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基于模糊控制的电机软启动器设计及仿真

作　者: 王诗钧
导　师: 王宁会
学　校: 大连理工大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 软启动器限流模糊控制仿真晶闸管
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

三相交流异步电动机因具有结构简单、性能可靠以及价格低廉等优点,所以在工业生产以及日常生活等领域广泛应用。交流异步电机若直接起动时,会产生非常大的冲击电流,其值约为额定电流的7-8倍,对电网和电机拖动系统造成冲击,影响设备使用寿命。传统电机起动方式有串电抗起动方式、Y-A起动方式、延边三角形起动方式等。这些起动方式均属于机械式起动,在电机起动过程中会产生二次冲击电流和二次冲击转矩,对系统造成影响。针对这种情况,本文采用模糊控制算法,通过分析电机起动特性,研制出以Atmegal1280为核心控制器的新型智能软启动器。软启动器的起动方式属于无触点起动,通过控制晶闸管导通角,使电机两端电压逐渐上升,实现电机平缓起动,无冲击电流。本文设计的软启动器采用模糊限流起动方式,即以检测到的电机定子电流作为闭环控制信号,经模糊控制器推理运算,输出控制信号给晶闸管触发脉冲。软启动器通过控制晶闸管导通角,实现电机两端电压逐渐升高,使电机起动电流限定在期望值范围内,电机转速平缓上升。本系统采用二维模糊控制器,以电流偏差E和电流偏差变化率EC作为输入信号,晶闸管导通角变化量为输出控制量。输入和输出信号均采用三角隶属函数,模糊规则选用"If E and EC then U"语句,根据理论分析和现场实践经验建立模糊控制表。系统CPU根据输入信号以查表的方式输出控制信号。本文设计软启动系统的硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括：同步检测信号电路、电流采样电路、辅助电源电路、A/D转换电路、驱动电路、故障保护电路、按键输入电路以及液晶显示电路等。软件部分主要实现的功能是把采样回来的电流信号与按键输入设定的值进行比较,运算出电流偏差和电流偏差变化率作为模糊控制器输入信号。系统根据输入信号查询模糊控制表,输出控制信号。本系统设计的软启动器是集软起动、软停车、按键输入、液晶显示以及多种保护与一体的嵌入式集成控制系统。针对不同负载,可通过按键输入的方式来设定系统参数,如限值电流、起动电压、起动时间等,使电机起动特性和负载情况匹配,起动效果良好,运行更加稳定。系统有液晶显示功能,可实时显示系统运行状态,同时还具有过电压保护、过电流保护、过热保护、缺相保护等。当系统检测到故障时,液晶显示故障信息,继电器保护电路故障输出,软启动器断路,实现系统保护。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题研究的背景  10-11
  1.2 传统电机起动方式  11-15
    1.2.1 电机直接起动  11-12
    1.2.2 串电抗起动方式  12
    1.2.3 星形-三角形(Y-△)起动方式  12-13
    1.2.4 自耦变压器起动方式  13-14
    1.2.5 延边三角形起动方式  14-15
  1.3 软启动器控制方式  15-17
    1.3.1 限流起动方式  15
    1.3.2 电压斜坡起动方式  15-16
    1.3.3 转矩控制起动  16
    1.3.4 突跳转矩控制起动  16-17
  1.4 软启动器发展现状  17-19
    1.4.1 软启动器概述  17-18
    1.4.2 国外软启动技术的发展现状  18
    1.4.3 国内软启动技术的发展现状  18-19
  1.5 本课题研究的内容  19-20
2 电机起动基础理论分析  20-27
  2.1 交流异步电动机的等效电路  20-21
  2.2 负载端电压与触发角α之间的关系  21-26
  2.3 本章小结  26-27
3 软启动系统设计  27-52
  3.1 软启动器的工作原理  27-28
  3.2 软启动器的硬件设计  28-46
    3.2.0 软启动器的主电路设计  28-29
    3.2.1 模糊控制器Atmegal1280介绍  29-30
    3.2.2 Atmegal1280时钟系统和复位电路  30
    3.2.3 同步检测信号电路  30-33
    3.2.4 驱动电路  33-34
    3.2.5 逻辑信号电路  34-35
    3.2.6 液晶显示电路  35-36
    3.2.7 电流采样电路  36-37
    3.2.8 功率因数检测电路  37-39
    3.2.9 电压跟随电路  39
    3.2.10 A/D转换电路  39-42
    3.2.11 电源模块设计  42-44
    3.2.12 过电流保护电路  44
    3.2.13 温度检测电路  44-45
    3.2.14 故障报警及旁路输出电路  45-46
  3.3 软启动器的软件设计  46-50
    3.3.1 软启动系统软件总设计  46-47
    3.3.2 软启动系统程序设计  47-49
    3.3.3 晶闸管触发子程序设计  49-50
  3.4 系统抗干扰设计  50-51
    3.4.1 硬件抗干扰设计  50-51
    3.4.2 软件抗干扰设计  51
  3.5 本章小结  51-52
4 模糊限流控制算法的研究  52-60
  4.1 模糊控制系统  52-53
  4.2 模糊控制器  53-54
  4.3 限流模糊控制算法  54-58
    4.3.1 模糊控制器的语言变量  54-55
    4.3.2 输入输出变量的隶属函数及赋值表  55-57
    4.3.3 模糊状态表  57
    4.3.4 模糊控制表  57-58
  4.4 本章小结  58-60
5 软启动模糊控制系统的仿真  60-64
  5.1 软启动系统仿真  60-62
  5.2 软启动系统仿真结果  62-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
附录A 软启动器实物图  68-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

基于模糊控制的电机软启动器设计及仿真

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