双电机驱动弛张筛动态特性及控制策略的研究

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单电机驱动的弛张筛中激振电机安装在固定筛框上,固定筛框和浮动筛框的振幅和相位会根据来料量的变化而变化,并且双筛框的振动相位差很难保持成理想的180°,导致聚氨酯筛板在运动过程中达不到物料抛射所需的最优加速度值,煤炭颗粒间的碰撞概率也比较低,使筛分效率受到影响。针对上述问题,建立了一种基于双电机驱动的弛张筛原理模型及其控制系统。与普通弛张筛相比,双电机驱动的弛张筛原理模型中的双筛框由双电机分别驱动,控制系统和两台激振电机相连接。通过改变弛张筛激振电机的转速和相位,使双筛框的振动相位差达到180°,降低了固定筛框上的激振力,实现弛张筛理想的动态特性。本文首先建立了双电机驱动的弛张筛原理样机的力学模型,用牛顿第二定律法和拉格朗日法建立振动系统的数学模型并对其进行求解分析,获得固定筛框和浮动筛框沿x和z向的振动位移和振动相位角。通过微分方程的解可得双筛框振动相位差角与双激振电机偏心块的相位差角之间的关系,由此得出双激振电机偏心块相位差的控制目标。利用解析法建立激振电机主轴在变角速度情况下的运动方程,得出激振电机在一个周期同步运转状态下的平均振动阻尼矩即激振电机的外负载特性。在Solidworks中搭建双电机驱动的弛张筛原理的三维模型,在多刚体动力学仿真软件Adams中添加对应的约束,驱动和弹簧刚度阻尼,研究双电机驱动的弛张筛从启动到平稳运行过程中加速度、位移、双筛框振动相位差的变化情况和双电机驱动弛张筛的振动特性,证明了双电机驱动弛张筛结构的合理性,并为弛张筛虚拟样机的建立提供理论依据。在恒压频比调速控制中,分析激振电机基频以下恒压频比和基频以上恒压变频的电压-频率协调控制方式以及对应的机械特性。根据激振电机的负载特性在Simlink中搭建基于恒压频比的异步电机机电耦合数学模型,双激振电机之间采取基于交叉耦合的转速同步控制算法,可知双电机从启动到平稳运行阶段转速的跟随性能良好。搭建双电机驱动的弛张筛原理样机及dSPACE半实物仿真平台,进行实验研究。根据双筛框激振电机的偏心块在一个周期内的四种运转状态,提出了基于交叉耦合的转速同步和改进的基于点动的Bang-Bang的相位补偿控制算法。根据双电机驱动的弛张筛原理样机的筛体结构参数以及振动微分方程的解可得:双激振电机偏心块的相位差在170°时双筛框的振动相位差可以达到理想的180°。对实验结果进行分析可得,双激振电机偏心块的相位差与双筛框的振动相位差满足了控制要求,证明了控制策略的稳定性、快速性和准确性。
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