用于隧道超前探测的交流变频电流源的设计

发布时间：2017-04-14 17:16

  本文关键词：用于隧道超前探测的交流变频电流源的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在进行硬岩掘进装备(TBM)的研究中,要解决硬岩隧道施工的难题,隧道超前探测系统的研究显得尤为重要了。通过隧道的超前探测可提前了解前方的地质情况,更易对地质条件变化做出姿态控制与纠偏,使硬岩掘进速度更快,安全系数更高。本文所设计的变频电流源是用于隧道超前探测系统中的低频可调电流源,该电流源以DSP(TMS320F28335)为核心控制器,通过AC-DC-AC功率转换单元,采用神经网络BP-PID双闭环控制方法,实现了宽范围、高精度的变幅变频电流的输出。首先提出变频电流源总体设计方案,在逆变主电路基础上,创建了双电流闭环控制系统,同时结合BP神经网络理论,设计出一种高精度参数自调节神经网络BP-PID控制方法。接着选用MATLAB软件对该控制系统实行仿真分析。仿真结果显示：该控制方法实时性好,超调量小,稳定性高,该控制相较于常规PID控制具有更好的效果。本文基于DSP搭建了变频电流源的硬件平台,主要包含有DSP的最小系统,逆变器主电路,过流保护电路,电流采样电路,功率管驱动电路等的设计。接着对变频电流源系统的软件进行设计,主要分析了电流源软件设计中几个关键步骤。最终,完成了变频电流源系统的实验,实验表明该电流源系统满足了技术指标要求,取得了较好的输出效果。
【关键词】：交流电流源 比例积分微分 BP神经网络 数字信号处理
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题提出的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 变频电源控制策略概述12-15
• 1.3.1 模糊控制12
• 1.3.2 神经网络控制12-13
• 1.3.3 重复控制13
• 1.3.4 无差拍控制13-14
• 1.3.5 PID控制14-15
• 1.4 本文研究的内容15-17
• 第2章 变频电流源总体方案的设计17-27
• 2.1 隧道超前探测系统的研究方案17-18
• 2.2 变频电流源的设计18-19
• 2.3 逆变器的工作原理19-20
• 2.4 逆变器控制技术的研究20-27
• 2.4.1 正弦脉宽调制技术(SPWM)原理20-21
• 2.4.2 SPWM波形的产生21-23
• 2.4.3 死区的产生及对SPWM逆变的影响23-27
• 第3章 基于BP神经网络PID控制器的设计27-43
• 3.1 双电流环的控制研究27-30
• 3.2 神经网络BP-PID控制器的研究30-36
• 3.2.1 BP神经网络结构30-31
• 3.2.2 神经网络BP-PID控制器设计31-36
• 3.3 神经网络BP-PID控制基于Matlab的系统仿真36-43
• 3.3.1 基于S函数的神经网络BP-PID控制器的实现36-38
• 3.3.2 变频电流源基于MATLAB的仿真结果38-43
• 第4章 基于DSP的变频电流源硬件设计43-63
• 4.1 TMS320F28335芯片简介43
• 4.2 基于DSP的硬件控制系统的设计43-56
• 4.2.1 DSP最小系统的设计44-47
• 4.2.2 MOSFET驱动保护电路设计47-49
• 4.2.3 光耦隔离电路49-51
• 4.2.4 电流采样电路设计51-54
• 4.2.5 过流保护电路设计54-56
• 4.3 整流电路的设计56-58
• 4.3.1 不可控整流电路的设计56-57
• 4.3.2 整流滤波电路的设计57-58
• 4.4 逆变电路的设计58-63
• 4.4.1 逆变功率器件的选择58-59
• 4.4.2 反并续流二极管选取59-60
• 4.4.3 逆变输出滤波器设计60-63
• 第5章 变频电流源的系统的软件设计及实现63-71
• 5.1 变频电流源的软件设计63-69
• 5.1.1 系统主程序设计63-65
• 5.1.2 A/D采样65-66
• 5.1.3 SPWM的生成流程66-67
• 5.1.4 死区补偿67-68
• 5.1.5 载波和调制波在DSP中的生成68-69
• 5.2 实验结果及分析69-71
• 第6章 总结71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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