基于TMS320F2812高精度跟蹤伺服控制系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-08-03
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超聲波電機是上個世紀(jì)八十年代逐步發(fā)展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)激發(fā)的超聲振動作為驅(qū)動力，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。與傳統(tǒng)的電磁馬達(dá)相比，它具有低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動作相應(yīng)快、運行無噪聲、無輸入時能自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運動領(lǐng)域、精密控制領(lǐng)域要比傳統(tǒng)的電磁電機性能優(yōu)越得多。目前，旋轉(zhuǎn)型超聲波電機，尤其是環(huán)形行波型超聲波電機，在工業(yè)、辦公、過程自動化等領(lǐng)域的伺服系統(tǒng)中作為直接驅(qū)動執(zhí)行器得到廣泛的關(guān)注。 本論文主要研究并設(shè)計了用于超聲波電機控制驅(qū)動的小型控制系統(tǒng)。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標(biāo)適中，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，速度可調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅(qū)動電路進(jìn)行相關(guān)的研究和設(shè)計，并按照控制器的需求設(shè)計相應(yīng)的軟件。最后給出實驗結(jié)果：系統(tǒng)運行穩(wěn)定，速度曲線較為理想，達(dá)到了最初的設(shè)計要求。 系統(tǒng)總結(jié)了超聲波電機的發(fā)展、特點、分類，通過與傳統(tǒng)電磁電機的對比給出了超聲波電機的廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，指出了超聲波電機研究的發(fā)展方向，明確了本文的研究內(nèi)容。 總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機的結(jié)構(gòu)特點、運行機理，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅(qū)動逆變電路的優(yōu)缺點。 本課題設(shè)計了基于超聲波電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)電路。首先，提出了本次設(shè)計的設(shè)計思想及目的；其次，介紹了本設(shè)計的控制器硬件電路具體設(shè)計過程以及調(diào)頻調(diào)速的實現(xiàn)方式。然后，詳細(xì)介紹了該控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成，包括上位機軟件、下位機軟件以及通訊部分。詳細(xì)闡述了在本控制系統(tǒng)中的調(diào)速、定位原理。最后通過實驗結(jié)果說明了該小型控制系統(tǒng)的有效性。
上傳時間： 2013-07-18
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勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，對同步發(fā)電機乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式日趨復(fù)雜，對同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性提出了更高的要求。本文根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器的國內(nèi)外發(fā)展趨勢，研究開發(fā)了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發(fā)電機DSP勵磁調(diào)節(jié)器。 本文首先介紹了數(shù)字勵磁的發(fā)展歷程、特點及應(yīng)用范圍，然后介紹了同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢，提出了基于數(shù)字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案。 在詳細(xì)解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎(chǔ)上，提出了勵磁系統(tǒng)的主要硬件設(shè)計及軟件實現(xiàn)方法；完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護(hù)及驅(qū)動單元的設(shè)計；進(jìn)行調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)和高速的實時處理能力，用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調(diào)節(jié)和系統(tǒng)保護(hù)等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵磁控制器的硬件結(jié)構(gòu)，提高了勵磁系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗證所設(shè)計的勵磁調(diào)節(jié)器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺，設(shè)計了勵磁控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用 TMS320F2812的同步發(fā)電機IGBT勵磁系統(tǒng)具有響應(yīng)快速、調(diào)節(jié)靈敏、控制性能優(yōu)良等特點。
上傳時間： 2013-07-29
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文中設(shè)計完成了以數(shù)字信號處理器DSP為控制核心，以智能控制功率模塊IPM為驅(qū)動，以無刷直流電機作為伺服電機的一套高性能的電梯門機交流伺服系統(tǒng)。 論文闡述了設(shè)計的目的，給出了電機的選擇，介紹了無刷直流電機的優(yōu)點；說明了門機運行曲線的形成及加減速運行時按S曲線方式運行的優(yōu)點，并給出了加減速運行時S曲線的具體形成方法；針對門機控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的研究，將自適應(yīng)控制理論引入了電梯的門機控制系統(tǒng)中，并針對模型參考自適應(yīng)控制的方法進(jìn)行了分析，該方法的實施使系統(tǒng)的性能得到了提高。 系統(tǒng)采用TMS320LF2407A作為電梯的門機控制系統(tǒng)的核心控制器，對TMS320LF2407A作了詳細(xì)的介紹。文中對系統(tǒng)采用了全數(shù)字化設(shè)計，完成了總體硬件電路的設(shè)計，主要包括計算控制電路、信號采集電路、鍵盤輸入及顯示電路、驅(qū)動及保護(hù)電路等，并對每一部分電路的設(shè)計進(jìn)行了具體的說明；驅(qū)動電路選用了智能控制功率模塊IPM，并針對所選模塊進(jìn)行了說明。 在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，采用對曲線進(jìn)行離散的方式，給出了門機運行的參考模型，并根據(jù)采集的信號與參考模型進(jìn)行對比，求出加/減速運行時S曲線實現(xiàn)的補償算法；并針對運行參數(shù)變化的影響，提出了對門機系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制的方法，給出了系統(tǒng)軟件的流程。 通過對系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計，實現(xiàn)了對電梯門機系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)控制的目的。
