基于新型切换开关的高可靠电机控制系统

发布时间：2020-10-15 01:29

【摘要】：本文作者在导师指导下,发明了一种基于新型切换开关的电机控制系统,该系统依靠冗余技术提高系统的可靠性。本文叙述这种新型冗余系统的构成和工作原理:对系统中可靠度要求较高的支路,例如控制器、电机驱动器等组成的支路,加上n-1个备份支路。对这n个支路,每个支路都配备一个以STM32单片机为核心的切换开关。这n个切换开关中的单片机相互之间保持通信。平时只有一个支路工作,其余支路作为冷储备。当工作支路出现故障时,它的单片机发送约定信号给各备份支路,n-1个备份支路的切换开关同时导通,使各个备份支路同时投入运行;各支路的单片机在很短时间内,判断自己支路正常与否,然后由系统选定一个支路继续工作,其余退出留作以后的备份支路。以后工作支路再出现故障,仍然照此处理。本文建立了这种新型冗余系统的可靠度计算模型,推导出了实用的计算公式。本文作者根据这种新型冗余系统的原理,设计、制作了三个不同的直流电机闭环控制系统样机。本文详细叙述了各样机的总体设计、详细的硬件设计和软件程序。本文还叙述了用这三个样机做的切换开关有效性试验和可靠度计算式验证试验。为了加快试验进度,在试验中人为地制造短路、断路、超负荷、堵转故障。有效性试验结果说明:三个样机都能够实现预期的切换效果。经过对资料的分析,可以认为:已有的故障切换冗余系统都是只有一个切换开关的系统,缺点是其系统可靠度受到切换开关可靠度的限制。已有的并联冗余系统基本上是n个冗余支路同时工作,显然n-1个支路在浪费电能并消耗硬件寿命。n个控制器并联,输出n个控制信号给被控对象,对被控对象的运行造成不利影响。而本文的冗余结构能够避免上述问题,本文从理论上和实践上证明这新型冗余系统的优越性,从理论上说明了本文的系统能够达到任意的任务可靠度。本文的新型切换开关冗余系统属于创新性设计。本文的研究成果对于机电系统的可靠性理论和工程实践有所贡献,也有应用价值,可以用于航空器、航天器、核电站、电厂、动车、舰船、生产设备等系统,尤其是适用于故障可能造成安全事故,或者影响重要任务的系统。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TM301.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 系统可靠度的重要意义
    1.2 冗余的意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 可靠性的研究现状
        1.3.2 冗余系统的研究现状
        1.3.3 切换系统的研究现状
    1.4 本课题的主要目标
    1.5 本课题的可行性分析
    1.6 本课题主要研究内容的安排
2 已有的冗余系统的优缺点分析
    2.1 可靠度和冗余系统的概念
        2.1.1 可靠度和失效率
        2.1.2 冗余的分类
    2.2 传统冗余系统存在的问题
    2.3 本章小结
3 基于新型切换开关的冗余系统的总体设计
    3.1 本课题的技术路线
    3.2 新型冗余系统模型设计
        3.2.1 第一种新型冗余系统的模型及其工作原理
        3.2.2 第二种新型冗余系统的模型及其工作原理
        3.2.3 第三种新型冗余系统的模型及其工作原理
    3.3 新型冗余系统的可靠性分析
        3.3.1 新型冗余系统的可靠度计算式
        3.3.2 新型冗余系统与传统冗余系统的可靠度对比分析
    3.4 本章小结
4 基于新型切换开关的高可靠电机控制系统的设计与实现
    4.1 第一种系统的设计与实现
        4.1.1 第一种系统的主要结构
        4.1.2 第一种系统的硬件设计
        4.1.3 第一种系统的软件设计
    4.2 第二种系统的设计与实现
        4.2.1 第二种系统的主要结构
        4.2.2 第二种系统的硬件设计
        4.2.3 第二种系统的软件设计
    4.3 第三种系统的设计与实现
        4.3.1 第三种系统的主要结构
        4.3.2 第三种系统的硬件设计
        4.3.3 第三种系统的软件设计
    4.4 切换开关的工作原理总结
    4.5 本章小结
5 系统试验与试验结果分析
    5.1 系统的试验方案
        5.1.1 常用的可靠度实验方法
        5.1.2 本文的实验方案
    5.2 三种样机的切换开关有效性试验
        5.2.1 第一种样机的切换开关的有效性试验
        5.2.2 第二种样机的切换开关的有效性试验
        5.2.3 第三种样机的切换开关的有效性试验
    5.3 系统的测试结果分析
        5.3.1 切换开关的有效性试验结果分析
        5.3.2 可靠度计算公式的试验结果
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
在攻读学位期间取得的科研成果
参考文献
附件A 无刷直流电机详细参数

【参考文献】

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本文编号：2841486