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物料自动化输送系统的电磁行波驱动控制技术研究

作　者: 严焕迪
导　师: 唐敦兵
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 物料输送系统电磁行波驱动控制技术自整定模糊PID控制数字信号处理器正弦脉宽调制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

伴随着工业技术与科学技术的飞速发展，物料自动化输送系统得到了广泛的应用。针对传统的物料输送线存在的噪声大、机械损耗严重、设备寿命较短、生产效率低、系统柔性差等问题，课题组提出了将电磁行波驱动技术引入到物料自动化输送系统中，模拟工业物料输送线搭建了一套的电磁行波驱动的物料自动化输送系统的实验模型。本文重点研究的是电磁行波驱动控制技术，主要的研究工作如下：首先，根据电磁行波驱动器的原理及工作特性，设计自整定模糊PID控制器的结构，并完成模糊算法的设计，接着在软件Matlab的Simulink环境下搭建系统速度闭环控制的仿真模型，分别对自整定模糊PID控制系统和传统PID控制系统做分析研究，通过对比波形数据来验证在本系统中使用自整定模糊PID控制器能够达到较为满意的控制效果。其次，确定了电磁行波驱动控制器硬件部分总体结构。整个控制系统硬件电路主要分为三个部分：控制电路、功率驱动电路、辅助电路。控制电路主要由数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP）控制系统，速度反馈模块构成；功率驱动电路包括整流电路、IPM逆变电路和电磁行波驱动器等；辅助电路主要由直流母线电压采样电路、电流采集电路、保护电路等组成，根据设计完成硬件系统的搭建。再次，完成了系统的软件编程设计，设计了对称规则采样法和不对称规则采样法生成正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM）波形的程序以及自整定模糊PID控制程序，并编写了主要包括DSP初始化程序、主程序、定时器T1中断服务程序、模糊PID调节程序，故障中断子程序等。最后，构建了一个完整的电磁行波驱动器控制系统，应用于课题组前期完成的电磁行波驱动的物料自动化输送线试验平台上，并对控制系统进行实验，通过实验验证设计的控制策略及依照此策略搭建的控制系统适应于课题中的电磁行波驱动的物料自动化输送系统。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-20
  1.1 课题研究背景  13-16
  1.2 课题研究现状  16-18
  1.3 课题来源与研究意义  18
  1.4 课题主要的研究内容  18-19
  1.5 本章小结  19-20
第二章系统控制策略设计及控制仿真  20-36
  2.1 相关控制理论  20-22
    2.1.1 PID 控制理论  20-21
    2.1.2 模糊控制理论  21-22
  2.2 自整定模糊 PID 控制器的结构设计  22-23
  2.3 自整定模糊 PID 控制器的模糊算法的设计  23-30
    2.3.1 精确输入量的模糊化  23-26
    2.3.2 模糊控制规则的建立与模糊推理设计  26-28
    2.3.3 控制量的解模糊化  28-30
  2.4 电磁行波驱动器速度闭环控制系统仿真实验  30-35
    2.4.1 Simulink 简介  30-31
    2.4.2 速度闭环控制仿真实验  31-34
      2.4.2.1 电磁行波驱动器的仿真模型  31-32
      2.4.2.2 电磁行波驱动器速度闭环控制仿真  32-34
    2.4.3 仿真实验结果与分析  34-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章电磁行波驱动器控制系统硬件电路设计  36-51
  3.1 硬件电路总体结构  36
  3.2 控制电路  36-44
    3.2.1 DSP-TMS320F2812 开发板  37-39
    3.2.2 速度反馈模块  39-44
      3.2.2.1 数据采集电路  39-42
      3.2.2.2 无线通讯模块  42-44
  3.3 驱动电路  44-47
  3.4 辅助电路  47-50
    3.4.1 电流采集电路  47-48
    3.4.2 直流母线电压采样电路  48
    3.4.3 故障保护电路  48-49
    3.4.4 驱动隔离电路  49-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章电磁行波驱动器控制系统软件程序设计  51-61
  4.1 DSP 软件开发平台  51-52
  4.2 SPWM 控制信号的生成  52-58
    4.2.1 SPWM 控制原理  52-53
    4.2.2 生成 SPWM 波程序设计  53-58
      4.2.2.1 DSP 生成 PWM 波的基本方法  53-54
      4.2.2.2 SPWM 波算法的设计  54-57
      4.2.2.3 DSP 生成 SPWM 波的程序设计  57-58
  4.3 自整定模糊 PID 控制程序设计  58-59
  4.4 故障中断子程序设计  59-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章控制系统实验及结果分析  61-68
  5.1 电磁行波驱动的物料自动化输送线试验平台  61-62
  5.2 完整的电磁行波驱动控制系统  62-64
  5.3 系统实验结果及分析  64-67
    5.3.1 速度脉冲采集实验  64-65
    5.3.2 SPWM 波生成实验  65
    5.3.3 速度闭环的自整定模糊 PID 控制实验  65-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68-69
  6.2 工作展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
研究生期间的科研成果及发表的论文  74

物料自动化输送系统的电磁行波驱动控制技术研究

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