高频2D数字伺服阀电—机械转换器的研究

发布时间：2017-08-02 09:10

  本文关键词：高频2D数字伺服阀电—机械转换器的研究

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【摘要】：电-机械转换器作为电液控制元件中的关键部件,是连接机械元件和电气元件的桥梁。电液伺服阀整体性能的优劣直接受电-机械转换器性能好坏的影响。高频响大流量电液数字伺服阀的研制,要求电-机械转换器具有高频响的特点。提高电液数字伺服阀频响的重要前提,是提高电-机械转换器频响以及带负载能力。当所带的负载较大(如弹簧力、惯性负载等)时,传统步进电机的频率响应会受到限制。为了解决这一问题,考虑选用性能更佳的空心杯直流伺服电机来替代传统步进电机。 本文将空心杯直流伺服电动机作为研究对象,分析电机的结构、运行原理,建立其数学模型；设计了基于DSP的专用控制器,采用电流、转速、位置三闭环控制对其进行实验研究。实验结果表明,该控制系统能够实现空心杯直流伺服电机的精确定位和快速响应控制,并可以将数字伺服阀的频率响应提升至500Hz。 具体研究内容如下： 1.对空心杯直流伺服电机样机的电感、转矩系数、反电势常数等参数进行测量,建立了该直流电机的数学模型,得出直流电机的电压方程,力矩方程和动力学方程,并从理论上分析其静态特性和动态响应,并在SIMULINK环境中进行了仿真。 2.介绍了电流、转速和位置三闭环伺服系统的组成和原理,给出了该控制系统的传递函数和动态结构框图,并在SIMULINK中进行了仿真。 3.设计基于DSP空心杯直流电-机械转换器控制器,介绍了硬件系统和软件系统,对各个模块进行说明；对正弦控制信号的产生、位置、速度、电流闭环等方法的实现进行阐述。 4.搭建空心杯直流电-机械转换器实验平台,对电流闭环控制系统的动态特性进行了实验研究,对系统的阶跃响应进行了分析。三闭环控制实验验证了直流电机控制系统中的理论与设计方法,实验结果与仿真结果接近,表明三闭环控制策略达到了预期的控制目标。 5.概括总结本论文的主要研究工作和成果,展望今后需进一步研究的工作和方向。
【关键词】：空心杯直流伺服电机 DSP 三闭环控制 动态响应
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 电-机械转换器发展概况11-17
• 1.2.1 传统型电-机械转换器11-14
• 1.2.2 新型电-机械转换器14-17
• 1.3 空心杯直流伺服电机的特点17-20
• 1.3.1 空心杯电动机概述17-18
• 1.3.2 空心杯电动机的结构18-20
• 1.3.3 空心杯电动机的应用20
• 1.4 研究内容及意义20-21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 电-机械转换器的结构原理与建模22-30
• 2.1 直流伺服电机工作原理22-23
• 2.2 直流伺服电机的静态工作特性23-25
• 2.3 直流伺服电机的动态特性25-29
• 2.3.1 直流伺服电机的建模25-27
• 2.3.2 直流伺服电机的机电过渡过程27-28
• 2.3.3 直流电机动态特性的仿真28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 直流伺服控制系统建模30-39
• 3.1 三闭环控制系统的数学模型30-36
• 3.1.1 三闭环伺服系统的结构图31
• 3.1.2 电流调节器的设计31-33
• 3.1.3 速度调节器的设计33-35
• 3.1.4 位置调节器的设计35-36
• 3.2 伺服系统的仿真36-38
• 3.2.1 调节器参数整定36-37
• 3.2.2 系统仿真结果37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 直流伺服控制器的设计与实现39-58
• 4.1 控制器硬件系统设计39-48
• 4.1.1 DSP控制模块39-42
• 4.1.2 电机驱动模块42-44
• 4.1.3 电流检测模块44
• 4.1.4 位置检测模块44-46
• 4.1.5 电流保护电路46
• 4.1.6 有源滤波46-47
• 4.1.7 电源模块47-48
• 4.2 控制器软件设计48-57
• 4.2.1 控制信号的产生48-51
• 4.2.2 数字PID控制器的设计51-53
• 4.2.3 系统程序图及说明53-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 实验研究58-66
• 5.1 静态特性实验58-60
• 5.2 动态特性实验60-65
• 5.2.1 实验平台60-61
• 5.2.2 电流闭环控制实验61-62
• 5.2.3 三闭环控制实验62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果74

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