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1、电机互锁cs_coupling_1Mechanical Coupling of Two Motor Drives 即双电机驱动器的机械耦合:为了测试不同的负载条件下的电机驱动，必须提供电机轴的变量和双向负载。此外，一个理想的负载，也应该允许从电机到电网吸收的能量作为电能。使用四象限电机驱动器，可以实现这样的负载。这两个马达驱动器，可以方便地耦合到正在测试使用的机械轴模型的电机驱动器。 作为速度调节电机的AC4模型被作为转矩调节发电机的DC2加载。用于AC4模型的速度坡道和负载扰动响应的测试。其Simulink仿真系统描述如下：两个马达驱动机械耦合在一起，机械轴模型包含在图中的第三块。如果你打开
2、这个块，你会看到，在机械轴模型的互连，AC4和DC2电机转速信号分别连接到Nm和NL投入的机械轴模型。机械轴模型的输出TL表示AC4电机传送到DC2的发电机的机械转矩。因此，这个输出直接连接到AC4机械扭矩输入，然后连接到DC2的机械转矩输入，在SPS的两个相互关联的驱动器的图中可以看到。下面是Simulink仿真图： 下面对系统各部分进行简要介绍。AC4模块（三相异步电动机）三相异步电动机仿真模型如上图所示。实现原理：三相交流电源依次经三相二极管整流、三相逆变器和电压电流测量模块给异步电动机供电；给定转速加于速度控制器，经过磁链查表输出给定磁链；给定速度与速度反馈(实际速度)比较后经过PI调
3、节器输出给定转矩信号，同时速度控制器模块输出控制信号加于电机信号分离器。子系统包括转矩和磁链滞环控制模块、转矩和磁链观测模块、磁链扇区判别模块、电压矢量开关表和开关控制器，给定转矩和磁链分别与实际转矩和磁链取差值，然后分别经过转矩和磁链滞环比较器，与磁链扇区sector一起输入到电压开关矢量表中，选择合适的电压矢量；电压电流测量模块输出i_ab和VA_abc,送入到转矩和磁链观测模块，用于计算磁链。然后通过直接转矩控制系统控制交流电动机的运行状态。DTC模块（直接转矩控制）直接转矩控制（Direct Torque ControlDTC），直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来
4、进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。直接转矩控制模块结构如下图所示。转矩给定Torque、磁通给定Flux、电流I_ab和电压V_abc输入信号都经过采样开关，DTC模块包括转矩和磁通计算、滞环控制、磁通选择、开关表、开关控制等单元。DTC模块输出是三相逆变器开关器件的驱动信号。直接转矩控制系统采用6个开关器件组成的桥式三相逆变器，该逆变器有8钟开关状态，可得到6个互差600 的电压空间矢量和两个零矢量。通过改变逆变器的开关状态控制定子磁链的运行轨迹，从而控制交流电动机的运行。直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被
5、控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。由于转矩和磁通作为电机参数是被直接控制的，所以不需要使用类似于PWM控制中的调制器来控制频率和电压。这种控制方式剔除了中间环节并提升了传动改变转矩的响应速度。DTC不需要反馈设备也可以提供精确的转矩控制。直接转矩控制的特征是控制定子磁链，是直接在定子静止坐标系下，以空间矢量概念，通过检测到的定子电压、电流，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的磁链和转矩，获得
6、转矩的高动态性能。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量变换中的许多复杂计算，它也不需要模仿直流电动机的控制，从而也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，而只需关心电磁转矩的大小，因此控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易得到磁链模型，并方便地估算出同步速度信息，同时也很容易得到转矩模型，磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动机模型，因而能方便地实现无速度传感器控制，如果在系统中再设置转速调节器，即可进一步得到高性能动态转矩控制了。与此同时系统用到了直流斩波器。直流斩波器是一种把一定形式的直流电压变换成负载所需的直流电压的变流装置。它通
7、过周期性地快速开通、关断，把输入电压斩成一系列的脉冲电压，改变脉冲列的脉冲宽度或频率可以相并联，通过直流斩波器的斩波作用，可以调节并联等效电阻的阻值，这一过程称为调阻。若将直流斩波器串联在电机的励磁回路中，通过斩波作用调节励磁电流，从而调节电机的磁场大小调节输出电压的平均值，因此直流斩波器的基本作用是进行直流电压的变换，即调压作用。直流斩波器除了可以调节直流电压外，还可以进行调阻和调磁。由直流斩波器和一个固定电阻，这一过程称为调磁。 因此，直流斩波器具有调压、调阻和调磁的作用。 DC2模块（四象限单相整流直流电机）四象限单相整流直流电机仿真系统如上图所示。机械轴模块机械轴模型仿真结果结果分析：
8、 第一通道信号是AC4电机的输出电流，开始起动时电流较大，当AC4电机工作稳定时，电流也随之减小，当1.4s时参考转矩为0Nm时，AC4电动机空转，输出电流基本为0，1.9s时，DC2模型工作在电动机状态，AC4模型工作在发电机状态，输出电流增加，随着转速的降低即逐渐将为200rpm，输出电流也逐渐减小。 第二通道信号是电机轴的电磁转矩(AC4模型的转矩)，第二通道信号是参考转矩，同时也把它送入AC4模块中，那么AC4将会对输入的转矩进行追踪跟随，通过参考转矩与电机轴输出转矩(电磁转矩)之间的对比关系，从图中可以很容易的看出在参考转矩在01.4s时，转矩是-10Nm，这时DC2工作于发电机的状
