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土方机械落物保护试验台落锤落差高度的精确测量

作　者: 高威
导　师: 冀群心
学　校: 吉林大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 土方机械落物保护装置单片机光电编码器变频器-三相交流电机数学模型 PID控制器
分类号: TH871.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

土方机械落物保护试验台能够检测土方机械驾驶室在被落石等滚落、击中时的刚体变形的程度及形状,从而为落物保护装置的验收及改进提供数据支持和方案支持。但是我校土方机械检测实验室检测设备自动化程度不高,给检测人员的人身安全造成一定隐患并使检测精度不高,为后续数据采集和改进方案的提出造成了困难。正因如此,才提出本论文所涉及的对设备进行改进的工程需求。本论文对设备进行如下改进:1、不改动原有的异步电动机;2、通过支架和带有光电码盘的滑轮组成测量钢索移动距离的传感器;3、光电码盘产生脉冲信号送入单片机进行处理;4、将经过单片机处理的信号送入交流电机驱动器,驱动电机提升落锤到指定高度。本论文主要包括硬件设计、软件设计、系统抗干扰措施、变频调速控制研究等几部分,下面就各部分展开叙述。本论文硬件电路部分以STC89C516RD+单片机为主要核心部件,配以外围辅助电路,其中包括光电编码器接口电路、键盘接口电路、液晶显示驱动电路及变频器驱动电路等。其中测量钢索移动距离的传感器选用增量式光电编码器;选用键盘阵列作为输入设备,它是目前单片机输入键盘的典型电路连接方式;显示系统选用ET-G12232作为液晶显示模块;因为单片机不能直接驱动三相交流电机,所以选用交流电机驱动接口电路配合变频器方案作为电机驱动电路。本论文软件部分主要包括光电编码器计数程序、键盘扫描及编码程序、液晶显示驱动程序、三相交流电机驱动程序及控制程序等。光电编码器计数程序主要是对光电编码器的输入脉冲进行计数;键盘扫描程序主要对按下键盘进行扫描并对相应高低电平进行编码并将相应数据存入寄存器以便进行计算;液晶显示驱动程序将键盘输入数据在液晶显示器相应位置进行显示,并实时显示落锤高度变化情况;三相交流电机驱动程序则根据控制算法程序控制交流电机的启停及实时速度;控制算法程序则根据输入数据进行相应的计算以便优化对变频器的控制。本文还对变频器调速控制方法进行了研究,研究变频调速控制方法,首先要建立数学模型,本文对被控对象即变频器—三相异步电动机进行了数学建模。由于PID控制为目前主流的控制方式,本文针对前面建立起来的控制系统的数学模型,选取PID控制器作为控制环节,而且针对PID控制器的参数选取,进行了分析、计算达到比较满意的结果,并通过Matlab仿真进行验证。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 土方机械落物保护结构  12-15
    1.1.1 土方机械落物保护结构产生的背景  12-13
    1.1.2 对土方机械落物保护结构进行检测的意义  13-15
  1.2 课题来源与意义  15-17
    1.2.1 控制方式的现状及发展  15-16
    1.2.2 课题的来源  16-17
  1.3 本课题主要研究的内容  17-20
第2章系统总体方案  20-26
  2.1 系统总体机械结构介绍  20-22
    2.1.1 我校试验台的简单介绍  20
    2.1.2 改进后的试验台机械系统  20-22
  2.2 自动控制总体方案设计  22-23
  2.3 测试试验台控制框图  23-24
  2.4 本章小结  24-26
第3章控制电路设计  26-48
  3.1 概述  26-27
    3.1.1 控制电路总体设计  26
    3.1.2 控制电路运行过程  26-27
  3.2 MCU 的选择  27-31
    3.2.1 STC89C516RD+简介  27-28
    3.2.2 并行I/O 端口  28-31
  3.3 输入设备—键盘  31-32
    3.3.1 设计思路  31-32
    3.3.2 键盘去抖动技术  32
  3.4 液晶显示  32-36
    3.4.1 ET-G12232 液晶模块介绍  33-34
    3.4.2 硬件电路设计  34-36
  3.5 电机控制  36-40
    3.5.1 变频器选型  36-38
    3.5.2 D/A 转换调速  38-39
    3.5.3 变频器正反转控制电路  39-40
  3.6 输入设备—光电编码器  40-46
    3.6.1 光电编码器  40-43
    3.6.2 光电编码器接口电路  43-45
    3.6.3 光电编码器选型  45-46
  3.7 电源转换电路  46-47
    3.7.1 电源模块简介  46-47
    3.7.2 电路图  47
  3.8 本章小结  47-48
第4章软件设计部分  48-60
  4.1 系统软件设计概述  48-50
    4.1.1 软件开发环境概述  48-49
    4.1.2 该工程软件结构  49-50
  4.2 键盘扫描程序  50
  4.3 LCD 显示程序  50-54
  4.4 光电编码器计数程序  54-55
  4.5 电机控制程序  55-56
  4.6 控制算法及程序流程  56-58
  4.7 本章小结  58-60
第5章钢缆形变拉伸误差补偿  60-68
  5.1 钢缆模型的建立  60-63
    5.1.1 建模理论  60-61
    5.1.2 几何模型  61-62
    5.1.3 有限元模型  62-63
    5.1.4 模型分析  63
  5.2 钢缆数值计算  63-65
    5.2.1 计算条件  63-64
    5.2.2 计算及实验结果  64-65
  5.3 落锤钢缆拉伸误差的补偿  65-66
  5.4 本章小结  66-68
第6章异步电动机和变频器的建模  68-74
  6.1 交流异步电动机动态数学模型  68-70
  6.2 变频器—三相异步电动机的等效的简化模型  70-72
    6.2.1 变频器的数学模型  70-71
    6.2.2 恒磁通变频调速三相异步电动机数学模型  71-72
  6.3 本章小结  72-74
第7章 PID 控制及仿真  74-82
  7.1 常用PID 参数整定方法介绍  74-78
    7.1.1 工程整定法  75-76
    7.1.2 理论设计法  76
    7.1.3 基于遗传算法的PID 参数整定  76-78
  7.2 经验试凑法PID 参数整定及仿真  78-79
  7.3 遗传算法PID 参数整定及仿真  79-80
  7.4 本章小结  80-82
第8章全文总结  82-84
  8.1 本文完成的主要工作  82
  8.2 进一步的工作展望  82-84
参考文献  84-88
致谢  88

土方机械落物保护试验台落锤落差高度的精确测量

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