標(biāo)簽： 電梯門 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-22
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隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對供電質(zhì)量的要求也越來越高，電壓是標(biāo)志電能質(zhì)量的一個基本技術(shù)指標(biāo)，它與無功功率密切相關(guān)。本文闡述了電壓無功綜合控制對于電力系統(tǒng)運行及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大意義；綜述了國內(nèi)外在這一領(lǐng)域中的研究所取得的成果、面臨的問題和發(fā)展的前景。針對目前我國應(yīng)用最為廣泛、性能價格比最佳的并聯(lián)電容與有載調(diào)壓變壓器綜合控制裝置的研制開發(fā)中所涉及的問題進(jìn)行了較全面的分析與研究，提出了一種符合當(dāng)前變電站綜合自動化發(fā)展需要的可靠性高、組態(tài)靈活、功能齊全的變電站電壓無功綜合控制方案。該方案主控單元選用抗干擾能力強、指令豐富、擴(kuò)展靈活、通訊聯(lián)網(wǎng)能力強的西門子S7-226PLC作為控制核心；參數(shù)檢測單元選用可靠性高、具有通訊功能的智能型綜合電量變送器；控制主機通過與參數(shù)檢測單元通訊獲得所需參數(shù)，同時還可與上位機或其他具有串口的設(shè)備通訊。采用的電壓無功控制策略，從系統(tǒng)的實際需要出發(fā)，充分考慮了影響電壓無功控制效果的主要因素，控制決策以實時計算數(shù)據(jù)為參考，控制精度高，并有效避免了無效調(diào)節(jié)對設(shè)備及系統(tǒng)造成的危害；控制軟件根據(jù)已經(jīng)確定的控制算法做出控制決策并能夠完成系統(tǒng)運行方式的自動識別、電容器的循環(huán)投切，電容器及分接頭的保護(hù)及通訊等功能。文中還闡述了電容器接線形式選擇、串聯(lián)電抗及高壓真空開關(guān)的選擇依據(jù)以及變壓器調(diào)檔控制原理。 理論分析和仿真計算均證明了本文中所提出的控制策略的精確性和嚴(yán)密性；試驗證明了該設(shè)計方案先進(jìn)、靈活、可靠、功能齊全，符合電力系統(tǒng)自動化對控制裝置的要求。
上傳時間： 2013-06-01
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是繼矢量控制技術(shù)之后出現(xiàn)的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，系統(tǒng)魯棒性好，因而受到了普遍關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。 本論文從交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展開始，分析了異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，推導(dǎo)了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應(yīng)范圍和特點進(jìn)行了分析，然后推導(dǎo)了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調(diào)節(jié)器對電流觀測值進(jìn)行補償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機車為例，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并根據(jù)電力機車的牽引特性，設(shè)計了不同的控制策略： (1)低速區(qū)：采用圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (2)高速區(qū)：采用六邊形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (3)弱磁區(qū)：通過改變磁鏈給定值來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。 同時應(yīng)用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，并得出了仿真結(jié)果，驗證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，推導(dǎo)了基于模型參考自適應(yīng)(MRAS)理論的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識方法，建立了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識模型，并得到了仿真結(jié)果。
標(biāo)簽： 直接轉(zhuǎn)矩 控制技術(shù) 交流調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機具有慣量小、控制簡單、動態(tài)性能好等優(yōu)良特性，因此在航天、機器人、數(shù)控機床等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。無刷直流電機在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于對系統(tǒng)要求較高的場合，近年來在國內(nèi)也引起了廣泛的興趣。本課題針對輪式機器人，設(shè)計了無刷直流電動機并設(shè)計相應(yīng)控制系統(tǒng)。 首先，本課題分析了機器人用無刷直流電動機的組成結(jié)構(gòu)、繞組連接，并對三相無刷直流電動機星角接工作方式進(jìn)行比較，按照無刷直流電動機兩種模式運行、多極分?jǐn)?shù)槽等特點進(jìn)行局部設(shè)計。最終以爬坡時狀態(tài)為參考，經(jīng)過多次計算得到無刷直流電動機的初始設(shè)計方案。 其次，為了提高設(shè)計的可靠性及設(shè)計成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來對所設(shè)計的電磁設(shè)計方案進(jìn)行驗證。應(yīng)用Maxwell 2D軟件進(jìn)一步對設(shè)計方案進(jìn)行分析和校驗，以校核仿真結(jié)果參數(shù)能否與設(shè)計方案相吻合。 最后設(shè)計了無刷直流電動機的PIC單片機控制系統(tǒng)并對無刷直流電動機進(jìn)行系統(tǒng)仿真?？刂葡到y(tǒng)CPU采用PIC16F877單片機，它能夠提供最佳的性能價格比。系統(tǒng)采用IGBT 專用柵極驅(qū)動集成電路IR2130，來控制系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗所設(shè)計電機在系統(tǒng)中的性能。 結(jié)論，本課題主要包括五部分：無刷直流電動機繞組連接分析，初始數(shù)據(jù)方案設(shè)計，Maxwell對電磁設(shè)計方案進(jìn)行驗證，設(shè)計PIC單片機控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB對電機控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。通過這五部，本文完成了輪式機器人用無刷直流電動機進(jìn)行設(shè)計及相應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計。
