基于DSP的直驱抽油机电机控制系统研究

发布时间：2017-10-26 01:00

  本文关键词：基于DSP的直驱抽油机电机控制系统研究

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【摘要】：传统的游梁式抽油机一般使用异步电机高速驱动,结构相对复杂,传动环节过多,导致了其运行稳定性差、能耗高效率低等问题,使得采油成本变高。针对以上问题,本文利用TMS320F2812优秀的控制和处理信息功能,在分析无刷直流电动机结构特点的基础上,提出了一种基于DSP的直驱抽油机控制系统的设计研究方案。首先对传统游梁式抽油机的结构进行了改造,去掉了减速装置、连杆机构等中间环节,针对传统游梁式抽油机倒发电的问题,设计了平衡重进行系统能量的平衡;通过对无刷直流电机控制系统的数学分析,在Matlab2010b的Simulink环境下,利用模块化建模思想对无刷直流电机系统进行建模与仿真,并对仿真波形进行了分析;设计了以DSP作为控制核心的无刷电机直驱抽油机控制系统,主要包括IR2130驱动电路、控制电源电路、逆变电路、采样检测电路及其它辅助保护电路等;在CCS3.3的软件环境下进行系统软件程序的编写,主要的程序模块包括:主程序设计、PWM生成模块、位置信号捕获模块、AD电流电压采样模块以及速度采样模块等。经研究分析表明,基于DSP的无刷电机直驱抽油机系统在一定程度上解决了游梁式抽油机电机由于结构复杂而导致的“大马拉小车”和运转不平衡导致的发电机倒发电问题。从而降低了能量损耗,提高了系统效率以及运行的可靠性,降低了采油成本。
【关键词】：抽油机 无刷直流电机 TMS320F2812 节能
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 抽油机的发展历程9-10
• 1.3 抽油机存在的问题及对策10-12
• 1.3.1 传统游梁式抽油机存在的问题10-11
• 1.3.2 油田抽油机系统节能的方向11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-13
• 第二章 无刷电机直驱抽油机设计与分析13-29
• 2.1 无刷电机直驱抽油机系统结构设计及工作原理13-14
• 2.1.1 无刷电机直驱抽油机系统结构设计13-14
• 2.1.2 无刷电机直驱抽油机系统工作原理14
• 2.2 系统的悬点运动分析14-19
• 2.3 系统载荷分析19-24
• 2.3.1 静载荷与静力示功图19-21
• 2.3.2 悬点动载荷分析21-24
• 2.4 无刷电机直驱抽油机平衡理论分析24-25
• 2.5 直驱抽油机系统与传统抽油机系统效率对比25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 直驱抽油机电机控制系统仿真研究29-45
• 3.1 无刷直流电机概况29-32
• 3.1.1 无刷直流电机的组成29
• 3.1.2 无刷直流电机工作原理及特点29-32
• 3.2 无刷直流电机的数学模型32-34
• 3.2.1 电压方程33-34
• 3.2.2 转矩方程34
• 3.2.3 运动方程34
• 3.3 基于Matlab的电机控制系统模型的建立34-41
• 3.3.1 电机本体模块36-38
• 3.3.2 电流滞环控制模块38
• 3.3.3 速度控制模块38-39
• 3.3.4 转矩计算模块39
• 3.3.5 参考电流模块39-40
• 3.3.6 电压逆变器模块40-41
• 3.4 仿真结果分析41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 基于DSP的直驱抽油机电机控制系统设计45-56
• 4.1 DSP控制电路整体的硬件结构45-46
• 4.2 DSP控制电路46-48
• 4.2.1 TMS320F2812简介46-47
• 4.2.2 电源电路设计47
• 4.2.3 SCI硬件设计47-48
• 4.3 电机驱动电路设计48-50
• 4.3.1 逆变电路48-49
• 4.3.2 MOSFET驱动电路49-50
• 4.4 采样检测电路50-52
• 4.4.1 电流检测电路50-51
• 4.4.2 转子位置检测电路51-52
• 4.5 保护电路设计52-55
• 4.5.1 过压保护电路52-53
• 4.5.2 过流保护电路53-54
• 4.5.3 光耦隔离电路54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 系统软件设计56-64
• 5.1 集成开发环境CCS3.356-58
• 5.2 控制系统软件设计58-63
• 5.2.1 系统软件结构58
• 5.2.2 主程序设计58-59
• 5.2.3 转子位置信号的读取与换相59-61
• 5.2.4 PWM波形的产生61-62
• 5.2.5 AD采样62-63
• 5.2.6 速度检测63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 在读期间公开发表的论文69-70
• 致谢70

【参考文献】

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本文编号：1096282