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大功率异步电机安全运行控制器的研究

作　者: 李时育
导　师: 刘忠
学　校: 湖南师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: 大功率异步电机新型模糊变论域软启动泵控软停车 UC/OS-II
分类号: TM343.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

大功率异步电机直接启动时,存在大的冲击电流和冲击转矩,对电网有冲击,并对负载液压站引起水锤效应;大功率异步电机直接停车时,液压站同样存在水锤效应;在大功率异步电机运行时,它可能存在过载、过压、欠压、断相等故障。针对上述问题,设计了一个大功率异步电机运行于泵类负载的安全运行控制器,它主要解决启动电流冲击、泵类负载启动和停车时的水锤效应、大功率异步电机本身的故障诊断、以及在强电磁干扰下的控制器良好的抗干扰能力和安全稳定性等问题。主要研究内容包括:1.提出了一种基于新型模糊变论域自适应控制的大功率异步电机软启动策略。针对时变、非线性的高阶的大功率异步电机软启动系统,提出了大功率异步电机的数学模型,分析了常规的模糊控制和基于函数模型的变论域在工程应用中的不足,将一种新型的变论域自适应模糊控制方法应用于异步电机的软启动控制系统中,并建立电机软启动控制系统的Matlab/Simulink的仿真模型,与传统PID控制和常规模糊软启动控制方法进行了比较。仿真结果表明,该方法具有无需精确建模、响应快速、精度高、鲁棒性好、适应性强等优点,切实可行,并优于其它控制方法。2.建立了大功率异步电机的泵控软停车控制策略。大功率异步电机的负载是液压泵,泵在启动和停车时容易产生水锤效应,传统的基于电压斜波控制方式的软停车不能完全解决水锤效应,液压系统还是会有喘振,而基于功率闭环控制的大功率异步电机的泵控软停车控制方案能更有效地解决水锤效应,消除了液压系统的喘振和噪音。3.对大功率异步电机的运行状态进行了监测和大功率异步电机的常规故障进行诊断。4.设计了基于DSP的大功率电机安全运行控制器的硬件系统,充分的考虑了安全运行控制器的大电磁干扰的工作环境,采取了良好的抗干扰措施,提高了安全运行控制器的抗干扰能力。5.设计了大功率异步电机的安全运行控制器的软件系统,并将嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ移植到安全控制器,利用UC/OS-Ⅱ对安全运行控制器的软硬件进行管理,提高了整个系统的安全性和稳定性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章绪论  9-16
  1.1 发展和研究现状  9-14
    1.1.1 大功率异步电机的启动方式综述  9-14
    1.1.2 大功率异步电机的故障诊断在安全运行控制器中的应用  14
  1.2 选题的背景及意义  14-15
  1.3 选题的研究重点  15-16
第2章大功率异步电机的数学模型分析  16-22
  2.1 大功率异步电机的数学模型  16-19
    2.1.1 大功率异步电机两相静止坐标系下的数学模型  16-17
    2.1.2 大功率异步电机由三相变二相的数学模型  17-18
    2.1.3 大功率异步电机的软启动过程  18-19
  2.2 大功率异步电机的机械特性  19-22
第3章大功率异步电机安全运行控制器的整体设计方案  22-31
  3.1 大功率异步电机安全运行控制器的设计思想  22
  3.2 大功率异步电机安全运行控制器的系统设计方案  22-25
    3.2.1 基于单片机的安全控制器的系统设计方案  23-24
    3.2.2 基于DSP的安全控制器的系统设计方案  24
    3.2.3 系统设计方案的对比  24-25
  3.3 大功率异步电机的泵控软停车方案的设计  25-28
    3.3.1 软停时产生喘振的原因  26-27
    3.3.2 有功功率闭环的泵控软停控制  27
    3.3.3 有功功率测量的算法  27-28
    3.3.4 基于模糊变论域的有功功率闭环泵控软停控制策略  28
  3.4 控制器的嵌入式操作系统的应用方案  28-31
    3.4.1 嵌入式操作系统综述  29
    3.4.2 UC/OS-Ⅱ操作系统内核的工作原理  29-30
    3.4.3 嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ在安全控制器中应用的优点  30-31
第4章大功率异步电机的新型变论域模糊软启动控制研究  31-47
  4.1 传统模糊控制器的局限性  31-32
  4.2 模糊变论域思想  32-34
    4.2.1 论域对控制器的影响  32
    4.2.2 变论域思想基础理论分析  32-33
    4.2.3 模糊控制器的数学结构模型  33-34
  4.3 大功率异步电机软启动新型变论域模糊控制策略分析  34-37
    4.3.1 新型变论域模糊自适应控制器结构  34-35
    4.3.2 模糊变论域的伸缩因子  35-37
    4.3.3 新型变论域模糊自适应控制的工作流程  37
  4.4 大功率异步电机软启动控制策略仿真  37-46
    4.4.1 大功率异步电机仿真模型的实现  37-42
    4.4.2 软启动仿真模型  42-43
    4.4.3 仿真结果分析  43-46
  4.5 小结  46-47
第5章大功率异步电机安全运行控制器的电路实现  47-61
  5.1 大功率异步电机安全运行控制器的硬件介绍  47-48
  5.2 大功率异步电机安全运行控制器的主回路设计  48-51
    5.2.1 晶闸管的选型及保护回路设计  48-50
    5.2.2 主电路电气元件的选型。  50-51
  5.3 同步采样电路的设计  51-52
  5.4 电流整流采样电路  52-54
  5.5 电压采样电路  54-55
  5.6 晶闸管触发方案和脉冲驱动电路  55-57
    5.6.1 晶闸管触发方案的选择  55-56
    5.6.2 晶闸管触发驱动电路  56-57
  5.7 断相检测电路  57-58
  5.8 人机交互电路  58-59
  5.9 硬件的抗干扰设计  59-61
第6章大功率异步电机安全运行控制器的软件开发  61-75
  6.1 大功率异步电机安全运行控制器的主程序设计  61-62
  6.2 大功率异步电机的软启动和泵控软停车软件流程图  62-64
  6.3 同步信号检测程序设计  64-65
  6.4 故障处理算法与程序设计  65-66
  6.5 嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ的移植与应用  66-75
    6.5.1 嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ在DSP中的移植  66-70
    6.5.2 任务的划分和优先级的确定  70-73
    6.5.3 嵌入式操作系统UC/OS-Ⅱ在大功率安全运行控制器中的移植与应用  73-75
第7章全文总结与展望  75-77
参考文献  77-80
附录1 攻读学位期间发表的学术论文  80-81
附录2 基于DSP的主控板电路原理图  81-82
附录3 基于DSP的主控板电路板实物图  82-83
致谢  83-84

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