工业机器人伺服驱动器EFT/B测试及机柜电磁屏蔽特性研究
发布时间：2021-07-24 08:13
针对复杂工业电磁环境下,工业机器人系统抗电磁干扰问题,本文以伺服驱动器与机柜为研究对象,分别对其进行了电快速瞬变脉冲群（Electrical Fast Transient/Burst,EFT/B）测试及电磁屏蔽特性研究。从伺服驱动器及机柜抗电磁干扰需求出发,分析了EFT/B及电磁屏蔽理论,设计了伺服驱动器EFT/B测试及机柜电磁屏蔽特性研究的总体方案,并分析了方案中伺服驱动器EFT/B专用测试方法设计、机柜有限元建模、机柜样机研制等关键技术问题。基于工业机器人伺服驱动器组成及工作原理,分析了其所在工业电磁环境下干扰源种类及耦合途径;针对伺服驱动器EFT/B干扰,通过对EFT/B通用测试标准分析,进行了伺服驱动器EFT/B详细的测试方案研究,形成了一种工业机器人伺服驱动器EFT/B专用测试方法。依据所形成的工业机器人伺服驱动器EFT/B专用测试方法,设计了不同负载、不同等级下的测试工况组合,开展了伺服驱动器EFT/B测试的验证性实验。结果表明:测试验证了所设计的专用测试方法是可行、有效的。基于工业机器人机柜所处电磁辐射环境,分析了辐射干扰源与耦合途径;针对机柜开孔及接地等需求,在频段0....
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机柜理论物理模型
杭州电子科技大学硕士学位论文16寸的长和宽，ar为孔阵式散热通风孔的单圆孔半径，内部隔板长宽尺寸分别为a、b，此外孔阵式结构与百叶窗式结构可进行散热孔尺寸转换，其换算关系为：awr。基于Robinson算法的等效电路模型如图2.9所示：图2.9机柜等效电路模型图2.9中，以百叶窗式散热孔结构为例，平面波等效为电压为V0、阻抗为Z0的电压源，机柜的特征阻抗与传播系数分别为Zg、kg，0k2/为自由空间波数，当/2ewb时，百叶窗式散热孔结构的特性阻抗为：式（2.16）中，K、"K为椭圆积分，ew为百叶窗式散热孔结构的有效宽度。进而测点P处的屏蔽效能为："10100220log20logpppVVSEVV（2.17）同理可得，带有孔阵式、内部隔板式散热孔结构的屏蔽腔体，其测点P处屏蔽效能表达式与式（2.17）一致。通过对屏蔽分类及屏蔽效能理论分析发现：机柜的电磁屏蔽性能受辐射干扰源、材料、表面结构形式等关键参数影响。然而，特定频段的工业电磁辐射环境下，机柜电磁屏蔽特性研究较少，如何通过仿真与实际测试对比，使其电磁屏蔽性能达到相对最佳，是工业机器人机柜EMC设计研发的关键之一。本文以工业机器人机柜为研究对象，在特定频段的工业电磁辐射环境下，仿真分析了机柜表面结构形式对其电磁屏蔽性能的影响，并进行相应测试实验，总体研究方案如图2.10所示：机柜电磁屏蔽特性总体研究方案机柜电磁屏蔽仿真分析测试方案设计测试实验准备测试结果分析对比电磁辐射环境散热孔接线孔接地机柜电磁屏蔽测试实验图2.10机柜电磁屏蔽特性研究总体方案
杭州电子科技大学硕士学位论文19伺服驱动器为例，如图3.2所示：(a)交流伺服驱动器(b)多个交流伺服驱动器组成的伺服系统图3.2工业机器人交流伺服驱动器工作流程为：以速度调节为例，通电后，控制模块进行自检及初始化后，等待接收计算机指令，伺服驱动器对电机反馈与控制等建立相关闭环，运用正弦场定向控制技术，DSP采样电机电流，其电流变化如式(3.1)所示：(,,)(,)(,)(,)(,)abcdqdqiiiiiiivvvvipm(3.1)式(1)中，常规电流(,,)abciii经整流变换后得到克拉克输入的电流形式(i,i)，(i,i)经派克变换得到(,)dqii，(,)dqii根据速度调节器q轴参考电流值pi调节与d轴参考电流值pi调节得到(,)dqvv，(,)dqvv经过派克反变换得到(v,v)，最后(v,v)经PWM脉宽调制将信号传输至IPM，IPM驱动伺服电机正常工作。3.2伺服驱动器电磁工作环境分析然而，工业机器人伺服驱动器工作时，周围产生的不利因素可能会制约着其可靠性运行，如大型感性负载设备频繁切换、焊接机器人末端焊枪的强弧光放电、线束线缆未屏蔽、接线端传导干扰严重等，这一系列问题形成了一个复杂恶劣的电磁环境。伺服驱动器作为工业机器人伺服驱动的必要组件之一，在此复杂恶劣电磁环境下，为防止受电磁干扰影响，必须考虑电磁兼容问题，故需具体对其所在的电磁工作环境中的电磁干扰源、耦合途径等关键因素进行必要分析。3.2.1电磁干扰源分析电磁干扰源分为自然干扰源与人为干扰源，这些电磁干扰源频带较宽，不同频带对应地电磁干扰源有所不同。低中频时以传导性干扰源为主，高频时以辐射干扰源为主。伺服驱动器多数处于轻工业与重工业环境下，其供电方式多数采取工厂附近或内部的低压配电网的配电变压器供电。其中，低压交流配电系统标称电压单相额定为
