基于DSP和CPLD的开关磁阻调速型阀门电动执行机构设计

发布时间：2017-05-27 07:04

  本文关键词：基于DSP和CPLD的开关磁阻调速型阀门电动执行机构设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业化进程的推进,电动执行机构越来越多地应用在人们日常生产生活的各个方面,这其中不乏一些恶劣的工况条件,而普通电动执行机构所采用的异步电机对于运行环境有着一定的要求,因此开发出能够适用于恶劣工况下的电动执行机构在目前看来尤为重要。本文以3kW三相12/8极开关磁阻电机作为动力单元,设计并制作了基于DSP和CPLD微控制器的开关磁阻调速型阀门电动执行机构。文中详细阐述了该电动执行机构的结构布局,给出了DSP及CPLD控制电路、主功率变换电路、位置检测电路、相电流检测电路、供电电源电路、现场总线通信电路等硬件电路的设计思路,接着本文在硬件电路的基础上根据控制芯片所要完成的功能详细阐述了DSP及CPLD控制器的软件设计方法。经过试验测试证明,本文所设计的电动执行机构具有起动转矩大、调速范围宽、容错性能好等优异性能并且控制系统能够稳定可靠地运行,正是由于所设计电动执行机构的以上优异性能,本项目已通过机械工业联合会科技成果鉴定。现对本文内容结构作如下介绍:首先本文具体分析了开关磁阻电机的内部结构、工作原理以及其数学模型,并且将其和市面上常见的几种电机进行比较,分析出相对的优势。其次本文详细介绍了根据项目要求所设计的控制器硬件电路和软件程序。其中控制器硬件电路主要包括系统主电路、整流电路、位置信号检测电路、通讯电路、保护电路等等;控制器软件程序包括主辅控制芯片的初始化程序、捕获中断程序、通讯程序以及系统保护程序等等。接着本文介绍了所试制的电动执行机构样机的基本情况,文章分别从机械结构和电气结构这两个方面对试制的电动执行机构样机进行全面阐述,同时还详细介绍了所制样机人机交互系统的组成结构以及操作界面。最后本文分别介绍了对所设计的系统主控制器进行的实验调试和对试制的两台电动执行机构样机进行的专业测试,从实验波形及检测结果得出所设计的电动执行机构完全可以达到项目要求。
【关键词】：电动执行机构 开关磁阻电机 DSP CPLD
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 阀门电动执行机构的发展现状9-10
• 1.3 本文的主要研究内容10-12
• 第二章 基于开关磁阻阀门电动执行机构的整体设计方案12-21
• 2.1 阀门电动执行机构的简单介绍和结构分类12
• 2.2 SRD理论分析12-18
• 2.2.1 开关磁阻电机的结构13
• 2.2.2 开关磁阻电机的工作原理及运行分析13-14
• 2.2.3 开关磁阻电机的数学模型分析14-17
• 2.2.4 开关磁阻电机和其他类似电机比较17-18
• 2.3 电动执行机构的整体分析18-21
• 2.3.1 系统的组成结构18-19
• 2.3.2 控制芯片及系统控制策略19-21
• 第三章 系统硬件电路设计21-34
• 3.1 主功率变换电路21-22
• 3.2 控制芯片电路22-24
• 3.2.1 DSP外设资源配置22-23
• 3.2.2 CPLD资源配置23-24
• 3.3 系统辅助电路24-32
• 3.3.1 位置检测电路24-25
• 3.3.2 相电流检测电路25-26
• 3.3.3 上位机通讯电路26
• 3.3.4 电子力矩检测控制器26-27
• 3.3.5 系统保护电路27-29
• 3.3.6 供电电源电路29-31
• 3.3.7 母线缓冲电路31-32
• 3.4 电子行程控制器32-33
• 3.5 小结33-34
• 第四章 系统软件设计34-46
• 4.1 确定芯片功能34-35
• 4.2 DSP软件设计35-43
• 4.2.1 程序编写软件35
• 4.2.2 系统程序初始化35-37
• 4.2.3 捕获中断程序37-38
• 4.2.4 通讯程序设计38-43
• 4.3 CPLD软件设计43-45
• 4.3.1 程序编写软件43
• 4.3.2 综合位置信号43-44
• 4.3.3 故障保护44-45
• 4.4 小结45-46
• 第五章 电动执行机构的样机试制46-54
• 5.1 成品样机的机械结构介绍46-48
• 5.1.1 主传动机构46-47
• 5.1.2 手动电动切换装置47-48
• 5.2 成品样机的控制器介绍48-53
• 5.2.1 PLC有关参数48-49
• 5.2.2 人机交互系统（HMI)49-52
• 5.2.3 系统界面52
• 5.2.4 PLC和DSP协同工作52-53
• 5.3 小结53-54
• 第六章 系统实验54-62
• 6.1 项目介绍54
• 6.2 搭建系统实验平台54-56
• 6.3 系统实验调试56-59
• 6.3.1 电机控制策略实验56-58
• 6.3.2 电机容错实验58
• 6.3.3 系统的软启动调试58-59
• 6.3.4 系统自诊断功能调试59
• 6.4 样机检验59-61
• 6.5 小结61-62
• 第七章 总结和展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间参与科研项目与已录用学术论文69

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