發(fā)布時(shí)間：2021-08-05 15:21

　　電動(dòng)機(jī)負(fù)載在空載和帶載間周期性波動(dòng)時(shí)會形成脈沖型負(fù)載,比如在跑步機(jī)等運(yùn)動(dòng)裝置中,人在走或跑時(shí)產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就是周期性變化的脈沖型負(fù)載轉(zhuǎn)矩,主要根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的周期、幅值和占空比三個(gè)參數(shù)來描述。在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),脈沖型負(fù)載會產(chǎn)生反復(fù)的加載與卸載作用,影響控制器的輸出性能,在設(shè)計(jì)中,期望電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)能夠緩慢地變化,使人體的感覺微乎其微,實(shí)現(xiàn)舒適性控制。本文針對具有脈沖型負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的運(yùn)動(dòng)裝置,以交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)跑步機(jī)為例,選用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的恒壓頻比控制變頻調(diào)速技術(shù),采用自整定模糊PID算法,利用STM32F103ZET6單片機(jī)開發(fā)了一種適用于脈沖負(fù)載的專用型交流調(diào)速控制器。通過模糊控制算法對PID參數(shù)進(jìn)行在線修改,以滿足負(fù)載變化對控制參數(shù)的不同要求,實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的舒適性控制。通過調(diào)速性能測試,在不同類型的脈沖負(fù)載下,電機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)量均在3%以內(nèi),滿足跑步機(jī)的舒適度要求。本文開發(fā)的脈沖負(fù)載專用型交流調(diào)速控制器能夠?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)舒適性控制,性價(jià)比較高,具有一定的應(yīng)用前景,同時(shí),該控制器在軟硬件設(shè)計(jì)中對電機(jī)的異常運(yùn)行采取了相應(yīng)的保護(hù)措施,保障了使用者的安全。 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2-1轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖因?yàn)轵?qū)動(dòng)跑步機(jī)的電動(dòng)機(jī)屬于小功率三相異步電機(jī)，所以圖2-1中的主電路是對輸入的單相交流電進(jìn)行整流、逆變，再為系統(tǒng)提供電能；控制電路是以單片機(jī)為主控芯片的數(shù)字電路，主要功能是根據(jù)程序指令形成控制逆變電路的脈沖信號。（1）主電路結(jié)構(gòu)的選擇主電路的主要功能是進(jìn)行功率的轉(zhuǎn)換，把工頻電轉(zhuǎn)換成頻率、幅值可變的三相交流電，有交-交式和交-直-交式兩種結(jié)構(gòu)。交-交變頻器在結(jié)構(gòu)上雖然只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，但用到的電力電子器件卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大，而且輸出功率因數(shù)低、諧波電流含量大，需要配置無功補(bǔ)償設(shè)備和濾波裝置，主要用于大功率、低轉(zhuǎn)速調(diào)速系統(tǒng)[38]。交-直-交變頻電路先將工頻交流電整流成直流電，再逆變成頻率和幅值都可控的交流電，根據(jù)中間環(huán)節(jié)采用電容或電感可分為電壓源型和電流源型兩類，電壓源型特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行幾乎不受負(fù)載功率因數(shù)和換流影響，但是出現(xiàn)短路時(shí)必須采取保護(hù)措施[38]。本次設(shè)計(jì)中主電路的結(jié)構(gòu)選擇電壓源型交-直-交變頻電路。（2）整流濾波環(huán)節(jié)的選擇整流電路有可控和不可控兩種形式，前者的特點(diǎn)是輸出電壓大小可控，但是得到的直流電壓諧波大、對電網(wǎng)干擾大；不可控整流特點(diǎn)是得到的直流諧波孝電壓穩(wěn)定、對電網(wǎng)干擾較小，但是直流電壓不可控[38]�？紤]到對電網(wǎng)功率因數(shù)的影響，本次設(shè)計(jì)選擇不可控整流方式，通過后面的逆變環(huán)節(jié)對直流電壓進(jìn)行控制。因?yàn)檎鳛V波之后得到的直流電壓、電流信號比交流信號容易采集、處理，所以在整流濾波環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)直流信號檢測電路，通過采集直流環(huán)節(jié)的電壓值和電流值，在電路發(fā)生故障時(shí)為主控芯片提供判斷依據(jù)。（3）逆變電路的選擇功率器件應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和性能指標(biāo)來選擇，變頻調(diào)速系統(tǒng)要求開?

第二章控制器設(shè)計(jì)方案的確定11功率開關(guān)器件選用IGBT，由于電容在電路接通瞬間會產(chǎn)生較大充電電流，所以在濾波電路之前串聯(lián)限流電阻，但是長時(shí)間接入電阻會增加功率損耗、影響電路正常工作，因此經(jīng)過一段時(shí)間后使用繼電器將限流電阻切出。圖2-2主電路結(jié)構(gòu)圖（4）控制電路設(shè)計(jì)方案該電路是控制器設(shè)計(jì)的核心部分，其作用是控制主電路�？刂齐娐返目刂菩阅芘c主控芯片的各方面性能和采用的控制算法息息相關(guān)，所選擇的主控芯片應(yīng)使軟件編程簡單方便，減少硬件資源的使用，便于后期升級和維護(hù)。在本次設(shè)計(jì)中，控制電路的設(shè)計(jì)方案是利用主控芯片中預(yù)先編寫好的程序?qū)Ω鞣N檢測信號進(jìn)行處理，然后主控芯片輸出控制逆變電路中電力電子器件通斷的脈沖信號，因?yàn)榭刂破鞯脑O(shè)計(jì)不需要太多復(fù)雜的算法，也沒有其它附加功能，為了降低設(shè)計(jì)成本，主控芯片選用能夠直接產(chǎn)生控制信號的單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中，采用光電編碼器或其它器件進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測，構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.3脈寬調(diào)制方式的確定（1）脈寬調(diào)制方式的選擇采用PWM控制技術(shù)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，因?yàn)橐种戚敵鲭妷褐C波的同時(shí)增大了正弦基波分量，而且系統(tǒng)的調(diào)速性能也有所提高。PWM控制方式有五種：等脈寬PWM波控制技術(shù)最簡單，但是輸出電壓中除基波分量外，還含有較大的諧波分量，不適于做電機(jī)調(diào)速控制；SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation）法能夠減少輸出電壓中的低次諧波分量，電機(jī)工作在近似正弦電壓下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)孝調(diào)速范圍寬；SHEPWM（SelectedHarmonicsEliminationPWM）法對不同的基波頻率求出的脈沖開關(guān)時(shí)刻不同且求解復(fù)雜，不滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的需求；CHBPWM（CurrentHysteresisBandPWM）法精度高、響應(yīng)快且比電壓控制效果好，但是運(yùn)算復(fù)雜；SVPWM（SpaceVectorPWM）法將逆變器和電機(jī)作為一體進(jìn)?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3323990