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数字农业平台电机驱动控制系统设计

作　者: 王转卫
导　师: 郭康权
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 电机驱动矢量控制可编程控制器(PLC) 能量回馈
分类号: TM921.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电机驱动控制部分是数字农业精准生产技术平台的动力来源,又包含基本运动控制功能的实现,它的设计质量直接影响到系统的可行性以及位置控制精度。整个驱动系统要实现自动化控制,不但容量上应满足要求,拖动桁架及所有附属物在轨道上按要求运行,而且要求控制精度高。论文通过分析比较各种电动车辆驱动电机及驱动控制技术的特点,结合平台实际要求,选择电动车专用异步电机GLMI15A1为平台桁车的驱动电机,FX2N可编程控制器(PLC)为核心控制器件,三菱智能功率模块(IPM)PM300CVA060为功率变换模块,并提出了用PLC对异步电机实行矢量控制的方案。论文首先对异步电机矢量控制技术进行了理论分析和研究。在此基础上,结合桁车运行时的实际要求,确定采用转子磁场定向控制(RFOC)算法实现定子电流励磁分量和转矩分量的完全解耦控制,并给出了矢量控制原理图。指出这种控制方法的控制性能受到转子时间常数精度的制约,提出了一种异步电机转子时间常数辨识方法。考虑到实际应用,论文给出了在工程实际中测定励磁电流分量和转矩电流分量的一种方案。能量回馈技术在电驱动技术中占有重要地位,论文提出了一种在矢量控制算法中实现能量回馈的方法思路,即结合电源电池的充放电特性,利用矢量控制算法中励磁分量和转矩分量完全解耦的特点,通过控制定子电流的转矩分量的正负来实现回馈制动。论文对电机驱动控制系统的硬件和软件部分的一些关键模块进行了设计和分析。硬件方面主要包括蓄电池电源设计、电机及相应功率模块选择、控制器相关硬件模块设计与分析等,并指出在应用时需要考虑的一些实际问题。软件方面提出了矢量控制算法在PLC上实现的总体思路,并对模拟量模块、高速计数器模块和通信模块的软件设置也做了比较详细的介绍和说明,给出了相应的一些设置程序。论文从实际应用角度介绍了几种硬件设备在安装或使用过程中应该注意的问题,说明安全、高效地用好各个器件是保证系统可靠工作的物质前提,并对驱动控制系统在实际使用时的相关问题做了简单介绍。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 数字农业及数字农业工程技术  9-10
  1.2 选题目的及意义  10-12
    1.2.1 课题简介  10-11
    1.2.2 研究意义  11-12
  1.3 国内外电动车辆驱动控制技术现状及发展  12-15
  1.4 控制器件简介  15-17
    1.4.1 PLC 的定义及特点  15
    1.4.2 组成及工作原理  15-17
    1.4.3 功能应用  17
  1.5 本论文的主要研究内容  17-18
第2章系统整体设计方案及控制理论研究  18-38
  2.1 系统整体设计方案及思路  18-20
    2.1.1 整体构成  18
    2.1.2 设计思路  18-20
  2.2 异步电机矢量控制基本原理  20-21
  2.3 异步电机矢量控制的理论概述  21-29
    2.3.1 三相/两相静止坐标变换  22-23
    2.3.2 旋转坐标变换  23-24
    2.3.3 异步电动机在αβ坐标系上的电压方程式和转矩方程  24-25
    2.3.4 异步电动机在dq 坐标系上的电压方程式和转矩方程  25-26
    2.3.5 矢量控制的基本方程式  26-27
    2.3.6 转子磁链的前馈控制  27-28
    2.3.7 异步电动机转子时间常数辨识  28-29
  2.4 转子磁场定向控制基本方案  29-34
    2.4.1 电流注入型矢量控制方案  29
    2.4.2 逆变器调制技术  29-33
    2.4.3 电流控制器  33
    2.4.4 磁通控制  33-34
  2.5 工程应用中励磁电流分量和转矩电流分量的测定  34-35
    2.5.1 励磁电流分量的测定  34-35
    2.5.2 转矩分量的确定  35
  2.6 矢量控制算法中实现能量回馈的方法思路  35-36
  2.7 本章小结  36-38
第3章驱动控制系统硬件设计  38-52
  3.1 控制系统整体框架构成  38-39
  3.2 蓄电池电源设计选择  39-40
    3.2.1 概述  39
    3.2.2 根据实际情况确定本系统的电源  39-40
  3.3 电机型号确定及相应功率模块选择  40-44
    3.3.1 行走电机选择  40-41
    3.3.2 功率模块选择  41-42
    3.3.3 缓冲电路设计  42-44
    3.3.4 作业机具电机驱动控制部分确定  44
  3.4 PLC 型号确定及相关硬件模块设计  44-51
    3.4.1 PLC 型号确定  44
    3.4.2 模拟量输入部分设计  44-47
    3.4.3 高速计数器模块  47-49
    3.4.4 通信模块及通信接口  49-51
  3.5 电机驱动控制部分与平台其它相关部分的衔接  51
  3.6 本章小结  51-52
第4章驱动控制系统软件设计  52-57
  4.1 引言  52
  4.2 矢量控制算法在PLC 上实现的总体思路  52-54
  4.3 各模块的软件设置  54-56
    4.3.1 模拟量输入模块设置  54-55
    4.3.2 高速计数器模块设置  55
    4.3.3 通信接口软件设计  55-56
  4.4 矢量控制算法中各种基本运算的实现  56
  4.5 本章小结  56-57
第5章系统硬件安装及使用说明  57-59
  5.1 锂电池使用注意事项  57
    5.1.1 电池使用注意事项及日常维护  57
    5.1.2 动力锂电池充放电过程注意事项  57
  5.2 PLC 使用注意事项  57-58
  5.3 系统使用说明  58
  5.4 本章小结  58-59
第6章结论与展望  59-61
  6.1 主要工作及结论总结  59
  6.2 后续研究工作展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录  65-67
  附录1 模拟量输入模块设置梯形图  65
  附录2 高速计数器模块设置梯形图  65-66
  附录3 部分通信程序  66-67
作者简介  67

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