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舞台现场四电机同步控制系统设计与方法研究

作　者: 彭思远
导　师: 马宏绪
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 四电机驱动升降平台 集散控制系统 可编程控制器 PROFIBUS-DP Ethemet 多电机同步控制 交叉耦合
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 162次
引　用: 3次
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内容摘要


2008年,北京奥运会成功举办,令世界瞩目,其中舞台设备控制系统的高效运行,是开闭幕式表演成功的重要保障。开闭幕式的表演具有规模大、道具多、动作复杂、时限性强等特点,因而对舞台设备控制系统的设计和应用提出了更高的要求。本文针对四电机驱动升降平台,设计了舞台表演机械设备的控制系统,研究了多电机同步控制的方法。首先,从舞台表演的需求和集散控制系统的功能结构出发,进行四电机驱动升降平台控制系统的总体方案设计,并采用设备冗余和网络冗余的手段来提高系统的可靠性。其次,实现了四电机驱动升降平台控制系统中的数据传输。针对系统中不同设备的功能需求,采用基于PROFIBUS-DP和Ethernet网络的两种通讯手段来实现PLCS7-400与其他设备的数据传输。最后,针对四电机同步升降平台,对多电机同步控制的交叉耦合方法进行研究。交叉耦合同步控制有主从控制和等状态控制两种结构,本文从单电机系统模型出发,对等状态控制进行建模,分析系统的稳定性。然后根据具体的设备参数,从抗干扰性能出发,使用工程设计的方法进行跟踪控制器和同步补偿器的设计,定量分析了两轴系统的稳定性。并在两轴系统和四轴系统中,分别进行两种同步控制结构下启动性能和同步性能的对比分析,认为等状态控制更适合应用于四电机升降平台的同步控制。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题概述  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 研究背景  11-12
  1.2 研究现状  12-15
    1.2.1 舞台机械控制系统发展现状  12-14
    1.2.2 多电机同步控制发展现状  14-15
  1.3 研究内容及组织结构  15-17
第二章 四电机驱动升降台控制系统设计  17-30
  2.1 引言  17
  2.2 系统功能分析  17-19
    2.2.1 被控对象描述  17-18
    2.2.2 系统总体需求分析  18-19
  2.3 总体设计方案  19-27
    2.3.1 系统结构设计  20-21
    2.3.2 系统模块设计  21-22
    2.3.3 主要模块的设备选型  22-24
    2.3.4 系统网络冗余设计  24-27
  2.4 系统安全性设计  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 四电机驱动升降平台控制系统数据传输  30-44
  3.1 引言  30
  3.2 基于PROFIBUS-DP总线的数据传输  30-40
    3.2.1 系统中的PROFIBUS-DP网络  30-31
    3.2.2 数据传输的两种方式  31-32
    3.2.3 S7-400与S7-300数据传输  32-35
    3.2.4 S7-400与SEW变频器数据传输  35-40
  3.3 基于Ethernet的数据传输  40-43
    3.3.1 系统中的Ethernet网络  40-41
    3.3.2 S7-400与上位机的Ethernet数据传输  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 四电机升降平台同步控制方法研究  44-67
  4.1 引言  44
  4.2 交叉耦合同步的两种方法  44-46
    4.2.1 主从同步控制  45-46
    4.2.2 等状态同步控制  46
  4.3 多电机等状态同步控制  46-51
    4.3.1 单直流电机调速系统模型  47-49
    4.3.2 多电机等状态同步控制系统建模  49-50
    4.3.3 控制器设计方法  50-51
  4.4 稳定性和抗扰性分析  51-56
    4.4.1 控制系统的稳定性  51-53
    4.4.2 等状态同步控制的稳定性分析  53-55
    4.4.3 等状态同步控制的抗扰性能分析  55-56
  4.5 两轴系统稳定性定量分析  56-59
    4.5.1 控制器结构及参数设计  56-58
    4.5.2 两轴系统稳定性  58-59
  4.6 仿真分析  59-63
    4.6.1 两轴系统仿真分析  59-62
    4.6.2 四轴系统仿真分析  62-63
  4.7 算法实现研究  63-66
    4.7.1 具备的条件  63-64
    4.7.2 存在的问题及解决方案  64-66
  4.8 本章小结  66-67
第五章 结论与展望  67-69
  5.1 全文总结  67
  5.2 未来的工作  67-69
致谢  69-70
参考文献表  70-73
作者在学期间取得的学术成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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