隨著中國經(jīng)濟(jì)總量按照購買力計(jì)算超越美國成為世界最大的經(jīng)濟(jì)體,全面提高各行業(yè)的自動化程度就成為中國社會經(jīng)濟(jì)總體效率提高的重要方向之一。而自動化程度的提高勢必對單個(gè)設(shè)備的復(fù)雜程度和多個(gè)設(shè)備的協(xié)同性能提出更高的要求。故,具備工業(yè)現(xiàn)場總線接口的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)就滿足了多個(gè)復(fù)雜設(shè)備協(xié)同工作的發(fā)展趨勢。通過對國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的充分調(diào)研,設(shè)計(jì)一款基于CAN總線的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含單電機(jī)驅(qū)動器和多電機(jī)運(yùn)動控制器兩個(gè)部分。重點(diǎn)對CAN總線下的多電機(jī)轉(zhuǎn)速同步控制算法進(jìn)行研究,提出一種考慮單電機(jī)驅(qū)動器和多電機(jī)運(yùn)動控制器之間通信延時(shí)的優(yōu)化策略,提高基于網(wǎng)絡(luò)的多電機(jī)控制系統(tǒng)同步性能。為評估單電機(jī)驅(qū)動器和多電機(jī)運(yùn)動控制器的控制算法效能,在MATLAB/Simulink中,分別驗(yàn)證單電機(jī)控制算法和多電機(jī)同步控制算法。采用能有效降低轉(zhuǎn)矩脈動的空間矢量脈寬調(diào)制(SVP WM,Space Vector Pulse Width Modulation)逆變器控制算法和基于模糊控制規(guī)則的PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)建單電機(jī)驅(qū)動器控制方法,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)在保持較小轉(zhuǎn)矩脈動時(shí)依然具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動性能。多電機(jī)同步控制采用虛擬主軸同步控制算法,能夠建立單電機(jī)驅(qū)動器之間的力矩耦合關(guān)系,提升負(fù)載擾動下的同步控制性能。在系統(tǒng)中,單電機(jī)驅(qū)動器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,多電機(jī)運(yùn)動控制器實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步運(yùn)行。單電機(jī)驅(qū)動器的硬件電路包括:控制電路、驅(qū)動電路和檢測電路。選用單片機(jī)S TM32F303作為單電機(jī)驅(qū)動器的控制芯片,通過電樞電流和轉(zhuǎn)子角度計(jì)算電機(jī)的SVPW M,選取芯片DRV8305作為MOSFET的柵極驅(qū)動電路;采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測裝置,反饋電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。多電機(jī)運(yùn)動控制器的硬件電路由三個(gè)部分構(gòu)成:控制電路、通信電路和人機(jī)接口電路。選取單片機(jī)STM32F407作為多電機(jī)運(yùn)動控制器的控制芯片,采用虛擬主軸控制算法,主軸轉(zhuǎn)速與從軸轉(zhuǎn)速存在一定的函數(shù)關(guān)系,計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速,從而控制從軸單電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用CAN總線作為通信電路,構(gòu)建精簡版的CA Nopen協(xié)議棧,根據(jù)應(yīng)用層CIA402運(yùn)動控制系統(tǒng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)單電機(jī)驅(qū)動器和多電機(jī)運(yùn)動控制器之間的通信。通過小型液晶屏和中斷按鍵形成人機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視和參數(shù)修改。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)運(yùn)行良好,達(dá)到課題預(yù)定要求。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM33;TP273
【部分圖文】：

2 多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與仿真步控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)究的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)是一種典型的運(yùn)動控制系統(tǒng)。主要專件設(shè)計(jì)和多電機(jī)運(yùn)動控制器的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在運(yùn)用到某轉(zhuǎn)臺、生產(chǎn)線和機(jī)械臂等設(shè)備，需要進(jìn)一步根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)，以兩軸轉(zhuǎn)臺為應(yīng)用背景，以此制定多電機(jī)同步控制項(xiàng)指標(biāo)。在多電機(jī)同步控制系統(tǒng)中同步主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速課題的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)主要專注于系統(tǒng)中多個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速成一定的函數(shù)關(guān)系，即視為多電機(jī)同步控制。多電機(jī)同如圖 2.1 所示。

