基础上设计出双定子压电粘滑旋转电机,提升了电机结构的紧凑性。通过在典型锯齿波上改造而成的一种异步驱动方式,使电机能够实现“增粘减滑”。建立了电机机电-摩擦耦合动力学模型,制作出电机的样机并进行相应的实验。实验结果表明,电机输出位移曲线显示出良好的步进特性,当驱动电压幅值为150 V、频率为900 Hz时,电机输出的最大单步转角、转速分别为125μrad和6.3(°)/s,最大可承负载为30 g。

电动拖拉机双电机驱动系统的设计及试验研究

针对现阶段电动拖拉机在设计和参数优化中过多地考虑静态指标、忽视电源的高效区域分布和不完整等问题,提出了一种电动拖拉机双电机功率耦合驱动系统(DMPCS),并进行电动拖拉机双电机动力耦合驱动系统的结构设计。同时,基于粒子群优化和动态规划算法的双层协同参数优化方法进行参数优化,通过ADAMS和Simulink进行系统仿真与验证。仿真分析表明,优化后的驱动系统能够满足动力需求。田间试验结果表明:优化后的驱动系统能够满足动力需求,整机的驱动效率提高了12.19%,整机功率提高了1.5倍,工作里程提高16.3%,能源消耗减少。研究结果表明:以双电机功率耦合驱动系统为核心的试验台和实车能够同时满足各种动力性和经济性验证指标,可以为电动拖拉机驱动系统的设计提供技术支持。

钻井直驱电动机全域温升预测及风冷系统性能提升

针对钻井用直驱电动机电磁负荷高、功率密度大、发热严重的问题,以一台600 kW轴向强迫风冷电动机为例,对其建立包含全域风冷系统且高度还原绕组端部几何特征的流-热耦合分析模型,得到电动机内部流-热分布特性,发现现有风路结构中,出风侧端部空间存在大量涡流,据此,提出在转子端面压板加装导流叶片,以改善端部区域流体传热性能。通过数值分析研究电动机入风侧、出风侧两端分别单独加装和两端同时加装时,安装位置对电动机内流体流动情况及散热性能的影响规律。结果表明,在入风侧单独安装时,定子绕组热点温升降幅最大,达7.7 K;在出风侧单独安装时,出风侧端部空间涡流明显减少,转子区域最高温升下降3.4 K;两侧均安装时,电动机整体冷却效果最佳。最后经样机试验验证了方法的准确性及风冷性能提升的有效性。

柔性蒙皮变体机翼多电机分布式驱动系统研究

针对可变弯度柔性波纹蒙皮后缘模型结构,采用了多电机驱动技术,设计并制备了机翼模型、驱动及测控系统;采用改进的偏差耦合算法,实现了驱动系统中3台电机的角度同步控制;完成了系统软、硬件的设计,并对后缘结构模型驱动系统进行了空载、地面加载及风洞等多组实验研究,结果表明:测控系统可以实时控制电机间的角度偏差在允许的误差范围内,在有无载荷情况下驱动系统工作无显著差异;承受风洞载荷情况下,柔性后缘结构偏转速度可达1.7°/s,超调量小于0.3°,电机启动阶段角度差小于20°,匀速运行阶段角度差小于10°。

电驱动后桥机电耦合分析

为研究在不同工况下电驱动后桥机电耦合扭转振动情况,利用MATLAB/Simulink建立了电驱动后桥机电耦合仿真模型,分析了在加速和受冲击载荷下电驱动后桥的电机轴和整车角加速度扭转振动情况。结果表明:转速环参数对振动几乎没有影响,而车轮刚度系数影响较大,为优化机电耦合扭转振动提供一定的参考。

压电叠堆驱动式超声电机设计

该文研究了拟发挥压电叠堆大输出力的特点,并提出了一种压电叠堆驱动的超声电机。电机定子由压电叠堆与金属弹性体结构组成,定子在交变激励信号下产生行波振动,并通过摩擦耦合驱动转子旋转输出。该文制作了样机,并搭建了实验平台。测试结果表明,电机转速与驱动电压呈正相关关系。当驱动电压峰-峰值为310 V时,电机最大输出转速为42.55 r/min,输出扭矩为0.8 N·m。

皮带输送机永磁直驱辊的性能分析

为解决皮带输送机以传统异步电机为主,配套液力偶合器和减速器驱动方式存在的效率低、能耗低以及维护量大的问题,在对永磁同步电机与异步电机驱动方式对比的基础上,提出采用永磁同步电机+永磁直驱辊组合的驱动方式,并完成了永磁直驱辊的设计和装配步骤设计,并对永磁直驱辊的输出转矩的平稳性进行验证,表明该设计的驱动方式可实现对皮带输送机的平稳驱动。

基于半车振动模型的轮边驱动电动车平顺性分析

建立兼顾电机和路面耦合激励作用的半车四自由度振动模型,采用白噪声滤波法,以B级路面和轮边电机作为双激励源对时域内的轮边驱动电动车进行平顺性仿真,结果表明电机激励对轮边驱动电动车的平顺性影响明显。采用AMGA法车辆参数进行多目标优化并仿真分析,结果表明优化后的车辆平顺性改善显著。