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子产品电磁兼容设计要素分析及测试方法研究[J]. 张骥. 电子测试. 2019(19)
[2]考虑不确定区域的敏感设备电压暂降兼容能力分析[J]. 马智远,周凯,李晨懿,汪坤,徐永海. 电源学报. 2020(05)
[3]智能电表快速瞬变脉冲群自动测试系统的研究[J]. 阮颐,张晓东,张兵兵. 集成电路应用. 2019(03)
[4]EMC测试中的电流注入技术浅谈[J]. 杨国芳,沈益雨. 通讯世界. 2019(02)
[5]电快速瞬变脉冲群重复频率研究[J]. 刘萌,李庆雨,张淑溢,施燕平. 中国医疗设备. 2018(11)
[6]论电子设备结构中的EMC设计[J]. 李浩,潘志科,黄志通. 电子世界. 2018(16)
[7]船用屏蔽箱体孔腔耦合谐振的仿真分析[J]. 罗名祺,金华标,王卓,喻方平. 舰船科学技术. 2018(11)
[8]电子设备机箱的电磁屏蔽结构设计及仿真[J]. 侯扬,李伟. 光电技术应用. 2018(02)
[9]任意平面波辐照下开孔矩形腔体屏蔽效能快速计算方法[J]. 胡溥宇,赵昱,杨锦鹏,孙晓颖. 电工技术学报. 2018(15)
[10]电磁干扰源的分类有哪些?[J]. 电子质量. 2016(08)
博士论文
[1]电子设备电磁屏蔽特性分析与设计方法研究[D]. 聂宝林.电子科技大学 2014
硕士论文
[1]电子装备屏蔽防护评估技术研究[D]. 韦泽青.西安电子科技大学 2018
[2]机箱及PCB系统电磁屏蔽效能的分析[D]. 陈萌.内蒙古大学 2017
[3]应用于交流充电桩EFT测试的高压脉冲源的研究[D]. 叶根龙.安徽工业大学 2017
[4]汽车零部件级电磁兼容（EMC）测试技术研究[D]. 刘祥武.湖南大学 2017
[5]小型机箱屏蔽效能测试技术研究[D]. 吉奉公.东南大学 2016
[6]基于电磁拓扑的机箱屏蔽特性分析方法研究[D]. 罗静雯.电子科技大学 2016
[7]加装有导电橡胶的屏蔽机箱屏蔽效能研究[D]. 张聪.西安电子科技大学 2015
[8]LDO稳压器电快速脉冲群敏感度研究[D]. 黄彦.国防科学技术大学 2015
[9]电子式电能表电快速瞬变脉冲群抗扰度自动测试系统研制[D]. 章雪生.中国计量学院 2015
[10]微处理器电快速瞬变脉冲群测试方法与防护技术研究[D]. 苏建伟.湘潭大学 2014
本文编号：3300285
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机柜理论物理模型
杭州电子科技大学硕士学位论文16寸的长和宽，ar为孔阵式散热通风孔的单圆孔半径，内部隔板长宽尺寸分别为a、b，此外孔阵式结构与百叶窗式结构可进行散热孔尺寸转换，其换算关系为：awr。基于Robinson算法的等效电路模型如图2.9所示：图2.9机柜等效电路模型图2.9中，以百叶窗式散热孔结构为例，平面波等效为电压为V0、阻抗为Z0的电压源，机柜的特征阻抗与传播系数分别为Zg、kg，0k2/为自由空间波数，当/2ewb时，百叶窗式散热孔结构的特性阻抗为：式（2.16）中，K、"K为椭圆积分，ew为百叶窗式散热孔结构的有效宽度。进而测点P处的屏蔽效能为："10100220log20logpppVVSEVV（2.17）同理可得，带有孔阵式、内部隔板式散热孔结构的屏蔽腔体，其测点P处屏蔽效能表达式与式（2.17）一致。通过对屏蔽分类及屏蔽效能理论分析发现：机柜的电磁屏蔽性能受辐射干扰源、材料、表面结构形式等关键参数影响。然而，特定频段的工业电磁辐射环境下，机柜电磁屏蔽特性研究较少，如何通过仿真与实际测试对比，使其电磁屏蔽性能达到相对最佳，是工业机器人机柜EMC设计研发的关键之一。本文以工业机器人机柜为研究对象，在特定频段的工业电磁辐射环境下，仿真分析了机柜表面结构形式对其电磁屏蔽性能的影响，并进行相应测试实验，总体研究方案如图2.10所示：机柜电磁屏蔽特性总体研究方案机柜电磁屏蔽仿真分析测试方案设计测试实验准备测试结果分析对比电磁辐射环境散热孔接线孔接地机柜电磁屏蔽测试实验图2.10机柜电磁屏蔽特性研究总体方案
