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原文传递基于电惯量的传动系试验台关键技术研究

论文题名：	基于电惯量的传动系试验台关键技术研究
关键词：	电惯量;角加速度;轴扭矩;卡尔曼滤波;扩张状态观测器;延迟补偿;惯量辨识传动系试验台
摘要：	传动系试验台是一种模拟传动系在汽车行驶过程中实际工况的专用设备，在传动系零部件及总成研发过程中的试验环节有广泛应用。工况模拟的准确度决定了试验的客观性和有效性，试验台为了保证试验条件与实际工况一致，除了需要模拟汽车的行驶阻力，还需要模拟汽车的惯量。行驶阻力通常由试验台中的加载电机模拟，而惯量则采用机械飞轮模拟或电模拟。国内台架普遍采用机械飞轮模拟，存在模拟级差、惯量调整困难、安全性低、机械结构复杂等缺点;电模拟通过控制加载电机模拟机械飞轮的动力特性实现惯量模拟，能够克服机械飞轮的缺点，成为汽车台架试验设备制造商关注和研究的热点。国外对电惯量的研究已比较深入，并成功应用于传动系试验台、制动器试验台等，但由于具有高技术附加值，作为关键技术还处于保密阶段。国内普遍研究的电惯量转速控制法只适用于制动器试验台，在传动系试验台电惯量的关键技术方面和国外有较大差距。电惯量的核心技术是加载电机的控制方法及实现控制方法所需信号的实时检测，难点在于电惯量控制结果的评价和测控系统的设计。　　论文以传动系试验台为背景，首先研究电惯量的控制、实现及评价方法，然后将所提出的方法综合到传动系试验台仿真模型中进行可行性分析，再设计小比例驱动-加载试验台及其测控系统并进行实验验证，最后将测控方案应用于实际传动系试验台，具体研究内容如下: 　　 (1)研究了电惯量角加速度控制法和轴扭矩控制法，推导了加入电惯量控制的加载电机的等效惯量，并通过分析频率特性验证了可行性;分析了角加速度和轴扭矩信号存在延迟时对控制结果的影响;并验证了转速控制系统应用电惯量的可行性。　　 (2)研究了卡尔曼滤波、跟踪微分器和扩张状态观测器的角加速度估计性能并进行对比，提出了跟踪惯性环节的延迟补偿方法，解决了角加速度估计方法带来的相位延迟问题，所提出的方法优于现有的牛顿预测估计器和跟踪微分器线性预测法; 　　 (3)研究了基于扩张状态理论的轴扭矩观测器，克服了扭矩传感器的动态特性不能满足轴扭矩控制法要求的问题，提出了基于强跟踪滤波器的延迟补偿方法，提高了扭矩观测的响应速度并能抑制噪声; 　　 (4)提出了用连续系统递推最小二乘法辨识加载电机的总转动惯量的方法，可以定量评价电惯量控制的实际结果; 　　 (5)提出了基于电惯量的传动系试验台及加载电机的控制方法，然后将所提出的方法综合到传动系试验台仿真模型中，通过加速升档过程的仿真进行可行性分析; 　　 (6)设计了小比例驱动-加载试验台及其测控系统，通过加、减速实验研究对所提出的方法在工程实际中的有效性进行评估; 　　 (7)应用实验台架测控系统的方案设计了基于现场总线的传动系试验台测控系统。　　本文研究的电惯量控制方法可以实现通过控制加载电机取代机械飞轮模拟惯量，解决了实现控制方法时所需信号难以获取的问题，提出的惯量辨识方法能够评价电惯量控制的实际效果，基于电惯量的传动系试验台及加载电机的控制结构可行性和操作性强，易于工程实现。本文的研究成果具有一定的理论意义和工程应用价值，在国内同类研究中处于领先水平，对进一步提高国内传动系试验台的技术水平具有重要作用。
作者：	王皖君
专业：	仪器科学与技术
导师：	张为公
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文