大型挖掘机自动励磁调节系统研制

发布时间：2017-10-09 10:15

  本文关键词：大型挖掘机自动励磁调节系统研制

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【摘要】：电动挖掘机在露天采矿、水利建设及基建施工等领域获得广泛的应用,是土石开挖的主要机械设备,也是工程机械十六大类产品之一。当前电动挖掘机的励磁调节系统仍有部分采用模拟电路,该线路存在结构复杂、抗干扰性和灵活性差等缺点。本课题首先阐述了挖掘机励磁调节系统国内外研究概况,阐明当前国内外的科研工作者在研究全数字化励磁调节系统时,采用了不同类型的微处理器和控制算法,微处理器主要有单片机、ARM和DSP。针对不同的工况,产品采用单CPU、多CPU和模数混合系统三种等,大大提高了劳动生产率。控制算法方面,主要有PID算法、自适应模糊PID算法等。最后发现全数字励磁调节器已成为大型挖掘机励磁调节系统的研究发展方向。本课题研制的励磁调节系统,系统的总体方案由励磁调节主电路、控制电路、电枢电压给定环节及电枢电压与电流反馈环节等部分组成。其中励磁调节主电路由两组单相半控整流桥组成,分别给直流发电机提供正反向励磁电流;控制电路给主电路提供相应的控制信号以实现对励磁电流的调节,达到控制发电机输出电压以满足相应运行工况的要求。本系统的硬件电路采用C8051F330高性能单片机作为微控制器,设计了单片机最小系统及微机的功能引脚的分配;同时设计了电源电路、信号采样、脉冲触发等外围电路;软件部分采用增量式智能PI控制算法,完成了主程序及各个子程序的流程图设计、程序代码的开发工作,并结合样机对软件部分进行了调试,调试结果显示,能较好的满足设计要求。本课题以WK(E)-4C电动挖掘机为试验对象,通过调节发电机的励磁电流改变其输出电压,从而达到调节电动机的转速的目的。由于现场厂内实验条件限制,直流发电机的额定电压为450V,额定电流为200A,负载为一个额定电压220V,电流100A的电动机。通过该实验可以观察触发波形,调压的精度,电压的超调量,电压调节速度,电动机换向速度,零位发电机输出电压等,实验结果显示能满足设计的要求。
【关键词】：挖掘机 励磁调节系统 单片机 增量式PID
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景和意义10
• 1.2 挖掘机励磁调节系统国内外研究概况10-12
• 1.2.1 励磁调节装置的发展历程10-11
• 1.2.2 国外挖掘机励磁控制系统研究现状11
• 1.2.3 国内挖掘机励磁控制系统研究现状11-12
• 1.3 本课题主要研究内容12-14
• 第二章 挖掘机励磁调节系统的方案设计14-22
• 2.1 挖掘机励磁调节系统的技术要求14
• 2.2 挖掘机励磁调节系统基本原理14-15
• 2.3 挖掘机励磁调节系统的方案设计15-17
• 2.3.1 主电路方案15-16
• 2.3.2 控制电路方案16-17
• 2.4 增量式智能PI控制算法17-19
• 2.4.1 PID控制原理及特点17-18
• 2.4.2 增量式智能PI数字控制算法原理18-19
• 2.5 本章小结19-22
• 第三章 励磁调节系统的硬件电路设计22-36
• 3.1 微控制器最小系统设计22-23
• 3.1.1 核心控制芯片C8051F330简介22
• 3.1.2 微控制器最小系统设计22-23
• 3.2 控制系统外围电路设计23-29
• 3.2.1 电源电路设计23-25
• 3.2.2 同步信号电路25-26
• 3.2.3 反馈信号电路26-28
• 3.2.4 操纵杆供电电路28
• 3.2.5 晶闸管触发电路28-29
• 3.3 控制系统面板硬件电路设计29-34
• 3.3.1 系统复位电路29-30
• 3.3.2 控制板显示及键盘电路30-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 励磁调节系统的软件设计36-56
• 4.1 系统软件结构及主流程图36-40
• 4.1.1 系统软件结构36
• 4.1.2 主程序及其流程图36-40
• 4.2 程序初始化及作用40-42
• 4.3 采样数值处理与数字触发角调节42-49
• 4.3.1 AD采样值滤波43-46
• 4.3.2 给定数字调节器46-47
• 4.3.3 增量式智能PI调节器47-49
• 4.4 数字触发程序49-51
• 4.5 按键中断程序51-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 励磁调节系统调试及产品分析56-60
• 5.1 产品调试56-58
• 5.2 产品分析58-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 参考文献62-64
• 致谢64-66
• 附录A 硬件原理图及PCB板图66-70
• 附录B 主程序部分的代码70-80

【参考文献】

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本文编号：999607