杭州电子科技大学硕士学位论文19伺服驱动器为例，如图3.2所示：(a)交流伺服驱动器(b)多个交流伺服驱动器组成的伺服系统图3.2工业机器人交流伺服驱动器工作流程为：以速度调节为例，通电后，控制模块进行自检及初始化后，等待接收计算机指令，伺服驱动器对电机反馈与控制等建立相关闭环，运用正弦场定向控制技术，DSP采样电机电流，其电流变化如式(3.1)所示：(,,)(,)(,)(,)(,)abcdqdqiiiiiiivvvvipm(3.1)式(1)中，常规电流(,,)abciii经整流变换后得到克拉克输入的电流形式(i,i)，(i,i)经派克变换得到(,)dqii，(,)dqii根据速度调节器q轴参考电流值pi调节与d轴参考电流值pi调节得到(,)dqvv，(,)dqvv经过派克反变换得到(v,v)，最后(v,v)经PWM脉宽调制将信号传输至IPM，IPM驱动伺服电机正常工作。3.2伺服驱动器电磁工作环境分析然而，工业机器人伺服驱动器工作时，周围产生的不利因素可能会制约着其可靠性运行，如大型感性负载设备频繁切换、焊接机器人末端焊枪的强弧光放电、线束线缆未屏蔽、接线端传导干扰严重等，这一系列问题形成了一个复杂恶劣的电磁环境。伺服驱动器作为工业机器人伺服驱动的必要组件之一，在此复杂恶劣电磁环境下，为防止受电磁干扰影响，必须考虑电磁兼容问题，故需具体对其所在的电磁工作环境中的电磁干扰源、耦合途径等关键因素进行必要分析。3.2.1电磁干扰源分析电磁干扰源分为自然干扰源与人为干扰源，这些电磁干扰源频带较宽，不同频带对应地电磁干扰源有所不同。低中频时以传导性干扰源为主，高频时以辐射干扰源为主。伺服驱动器多数处于轻工业与重工业环境下，其供电方式多数采取工厂附近或内部的低压配电网的配电变压器供电。其中，低压交流配电系统标称电压单相额定为
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子产品电磁兼容设计要素分析及测试方法研究[J]. 张骥. 电子测试. 2019(19)
[2]考虑不确定区域的敏感设备电压暂降兼容能力分析[J]. 马智远,周凯,李晨懿,汪坤,徐永海. 电源学报. 2020(05)
[3]智能电表快速瞬变脉冲群自动测试系统的研究[J]. 阮颐,张晓东,张兵兵. 集成电路应用. 2019(03)
[4]EMC测试中的电流注入技术浅谈[J]. 杨国芳,沈益雨. 通讯世界. 2019(02)
[5]电快速瞬变脉冲群重复频率研究[J]. 刘萌,李庆雨,张淑溢,施燕平. 中国医疗设备. 2018(11)
[6]论电子设备结构中的EMC设计[J]. 李浩,潘志科,黄志通. 电子世界. 2018(16)
[7]船用屏蔽箱体孔腔耦合谐振的仿真分析[J]. 罗名祺,金华标,王卓,喻方平. 舰船科学技术. 2018(11)
[8]电子设备机箱的电磁屏蔽结构设计及仿真[J]. 侯扬,李伟. 光电技术应用. 2018(02)
[9]任意平面波辐照下开孔矩形腔体屏蔽效能快速计算方法[J]. 胡溥宇,赵昱,杨锦鹏,孙晓颖. 电工技术学报. 2018(15)
[10]电磁干扰源的分类有哪些?[J]. 电子质量. 2016(08)
博士论文
[1]电子设备电磁屏蔽特性分析与设计方法研究[D]. 聂宝林.电子科技大学 2014
硕士论文
[1]电子装备屏蔽防护评估技术研究[D]. 韦泽青.西安电子科技大学 2018
[2]机箱及PCB系统电磁屏蔽效能的分析[D]. 陈萌.内蒙古大学 2017
[3]应用于交流充电桩EFT测试的高压脉冲源的研究[D]. 叶根龙.安徽工业大学 2017
[4]汽车零部件级电磁兼容（EMC）测试技术研究[D]. 刘祥武.湖南大学 2017
[5]小型机箱屏蔽效能测试技术研究[D]. 吉奉公.东南大学 2016
[6]基于电磁拓扑的机箱屏蔽特性分析方法研究[D]. 罗静雯.电子科技大学 2016
[7]加装有导电橡胶的屏蔽机箱屏蔽效能研究[D]. 张聪.西安电子科技大学 2015
[8]LDO稳压器电快速脉冲群敏感度研究[D]. 黄彦.国防科学技术大学 2015
[9]电子式电能表电快速瞬变脉冲群抗扰度自动测试系统研制[D]. 章雪生.中国计量学院 2015
[10]微处理器电快速瞬变脉冲群测试方法与防护技术研究[D]. 苏建伟.湘潭大学 2014
本文编号：3300285
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3300285.html