9、态，那么此时AC4电机就工作在电动机状态，同时因为刚起动的原因有一个负载扰动，所以有一个尖脉冲，紧接着跟随参考转矩，经过一小段时间转矩平均值稳定在了10 Nm左右，在1.4s的时候参考转矩出现了阶跃变为了0Nm，那么电动机AC4就在空转，电机轴输出的转矩也就为0 Nm，在1.9s时参考转矩变化为10 Nm，这时DC2工作在电动机状态，此时的AC4工作在发电机状态，因为AC4模块对参考转矩的追踪跟随，所以在1.9s后的一小段时间之后，电机轴的输出转矩稳定在了-10Nm。可以看出AC4电机的性能良好。 第三通道信号中的曲线显示了电机轴输出转速，电机轴的输出转速即是AC4电机和DC2电机的转速，我们
10、可以发现，刚开始AC4电机在01s时电机的转速从0一直增加到400rpm，从1s2.3s电机转速稳定在400rpm，在2.3s时参考速度将为200rpm，因为AC4电机是跟随参考转速的所以也随之变化为200rpm，并且01s与2.3s的速度变化呈线性，比较平稳。 第四通道信号负载转矩信号与第二通道信号相同，即负载转矩反映了AC4电机的转矩。 第五通道信号为DC2电机的转矩信号，因为DC2电机对参考转矩的跟随特性，所以DC2电机的转矩曲线除了在参考转矩信号的阶跃处稍有波动基本和第二通道信号(参考转矩)一样。 简要的来说，就是在稳定状态，AC4电动转矩和速度的象位是相同的，这说明AC4电机运行。
11、DC2的电动扭矩和速度是相反的迹象，这说明DC2的作为发电机运行。在t =0秒， -10Nm的参考转矩施加到DC2；在t =1.0秒，AC4电机转速达到要求值，400转/秒。在那一刻，AC4电动扭矩下降到10Nm；在t =1.4秒，0Nm的参考转矩施加到DC2，AC4电动扭矩立即下降到零，以维持调节的速度；在t =1.9秒，+10Nm的参考转矩施加到DC2的驱动器，两个驱动器的速度和扭矩的迹象看，迫使AC4作为一台发电机和DC2作电机；在t =2.3s，负参考-400转/秒的速度斜坡应用于AC4；在t =2.8s达到一个新的稳定状态，AC4电动扭矩稳定在-10Nm也显示了机械轴的扭矩。助力转向
12、机构sh_hydraulic_power_assisted_steering助力转向系统是以发动机输出的部分动力为能源来增大驾驶员操纵转向的力量，从而使转向操纵轻便，同时转向器的角传动比还较小，故又能满足转向灵敏的要求，最初是为了让一些自重较重的大型车辆能够更轻松的操作，但是现在已经非常普及，它让驾驶变得更加简单和轻松，并且让车辆反应更加敏捷，一定程度上提高了安全性。液压式助力转向系统由机械转向装置和液压助力装置两部分组成，液压助力装置主要由储油罐、转向油泵、转向助力缸、油量控制阀等组成。当转向盘向左转动时，在转向轴的带动下，控制阀也随之移动，将其中一条油路关闭，这时另一条油路打开，在动力缸活
13、塞两端产生压力差，于是活塞向低压方向运动，从而产生助力。 Simulink仿真模型： 模型代表了一个助力转向机制，显示其所有的主要部件的简化版本：双作用液压缸，旋转阀，固定排量泵，减压阀，机械负荷，减少驾驶轴惯性，阻尼和刚度，安装在方向盘和齿轮的齿条和小齿轮机制之间的扭杆。转动方向盘，使扭杆扭转小齿轮位置。转化为开放连接端口气缸压力或排气线，根据旋转方向的旋转阀。如果变形超过9度的车轮直接连接到小齿轮的通过扭杆并行安装的硬盘停止。气缸移动转向杆，并在同一时间，捻向相反的方向扭转杆，直到阀门处在中立的位置。除了以上说的主要的仿真部件外，还可以看到有液压油模块(Hydraulic Fluid)，液
14、压油管(HP_1，HP_2)，方向盘(Steering Wheel)，运动传感器(Motion Sensor)，压力传感器(Pressure Sensor)等。方向盘(Steering Wheel)模块内部结构如图1图1这里Signal Builder是信号发生器，Ideal Angular Velocity Source1是理想角速度信号源，其输出端R输出的是角速度，所以SC端输出的是角速度， SCA端与理想回转运动传感器(Ideal Rotational Motion Sensor)输出端A相连，输出的是角位移，然后经过一个转换模块(把一个物理信号转换为Simulink输出信号)输出到示波
15、器(Input/Output)中。 扭力杆(torsion bar)内部结构如图2图2SW端与SC端连在一起，SW端经过回转运动传感器输出角位移，所以TDEF端输出的是角位移，SL端输入的是双作用液压缸的线位移，这里的Wheel and Axle模块是轮轴模块， A端是与轮轴有关的端口，P端是与轮外围有关的量，经过这个模块，液压缸实现液压助力转向。TDEF端的角位移经过一个转换器，将一个物理量转换成一个Simulink信号，最终在示波器(Error/System Pressure)中显示出来。运动传感器(Motion Sensor)内部结构如图3图3这里的理想平移的运动传感器是主要的部件，其P端口是物理信号的输出端口，这里的物理信号是位置信号。它接收到液压缸动作并将其转换成液压缸的线位移输出出来，最终显示在示波器(Input/Output)中。压力传感器内部结构如图4图4这里的理想液压压力传感器是主要部件，其P端输出的是压力值，经过一个转换器得到Simulink中的信号。最终得到了系统压力，显示在示波器(Error/System Pressure)中。转动阀的内部结构如图5图5这里有四个调速阀用于控制阀端口的开启，即是控制阀的换向，阀有三种工作状态，1、给双作用液压缸左腔供液，2、阀处于中