上傳時間： 2013-07-28
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玻璃磨邊機這項技術(shù)國外在上世紀(jì)九十年代末期發(fā)展起來；但設(shè)備價格比較昂貴。而國產(chǎn)機尚處于起步階段。根據(jù)玻璃深加工企業(yè)的實際需要，本課題設(shè)計和完成了這種高精度的玻璃磨邊設(shè)備。 本文主要研究了步進(jìn)電機、變頻器、光電編碼器、可編程控制器和由它們組成的控制系統(tǒng)在玻璃直線磨邊機上的應(yīng)用。介紹了步進(jìn)電機、變頻器、光電編碼器和可編程控制器的功能、特點。通過PLC、步進(jìn)電機、變頻器、編碼器組成的控制系統(tǒng)來對玻璃加工進(jìn)行控制。該系統(tǒng)在控制精度上基本達(dá)到了生產(chǎn)的需要。這里采用該系統(tǒng)來代替伺服系統(tǒng)，不僅降低了成本而且也滿足了企業(yè)的要求。文中還設(shè)計了PLC程序來對其進(jìn)行控制，而且進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。其間，還采取一些辦法解決了一些干擾問題，也掌握了實際選型的有關(guān)知識。本文還介紹了人機界面的主要設(shè)計參數(shù)。 本文對玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案進(jìn)行了綜合性論述對控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，闡述了系統(tǒng)的性能要求；根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。為了實現(xiàn)設(shè)計方案，本文對位置控制的方法進(jìn)行分析和研究，給出了玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案；對變頻器和光電編碼器的原理進(jìn)行了分析，給出了變頻器與光電編碼器的選型方法。玻璃直線雙邊磨邊機的夾持梁升降系統(tǒng)采用開環(huán)控制；工作臺開合控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制，光電編碼器測量開合位置，反饋給PLC，對開合系統(tǒng)進(jìn)行慢速開合，以提高定位精度，降低了開發(fā)成本。 本文還對采用可編程控制器作為下位機現(xiàn)場控制進(jìn)行了軟硬件設(shè)計。詳細(xì)介紹了PLC的軟件設(shè)計，包括主程序，初始化程序，開合機構(gòu)控制系統(tǒng)程序，夾持梁升降控制系統(tǒng)程序，玻璃傳送控制系統(tǒng)程序及上位機與下位機的通信處理方法。
上傳時間： 2013-06-04
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設(shè)計，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進(jìn)行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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無刷直流電機(BLDCM)是隨著電機控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機。它是在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。無刷直流電機具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等一系列特點，又具有直流電機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，在很多場合有廣泛的應(yīng)用前景，成為了國內(nèi)外研究的熱點。無刷直流電機傳統(tǒng)的理論部分分析和設(shè)計方法已經(jīng)比較成熟，因此對無刷直流電機控制策略的研究就顯得十分重要。 PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點至今仍被廣泛應(yīng)用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制性能優(yōu)良。但在工業(yè)上有許多無法建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對象和非線性控制對象，若采用傳統(tǒng)的PID進(jìn)行控制的話，那么很難獲得比較理想的控制效果。 對于無刷直流電機而言，它是一個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器無法得到很理想的控制性能指標(biāo)。基于以上原因，本文以無刷直流電機為控制對象，通過分析無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，設(shè)計了應(yīng)用于無刷直流電機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。 在MATLAB平臺上，先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，給出相應(yīng)的控制算法，對典型的參數(shù)時變非線性系統(tǒng)的控制進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，同傳統(tǒng)PID控制器相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對模型、環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力與較強的魯棒性，有效的改善了系統(tǒng)的控制結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期的目的。隨后利用SIMULNK建立了無刷直流電機控制系統(tǒng)的仿真模型。分別采用普通PID控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對電機的不同運行狀況進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗證了所建模型的正確性，并證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性。
標(biāo)簽： PID BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 無刷直流電機
上傳時間： 2013-08-04
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