【摘要】：本文作者在導師指導下,發(fā)明了一種基于新型切換開關的電機控制系統(tǒng),該系統(tǒng)依靠冗余技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性。本文敘述這種新型冗余系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理:對系統(tǒng)中可靠度要求較高的支路,例如控制器、電機驅(qū)動器等組成的支路,加上n-1個備份支路。對這n個支路,每個支路都配備一個以STM32單片機為核心的切換開關。這n個切換開關中的單片機相互之間保持通信。平時只有一個支路工作,其余支路作為冷儲備。當工作支路出現(xiàn)故障時,它的單片機發(fā)送約定信號給各備份支路,n-1個備份支路的切換開關同時導通,使各個備份支路同時投入運行;各支路的單片機在很短時間內(nèi),判斷自己支路正常與否,然后由系統(tǒng)選定一個支路繼續(xù)工作,其余退出留作以后的備份支路。以后工作支路再出現(xiàn)故障,仍然照此處理。本文建立了這種新型冗余系統(tǒng)的可靠度計算模型,推導出了實用的計算公式。本文作者根據(jù)這種新型冗余系統(tǒng)的原理,設計、制作了三個不同的直流電機閉環(huán)控制系統(tǒng)樣機。本文詳細敘述了各樣機的總體設計、詳細的硬件設計和軟件程序。本文還敘述了用這三個樣機做的切換開關有效性試驗和可靠度計算式驗證試驗。為了加快試驗進度,在試驗中人為地制造短路、斷路、超負荷、堵轉(zhuǎn)故障。有效性試驗結(jié)果說明:三個樣機都能夠?qū)崿F(xiàn)預期的切換效果。經(jīng)過對資料的分析,可以認為:已有的故障切換冗余系統(tǒng)都是只有一個切換開關的系統(tǒng),缺點是其系統(tǒng)可靠度受到切換開關可靠度的限制。已有的并聯(lián)冗余系統(tǒng)基本上是n個冗余支路同時工作,顯然n-1個支路在浪費電能并消耗硬件壽命。n個控制器并聯(lián),輸出n個控制信號給被控對象,對被控對象的運行造成不利影響。而本文的冗余結(jié)構(gòu)能夠避免上述問題,本文從理論上和實踐上證明這新型冗余系統(tǒng)的優(yōu)越性,從理論上說明了本文的系統(tǒng)能夠達到任意的任務可靠度。本文的新型切換開關冗余系統(tǒng)屬于創(chuàng)新性設計。本文的研究成果對于機電系統(tǒng)的可靠性理論和工程實踐有所貢獻,也有應用價值,可以用于航空器、航天器、核電站、電廠、動車、艦船、生產(chǎn)設備等系統(tǒng),尤其是適用于故障可能造成安全事故,或者影響重要任務的系統(tǒng)。
【學位授予單位】：東華理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TM301.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 系統(tǒng)可靠度的重要意義
    1.2 冗余的意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 可靠性的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 冗余系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 切換系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
    1.4 本課題的主要目標
    1.5 本課題的可行性分析
    1.6 本課題主要研究內(nèi)容的安排
2 已有的冗余系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析
    2.1 可靠度和冗余系統(tǒng)的概念
        2.1.1 可靠度和失效率
        2.1.2 冗余的分類
    2.2 傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)存在的問題
    2.3 本章小結(jié)
3 基于新型切換開關的冗余系統(tǒng)的總體設計
    3.1 本課題的技術(shù)路線
    3.2 新型冗余系統(tǒng)模型設計
        3.2.1 第一種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
        3.2.2 第二種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
        3.2.3 第三種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
    3.3 新型冗余系統(tǒng)的可靠性分析
        3.3.1 新型冗余系統(tǒng)的可靠度計算式
        3.3.2 新型冗余系統(tǒng)與傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)的可靠度對比分析
    3.4 本章小結(jié)
4 基于新型切換開關的高可靠電機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
    4.1 第一種系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
        4.1.1 第一種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.1.2 第一種系統(tǒng)的硬件設計
        4.1.3 第一種系統(tǒng)的軟件設計
    4.2 第二種系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
        4.2.1 第二種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.2.2 第二種系統(tǒng)的硬件設計
        4.2.3 第二種系統(tǒng)的軟件設計
    4.3 第三種系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
        4.3.1 第三種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.3.2 第三種系統(tǒng)的硬件設計
        4.3.3 第三種系統(tǒng)的軟件設計
    4.4 切換開關的工作原理總結(jié)
    4.5 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)試驗與試驗結(jié)果分析
    5.1 系統(tǒng)的試驗方案
        5.1.1 常用的可靠度實驗方法
        5.1.2 本文的實驗方案
    5.2 三種樣機的切換開關有效性試驗
        5.2.1 第一種樣機的切換開關的有效性試驗
        5.2.2 第二種樣機的切換開關的有效性試驗
        5.2.3 第三種樣機的切換開關的有效性試驗
    5.3 系統(tǒng)的測試結(jié)果分析
        5.3.1 切換開關的有效性試驗結(jié)果分析
        5.3.2 可靠度計算公式的試驗結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
在攻讀學位期間取得的科研成果
參考文獻
附件A 無刷直流電機詳細參數(shù)

【參考文獻】

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本文編號：2841486