基于電機工作原理的工程機械線控技術研究

【摘 要】工程機械電力傳動在工程中有廣泛的應用，按照驅動電機類型的不同，將驅動系統分為直流電機、交流感應電機、開關磁阻電機、永磁同步電機四種。這里主要介紹了永磁無刷直流電機的工作原理和機械特性。提出工程機械控制系統的半實物仿真模型，對各模塊功能及實現形式進行說明。將總線技術應用到控制系統中，實現了工程機械的智能化、信息化和模塊化控制。

【關鍵詞】工程機械；電機；電力驅動；線控技術

工程機械驅動技術最初主要采用機械傳動和液力機械傳動方式。現在，液壓和電力傳動的傳動方式也出現在工程機械行走驅動裝置中。與純機械和液力傳動相比，液壓傳動的主要優點是其調節的便捷性和布局的靈活性。

一、永磁無刷直流電機工作原理和機械特性

（1）永磁無刷直流電機工作原理。永磁無刷直流電機是用電子換相替代電刷換相的一種新型直流電機。它由驅動器和電機主體組成。如下圖所示，驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正/反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速，提供保護和顯示等等。電機主體是一個典型的電壓型交－直－交電路，逆變器提供等幅等頻5-26kHz調制波的對稱交變矩形波。通過永磁體N-S交替變換，使位置傳感器產生相位差120°的U、V、W方波，結合正/反轉信號產生有效的六種狀態編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產生T1-T4導通、T1-T6導通、T3-T6導通、T3-T2導通、T5-T2導通、T5-T4導通，這樣轉子每轉過一對N-S極，T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態的依次導通。每種狀態下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動60°電角度，轉子跟隨定子磁場轉動相當于60°電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產生的磁場軸再前進60°電角度，如此循環，電機產生連續轉矩，拖動負載作連續旋轉。

圖1 永磁無刷直流電機及其控制系統原理

（2）永磁無刷直流電機機械特性。在電機負載不變的情況下，電機穩定工作時的輸出轉矩由負載決定，因而此時電機的轉速取決于繞組兩端的電壓。故通常多采用PWM調制方式，通過PWM信號的不同占空比可以獲得可變電壓，進而得到不同的轉速。

二、工程機械電力線控技術

隨著控制系統在工程機械中的廣泛應用，以及新的控制方法的出現，一般的離線仿真對算法和控制其的驗證已不能滿足系統設計的需要。因為在一般的離線仿真控制系統中，首先需要提取出受控對象的數學模型，然后根據受控對象的數學模型來設計控制器。近幾年在線仿真系統越來越多地用于復雜系統的設計過程中，常被稱之為半實物仿真。半實物仿真平臺主要由主控計算機、仿真計算機、控制原型機、A/D接口、D/A接口及相關能源設備、記錄設備等組成。其中被控對象采用數學仿真，由安裝dSPACE的主控計算機通過軟件實現；主控計算機用dSPACE、Matlab/simulink等標準組件作為控制計算機的快速原型機，實現控制計算機功能；仿真計算機通過A/D、D/A等輸入輸出口與控制系統實現相連，實現數字控制器與外界設備的信息交換。輸入和輸出信息分別從轉接口和的dSPACE引出，通過記錄儀進行記錄?，F場總線組網的智能信息化裝備系統可分為四個獨立部分：工作裝置管理系統、底盤管理系統、駕駛室控制管理系統與能源管理系統。線控底盤及底盤管理系統負責獨立完成工程機械的行走、轉向、制動和懸掛等功能，通過底盤管理系統，這種自成一體的底盤形式可以靈活得適應不同地面。對行走和制動過程的進一步研究，可以利用液壓方式和電子方式回收一部分能源，從而可以達到節能的目的。

參 考 文 獻

[1]陳俊峰．永磁電機[M]．北京：機械工業出版社，1982

[2]洪南生，吳漢光．永磁無刷直流電機控制系統[J]．微特電機．1997（1）

[3]Hyun-Soo Song，Jin-Woo Ahn，Seok-Gyu Oh，Sung-Jun Park．

Anapplication of 5kW srm for LSEV driver[C/CD]．Korea：EVS-19CD．2002