位置檢測范圍 0-360° 電壓檢測范圍 0-24V測速分辨率 15r/min 電流檢測精度 0.16A測速誤差率 1% 電流檢測范圍 0-10A電機(jī)同步控制系統(tǒng)的同步控制性能通常通過跟蹤誤差和同步誤差兩個(gè)指標(biāo)制定同步控制性能指標(biāo)：跟蹤誤差是 3%，同步誤差是 3%。電機(jī)驅(qū)動器方案設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動器方案總體設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動器主要由四個(gè)部分構(gòu)成：硬件層、驅(qū)動層、中間件和應(yīng)用層。單案總體框圖如圖 2.2 所示。

在多電機(jī)同步控制系統(tǒng)中，選擇無刷直流電機(jī)作為單電機(jī)驅(qū)動器的控制對象。根據(jù)是否安裝位置傳感器，無刷直流電機(jī)控制方式，可以分為帶位置傳感器控制和無位置傳感器控制。無刷直流電機(jī)無位置傳感器的控制算法比較多，比如反電動勢法、磁鏈法和電感法等，這些控制算法受電機(jī)本體結(jié)構(gòu)和電機(jī)參數(shù)變化的影響較大，不具備較好的通用性。有位置傳感器控制是通過霍爾傳感器、光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器等器件檢測轉(zhuǎn)速和位置，根據(jù)傳感器輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號控制功率驅(qū)動電路的 MOSFET 的導(dǎo)通順序?qū)崿F(xiàn)無刷直流電機(jī)的控制。該控制方法與無傳感器控制算法相比更簡單，更可靠。無刷直流電機(jī)常用帶位置傳感器控制，該控制方法雖然簡單，但是控制精度不夠，在換相期間會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。實(shí)際測量本課題采用的無刷直流電機(jī)的反電動勢，輸出的反電動勢不是標(biāo)準(zhǔn)的梯形波，而是近似平頂?shù)恼也�。由于電機(jī)定子繞組具有電感的作用，在換相期間，電機(jī)的相電流因繞組的續(xù)流作用，電流不能快速降低，導(dǎo)致相電流的變化波形與反電動勢波形差異較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生。而采用矢量控制，使得電機(jī)的相電流趨近去反電勢，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式可知，可以降低轉(zhuǎn)矩脈動，提高電機(jī)的控制精度，更適合兩軸轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用背景。單電機(jī)驅(qū)動器控制算法結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.4 所示。-1Parkquuα*qi*rwθ
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐杰;劉旭峰;;多軸同步控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩?cái)_動研究[J];電子測量與儀器學(xué)報(bào);2016年12期

2 古韶輝;張勇;;多單元同步控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J];電子世界;2017年20期

3 趙康康;項(xiàng)玨;;世博花車無線同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電聲技術(shù);2011年09期

4 陳濤;鐘崇德;李貴生;;攝影同步控制系統(tǒng)的研究[J];光學(xué)機(jī)械;1990年05期

5 羅顯華;快速閥門同步控制系統(tǒng)[J];氣動實(shí)驗(yàn)與測量控制;1989年01期

6 楊公源,任智華;卷繞—退繞張力與同步控制系統(tǒng)[J];電工技術(shù)雜志;1989年01期

7 陳德傳;楊婭君;;PWM-D寬調(diào)速快速位置、速度同步控制系統(tǒng)[J];電氣傳動;1989年02期

8 張巖;;基于相角差的隔膜泵同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電子世界;2014年07期

9 楊燕翔;基于N∶N網(wǎng)絡(luò)的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)研究[J];工礦自動化;2005年05期

10 沙印;;多電機(jī)同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];煤礦機(jī)械;2015年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉忠偉;巨型模鍛液壓機(jī)同步控制系統(tǒng)及其魯棒控制的研究[D];中南大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 湯雨雷;多電機(jī)同步控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];西安工業(yè)大學(xué);2019年

2 王玉;分布式同步控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2017年

3 王瑩;基于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的地震勘探震源同步控制系統(tǒng)開發(fā)[D];山東大學(xué);2019年

4 王磊;移動式架車機(jī)電氣控制系統(tǒng)研究[D];華北理工大學(xué);2018年

5 齊東旭;多電機(jī)精確同步控制系統(tǒng)研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2018年

6 占超;LED同步控制系統(tǒng)卷積通信糾錯機(jī)制的研究與設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2017年

7 王朔;網(wǎng)絡(luò)化多軸同步控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2017年

8 羅云山;印染機(jī)中的多電機(jī)同步協(xié)調(diào)控制[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

9 胡譯華;基于PLCopen的高速物料包裝機(jī)械同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2016年

10 周凱;泄水閘弧形閘門開度檢測及同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];武漢理工大學(xué);2015年

本文編號：2853914