煤矿皮带机直驱伺服控制系统的研究

发布时间：2020-10-17 00:34

　　 煤矿皮带机在井下运输系统中占据十分重要的地位,它的安全可靠运行,直接关系到企业的生产效益和人员的生命安全。本文分析了现有的煤矿皮带机驱动方式,打破了传统的异步电动机带减速机配合滚筒的结构局限性,设计了一种利用外转子永磁同步电机直接驱动煤矿带式输送机的直接驱动方式,从而实现了高效节能的机电一体化零传动结构。通过对该电机控制策略的研究与分析,本文决定采用矢量与无模型自适应控制相结合的方案,其工作主要如下:首先介绍了国内外外转子永磁同步电机的发展趋势及其在煤矿皮带运输机上的应用情况,并对电机本体进行基本介绍。根据该外转子永磁同步电机不同坐标系下的数学模型,给出了PWM矢量控制策略。其次,根据矿井皮带运输机的运行特点和要求,提出一个理想的'S'型启动曲线,并设计出无模型自适应调速控制器代替传统的PID控制器。通过调节输入输出参数使得电机达到最佳启动状态,从而实现无模型的数据驱动控制。其免去了对被控系统建模的繁重工作,也抑制了由于负载随机变化所带来的扰动。为了提高伪偏导数的利用率,加快系统的响应速度,本文将其与滑模控制相结合,改进后的算法在电机驱动中获得了较好的调速性能。最后,设计了一套采用外转子永磁同步电机作为皮带机输送机直驱电机的调速系统,并给出该系统的相关硬件电路图设计、软件控制流程和各主要元器件的选型。为了验证改进控制算法的可行性以及无模型自适应控制在该电机驱动控制中的调速性能,对其在MATLAB/SIMULINK仿真软件平台上进行建模与仿真分析,并与传统的PID速度调节器进行比较。仿真的结果表明,无模型数据驱动控制成功的实现了对给定速度曲线的追踪,显示出较强的抗干扰特性;改进的控制算法在仿真中也获得了较好的跟踪性和鲁棒性,并且加快了系统的相应速度,缩短了调节时间,验证了该算法的有效性。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TD634.1;TP273
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 皮带机控制技术国内外研究现状
        1.2.1 皮带机驱动方式的发展现状
        1.2.2 国内外皮带机控制技术的发展现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本章小结
2 煤矿皮带机驱动电机及控制技术的研究
    2.1 煤矿皮带机对控制系统及驱动装置的要求
    2.2 煤矿皮带机理想速度曲线选取
    2.3 直驱永磁同步驱动电机的结构特点
    2.4 直驱式永磁同步电机的散热结构分析
    2.5 直驱式永磁同步电机低速运行分析
        2.5.1 永磁同步电机低速直驱的优势
        2.5.2 永磁同步电机低速运行存在的问题
        2.5.3 解决方案分析
    2.6 本章小结
3 煤矿皮带机直驱调速控制方案设计
    3.1 煤矿皮带机驱动系统数学建模
    3.2 直驱式永磁同步电机控制策略
        3.2.1 控制方案选取
        3.2.2 电压空间矢量脉宽调制技术
    3.3 传统PID控制器设计
    3.4 无模型自适应控制器设计
        3.4.1 非线性系统线性化
        3.4.2 基于紧格式的无模型自适应控制律算法
        3.4.3 基于紧格式的伪偏导数估计算法
    3.5 串级无模型自适应控制器设计
    3.6 无模型自适应滑模控制器设计
        3.6.1 无模型自适应滑模控制算法推导
        3.6.2 稳定性分析
        3.6.3 仿真验证
    3.7 本章小结
4 煤矿皮带机调速系统主要硬件设计
    4.1 调速系统总体方案
    4.2 主电路设计的参数选择
        4.2.1 功率开关器件的选择
        4.2.2 熔断器和进线开关的选择
        4.2.3 交流侧进线电感的设计
        4.2.4 滤波电路的设计
    4.3 控制电路的设计
    4.4 驱动电路的设计
    4.5 保护电路的设计
        4.5.1 过压欠压保护电路
        4.5.2 过流保护电路
    4.6 检测电路的设计
        4.6.1 同步信号电路的设计
        4.6.2 电流检测电路
        4.6.3 直流侧电压检测电路
        4.6.4 电机转速与转子位置检测电路
    4.7 本章小结
5 基于MATLAB皮带机调速系统仿真分析
    5.1 MATLAB仿真工具简介
    5.2 无模型自适应控制系统仿真分析
        5.2.1 无模型自适应控制系统设计
        5.2.2 无模型自适应控制仿真分析
    5.3 串级无模型自适应控制系统仿真分析
        5.3.1 串级无模型自适应控制系统设计
        5.3.2 串级无模型自适应控制仿真分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

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本文编号：2844009