基于嵌入式系统的电磁调速采煤机主控系统研究

发布时间：2017-08-29 21:00

  本文关键词：基于嵌入式系统的电磁调速采煤机主控系统研究

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【摘要】：随着现代工业技术的快速发展,煤炭开采更加注重安全、高效。采煤机作为煤炭开采的关键设备,其安全、可靠、稳定的运行对煤炭开采作业有非常重要的意义。目前国内外主流采煤机主要以电牵引采煤机为主,根据调速系统类别大致可分为交流变频调速、开关磁阻调速以及电磁调速。电磁调速牵引系统较前两者调速系统而言具有可变输出转矩控制、控制系统简单、体积小、技术成熟等优点。因此本文以电磁调速采煤机为研究对象,从提升采煤机信息管理效率以及改善电磁调速电动机控制方法的角度出发,分析了电磁调速电动机调速过程,并建立电磁调速电动机数学控制模型,通过MATLAB仿真对比控制算法的稳定性。依据电磁调速电动机实际控制需求,设计了以AT91SAM9G20微控制器为核心的电磁调速电动机主控系统,详细阐述了主控系统的工作原理和功能分析,通过分析电磁调速电动机的调速过程,建立系统速度闭环数学控制模型,并在转速闭环控制中加入最小拍无波纹控制器,从而保证电磁调速电动机稳定运行。另外,在电磁调速电动机主控系统中加入通信系统管理单元—通信管理机,通信管理机采用标准MODBUS协议和常见的通信接口,以兼容多种类型的信号传感器。主控系统在运行过程中结合信号传感器可实现采煤机电动机的半自动运行。通过远程无线遥控实现采煤机的远程控制,提升了采煤机的工作效率以及安全性。在硬件电路设计部分主要完成了以CPU为核心的外围功能模块的硬件电路,主要包括总线型遥控器设计、数据输入输出电路设计、电源电路设计以及通信电路设计等。在软件设计部分主要完成了系统软件构架、嵌入式Linux系统移植、数字化控制器设计以及各功能模块的应用程序运行流程图。在软硬件电路设计时,充分考虑到外界电磁干扰给系统稳定性造成的影响,保证系统具有一定的鲁棒性。通过试验表明,本主控系统能够对电磁调速牵引电机实现预期控制效果,并且具有较强的通信兼容能力,可保证系统实时、准确地采集传感器数据信号。另外无线遥控可以准确的将控制命令传输至主控系统实现远程控制功能,经过反复测试,无线遥控传输误码率在万分之五以内。各项设计指标均已达到。
【关键词】：电磁调速采煤机 嵌入式主控 通信管理机 AT91SAM9G20 MODBUS
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD632.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究课题的背景和意义11-13
• 1.2 电牵引采煤机主控系统国内外发展现状13-14
• 1.2.1 电牵引采煤机主控系统国外发展现状13
• 1.2.2 电牵引采煤机主控系统国内发展现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 主控系统结构分析和方案研究16-22
• 2.1 主控系统结构介绍16-17
• 2.2 主控系统的工作原理和功能分析17-18
• 2.2.1 主控系统的工作原理17
• 2.2.2 主控系统的功能分析17-18
• 2.3 电磁调速采煤机运动控制模型分析18-20
• 2.3.1 电磁调速采煤机运动控制分析18
• 2.3.2 最小拍无波纹控制算法18-20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 主控系统硬件研究与实现22-33
• 3.1 主控系统整体硬件功能划分22-23
• 3.2 系统硬件电路注意事项23-24
• 3.3 各功能模块硬件电路研究24-32
• 3.3.1 CPU核心控制单元模块24-25
• 3.3.2 总线型遥控器模块25-27
• 3.3.3 数据输入输出电路研究与设计27-30
• 3.3.4 电源模块电路设计30-31
• 3.3.5 通信模块电路设计31-32
• 3.3.6 SD卡数据存储电路设计32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 主控系统软件研究与实现33-48
• 4.1 主控系统的程序设计原则和软件组织结构33-34
• 4.1.1 程序设计原则33
• 4.1.2 软件组织结构33-34
• 4.2 嵌入式Linux系统移植34-38
• 4.2.1 编译环境的构建34-35
• 4.2.2 内核定制及移植35-36
• 4.2.3 加载BootLoader程序36-37
• 4.2.4 创建根文件系统37-38
• 4.3 最小拍无波纹控制器的研究与实现38-40
• 4.3.1 最小拍无波纹控制器原理38-39
• 4.3.2 最小拍无波纹控制器设计39-40
• 4.4 主控装置应用程序研究40-46
• 4.4.1 后台应用程序设计40-42
• 4.4.2 通讯管理机程序设计42-44
• 4.4.3 总线型遥控器程序设计44-45
• 4.4.4 通讯协议选择45-46
• 4.5 本章小节46-48
• 第5章 系统性能仿真和试验48-54
• 5.1 系统仿真48-50
• 5.2 电磁调速采煤机主控系统试验50-51
• 5.2.1 性能测试50-51
• 5.2.2 Modbus通讯服务测试51
• 5.3 系统可靠性分析51-53
• 5.3.1 硬件抗干扰措施52-53
• 5.3.2 软件抗干扰措施53
• 5.4 本章小结53-54
• 总结与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 作者简介61-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果62-63

【参考文献】

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本文编号：755382