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瓦楞纸板横切机伺服驱动控制器设计与研究

作　者: 丁国明
导　师: 陈益广；徐光辉
学　校: 天津大学
专　业: 电气工程
关键词: 横切机 飞剪控制 伺服控制器
分类号: TM921.541
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


瓦楞纸板横切机,是用于对生产线上连续产出的瓦楞纸板进行动态定长的剪切。要求剪切时切刀速度跟随纸板的速度而变化,即速度跟随;同时,在跟随过程中,实现定长控制,即位置控制。因此,瓦楞纸板横切机控制是一个复杂的运动控制过程。为了实现快速的跟随,则要求驱动装置具有响应快,无超调,能快速定位的特点,目前国内外还未有专门的横切机驱动控制器。其早期的直流驱动方式由于其换向器问题而应用较少;普通变频器驱动方式难以满足快速性要求。本文针对横切机控制系统开展了设计和研究工作,论文中以交流伺服控制技术为基础,提出了一种智能型的横切机伺服控制器设计方案。主电路由三相整流模块和智能功率模块构成,控制电路采用TMS320F2812型的DSP芯片实现全数字化设计,利用DSP芯片的PWM输出功能实现PWM控制过程。以交流永磁同步伺服电机数学模型为理论基础,提出了采用电压空间矢量脉宽调制SVPWM与基于id=0的转子磁场定向矢量控制相结合的方案,实现对横切机的控制。在控制策略上,针对横切机驱动系统的特点,速度环和电流环采用PI控制方式,以提高系统的快速跟踪能力,位置环采用P控制方式。而软件设计则采用模块化的编程思想,仿真及试验结果表明该设计是有效、可行的。该控制器具有较好的速度跟随性,能够满足系统要求,为高性能横切机整套设备的研制积累了经验。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 课题研究的背景及意义  7-8
  1.2 横切机控制技术的现状  8-11
    1.2.1 国内外生产技术的现状  8-9
    1.2.2 国内外瓦楞纸板横切机的控制方式  9-11
  1.3 国内横切机控制系统存在的问题  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-13
第二章 交流永磁同步电机伺服控制策略研究  13-25
  2.1 交流永磁同步电机矢量控制策略  13-18
    2.1.1 PMSM 在dq 轴下的数学模型  13-16
    2.1.2 PMSM 的矢量控制原理  16-18
  2.2 基于SVPWM 逆变器的调制策略  18-25
    2.2.1 SVPWM 的原理  18-22
    2.2.2 SVPWM 的实现  22-25
第三章 横切机伺服控制器的设计方案  25-37
  3.1 切刀运动规律分析及算法应用  25-27
  3.2 切刀启动时刻的计算  27-29
  3.3 提高控制精度的措施  29-30
  3.4 伺服控制器的总体构建  30-32
  3.5 伺服控制器的三闭环控制器  32-37
    3.5.1 电流环控制器的设计  32-33
    3.5.2 速度环控制器的设计  33-35
    3.5.3 位置环控制器的设计  35-37
第四章 横切机伺服控制系统的硬件设计  37-49
  4.1 伺服控制系统的硬件结构  37-38
  4.2 主控芯片的选型  38
  4.3 系统硬件的总体设计  38-43
    4.3.1 逆变部分的电路设计  39-41
    4.3.2 IPM 过压过流过热保护电路设计  41-43
  4.4 键盘显示电路设计  43-44
  4.5 串行通讯电路设计  44-45
  4.6 电流采样及A/D 转换电路设计  45-49
第五章 伺服控制系统的软件设计  49-59
  5.1 DSP 系统初始化程序  49-50
    5.1.1 系统上电引导程序  49-50
  5.2 横切机伺服控制主程序及中断的设计  50-57
    5.2.1 横切机伺服控制主程序  50-52
    5.2.2 SVPWM 中断服务子程序  52-53
    5.2.3 SCI 与上位机的通信子程序  53
    5.2.4 电流采样子程序  53-54
    5.2.5 转速检测算法的实现  54-57
  5.3 上位机监控界面的设计  57-59
第六章 系统试验调试及其分析  59-63
  6.1 试验调试的目的  59
  6.2 试验系统与环境  59-60
  6.3 调试的主要内容  60-61
    6.3.1 驱动控制器的测试试验  60-61
    6.3.2 伺服的电机运行试验  61
    6.3.3 速度跟随性试验  61
  6.4 试验结果分析及总结  61-63
总结与展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 同步旋转及随动系统 > 伺服系统
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