基于全电子式转矩保护的电动执行机构控制器研究

发布时间：2017-09-07 09:08

  本文关键词：基于全电子式转矩保护的电动执行机构控制器研究

  更多相关文章： 电动执行机构 ATmega128 全电子式转矩保护

【摘要】：电动执行器是工业自动化过程控制中重要的组成部分,随着现代科学技术的发展,调节阀的控制精度要求越来越高,市场需求量也越来越大,其中所需的高性能调节阀所占的比例越来越高,为了满足国内工业生产的需要,同时也为了打破国外在这方面对我国的垄断,我们需要开发出具有独立自主知识产权的高性能调节阀。而调节阀的性能主要取决于配套的执行机构,电动执行机构作为其中的一种,由于驱动能源方便获得、体积小等特点得到广泛应用,本文结合电动调节阀的发展现状以及发展趋势,以提高响应速度、保证控制精度、增强系统安全性为目标,开展了新型智能化电动执行器的控制系统及其全电子式转矩保护方面的研究。首先,根据执行器生产过程中的功能要求和生产特点,开发了一套以ATmega128单片机为核心的控制器,该控制器实现了键盘输入、数据采集、液晶显示、数据存储、红外控制、温度检测、危险报警等功能。控制器各个部分的硬件电路图均在Protel软件中绘制完成,软件部分在AVR Studio中实现了主程序及各子程序的编程。再次,在对三相交流电机的数学模型以及电机矢量控制原理进行详细的研究基础上,通过坐标变化、磁链观测等数学方法,把三相交流电机等效为直流电机,进而推导出其电磁转矩的辨识算法,该算法只需要通过测量电机的三相电压和三相电流即可实现转矩的实时计算功能,从而为实现电动执行器的全电子式转矩保护提供了可行的理论基础。最后,根据推导出的电磁转矩辨识算法,首先在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并且模拟阶跃负载、斜坡负载等不同的负载形式对系统进行加载,从而在仿真环境下获得辨识算法的测量精度,为下一步的实验验证辨识算法的精度提供初步数据参考。随后以STM32F103为控制芯片对转矩实时测量计进行了软硬件设计,实现了三相电流和三相电压检测、转矩实时计算及显示、转矩过载保护等功能,同时搭建转矩测量计测量精度验证实验平台,通过MDU-Ⅲ型号的电机拖动实验装置对电机进行加载,对比负载转矩和辨识转矩,最终得到转矩辨识算法的辨识精度以及转矩测量计的测量精度。
【关键词】：电动执行机构 ATmega128 全电子式转矩保护
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP215
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 绪论15-21
• 1.1 课题研究的背景及意义15-16
• 1.2 电动执行器国内外发展概况16-17
• 1.2.1 国内研究概况16
• 1.2.2 国外研究概况16-17
• 1.3 电动执行器全电子式转矩保护概论17-19
• 1.3.1 传统转矩保护方法概述18
• 1.3.2 全电子式转矩保护方法概述18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 电动执行器控制系统研究21-41
• 2.1 电动执行机构原理概述21-22
• 2.2 控制器设计要求22-23
• 2.3 控制器硬件设计23-33
• 2.3.1 主控制器的选择23-24
• 2.3.2 单片机外围电路设计24-29
• 2.3.3 液晶显示模块29-31
• 2.3.4 信号调理电路31-32
• 2.3.5 按键模块32-33
• 2.4 软件设计33-39
• 2.4.1 系统开发环境简介33-34
• 2.4.2 主程序34-35
• 2.4.3 初始化35
• 2.4.4 ADC程序设计35-37
• 2.4.5 按键程序设计37-38
• 2.4.6 12864液晶显示程序设计38-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第3章 全电子式转矩保护数学模型分析41-59
• 3.1 电磁转矩辨识算法基本原理简介41-43
• 3.1.1 直流电机和交流电机电磁转矩公式41-42
• 3.1.2 矢量控制理论原理42-43
• 3.2 异步电机的数学模型与坐标变换43-52
• 3.2.1 ABC轴系数学模型43-48
• 3.2.2 异步电机坐标变换48-52
• 3.3 转子磁场定向MT轴系矢量方程52-54
• 3.4 转子磁链观测器54-56
• 3.4.1 电流模型法54-56
• 3.4.2 电压模型法56
• 3.5 本章小结56-59
• 第4章 全电子式转矩保护理论仿真研究59-67
• 4.1 SIMULINK仿真环境简介59
• 4.2 三相电机转矩辨识算法的建立过程59-64
• 4.3 仿真结果及分析64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 全电子式转矩保护实验研究67-85
• 5.1 电磁转矩测量平台控制系统硬件设计67-72
• 5.1.1 STM32F103控制芯片简介67-68
• 5.1.2 三相电压检测电路68-69
• 5.1.3 三相电流检测电路69-71
• 5.1.4 过载断电电路71
• 5.1.5 三相电机更换量程硬件原理71-72
• 5.2 电磁转矩测量平台控制系统软件设计72-78
• 5.2.1 主程序介绍73-74
• 5.2.2 转矩计算程序设计74-78
• 5.3 全电子式转矩保护实验78-83
• 5.3.1 实验控制系统功能简介79-80
• 5.3.2 电机加载系统简介80-82
• 5.3.3 实验结果及分析82-83
• 5.4 本章小结83-85
• 结论与展望85-86
• 创新点86-87
• 参考文献87-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95-97
• 致谢97-98
• 学位论文评阅及答辩情况表98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 尧国富;;我国火电厂高端阀门现状与分析[J];电力技术;2009年02期

2 田绪超;夏继强;刘铮;;基于ARM的智能型阀门电动装置的设计[J];军民两用技术与产品;2008年10期

3 张玲;胡赤兵;杨荣荣;;PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[J];科学技术与工程;2008年09期

4 林献坤;于垂顺;;基于瞬时能量的电动执行机构扭矩软测量系统设计[J];测控技术;2012年07期

5 李海;高帮胜;;串口通讯各种技术方案策略[J];时代经贸(下旬刊);2008年08期

6 翟丽,孙逢春;电动汽车感应电机矢量控制系统建模仿真[J];微特电机;2004年05期

7 杨永亮;马瑞卿;皇甫宜耿;;基于转子磁场定向控制的PMSM伺服系统建模仿真[J];微特电机;2006年05期

8 杨爱琴;一种获取电动执行器输出转矩的新方法[J];自动化仪表;2005年06期

9 高天云,史家林;RK-Z系列智能电动执行机构性能的特点及应用[J];自动化与仪器仪表;2004年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 吴海强;基于ATmega128L的交流伺服控制系统设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 王超炎;基于Atmega128L的类壁虎机器人运动控制系统的实现[D];南京航空航天大学;2007年

3 许珲;异步电机矢量控制交流调速系统的研究与实现[D];浙江工业大学;2008年

4 鹿才华;基于ATmega128L的单体太阳电池测试系统的设计[D];华中科技大学;2009年

，

本文编号：808637