畢業(yè)設(shè)計 - 外文翻譯-異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

合肥學(xué)院機械工程系畢業(yè)設(shè)計（論文）文件 合 肥 學(xué) 院 機 械 工 程 系 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 外 文 翻 譯 文獻 題目： of 專業(yè) ： 機械設(shè)計制造及其自動化 年級 ： 09 級 姓名 ： 張支亮 學(xué)號 ： 0906013014 指導(dǎo)教師 ： 夏小虎 職稱 ： 副教授 2013 年 4 月 20 日 1 of 66033, of of of of 9as of in is of 89. C is a of of to of C C is to C C C C of 2. of C i , S in be C in of of to a of C at AC C Of C r , it of C to C 2 to eq to to to AC C As a C C As a of of on of C to r as . In a to C * *S/2S by by to by 3. of 0as of of of of of of of , 6 0as of On 80, of to a to of , of 3 to of on is by of 1,to of 4. he of CR of he in as , be as 1) of of of in of in of be to to a of in to to 2) a is so it of ) is by C C by a in s is of 4) a of is in on so it a CR 4 CR as . is 1 01 WM in CM to to of 1.6 as 1.5 to CR so is by of CR as WM 1 is is in a of of of WM 1 is is in a of of to a on of so of C to CR , by to of 1 to of of be as of as in . he of a N of is 0 of as of at is in of to so is in of it of of a of I of As of is as in . be by so 5 a is of in of of of is as I )()()1()( （ 1） a to )1()(2 2） In )1()( n （ 3） )()( 2*2 n （ 4） it is in of f5 1r be V E V 1V no 101112 /)( to of to a is I /*2in to or it in 5% 15% 5. of 0a It a of a of of 6 (1) of of 0, D/A. (2) is it is (3) to to of is . . 7 . . CR . 8 . (1994). ,2007). SP 0995(2007). of 0768(2006). on 40 (5) :329 異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 張民，丁興平，郭振 中國， 青島，青島科技大學(xué)自動化學(xué)院， 266033， 要 :異步電動機的各種調(diào)速方式中，矢量控制的調(diào)速方式響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、傳動性能高、調(diào)速范圍寬。針對異步電動機的調(diào)速需要，設(shè)計以 80控制器的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)有效地完成了異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，調(diào)速性能好、結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的發(fā)展前景。 關(guān)鍵詞： 異步電動機， 89量控制 交流異 步電動機是一個高階、多變量、非線性、強藕合的被控對象，采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實現(xiàn)交流電動機定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕，實現(xiàn)了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。目前對調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝已較多地采用矢量控制型變頻調(diào)速裝置。 以產(chǎn)生完全一致的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流 S 2S 變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 通過按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 觀察者站在鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)時，交流機就變成了直流機。其中，交流異步電動機的轉(zhuǎn)子總磁通 r ，就變成了等效的直流電動機的磁通， 組相當(dāng)于直流電機的勵磁繞組， 組相當(dāng)于偽靜止繞組， 步電動機經(jīng)過如上的變換后就等效成了直流電動機。因而，可以模仿直流電機的控制方法，求得直流電機的控制量，再經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機了。由于進行坐標(biāo)變換的是電流 (代 表磁動勢 )的空間矢量，所以，這樣通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)，簡稱 統(tǒng)。按照這種設(shè)想，可以構(gòu)成直接控制 r 和 圖 1 所示。圖中給定和反饋信號經(jīng)過類似于直流凋速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵磁電流的給定信號 *過反旋轉(zhuǎn)變換 到 *再經(jīng)過 2S 3S 變換得到 * * *把這三個電流控制信號和由控制器得到的頻率信號 1 加到電流控制的變頻器上，即可輸出異步電動機調(diào)速所需的三相變頻電流。 10 本系統(tǒng)以單片機 8控制器，由定子三相電流檢測單元、鍵盤輸入單元、 示單元、模擬轉(zhuǎn)速給定單元、定子三相電壓檢測單元、轉(zhuǎn)速反饋單元、控制信號輸出單元等部分組成。如圖 2 所示，系統(tǒng)是以16 位單片機 80控制核心，由一些硬件模擬電路組成異步電動機的矢量控制變頻凋速系統(tǒng)。一方面，通過 8 D 模塊獲得轉(zhuǎn)速給定及測速反饋的速度信號，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器獲得飽和限幅的轉(zhuǎn)矩給定，從而獲得給定的轉(zhuǎn)矩電流；利用函數(shù)發(fā)生器獲得給定轉(zhuǎn)子磁通，經(jīng)磁通觀測獲得實際轉(zhuǎn)子磁通，再經(jīng)磁通調(diào)節(jié)獲得定子電流給定勵磁分量電流，然后經(jīng)過 K P 變換將給定的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流合成，得到定子電流的幅值和相位 ，定子電流的幅值與電流互感器的檢測電流相比較后通過電流調(diào)節(jié)器去控制定子電流的大?。涣硪环矫?，定子電流的頻率是把計算得到的同步速度轉(zhuǎn)換為控制逆變器的時間常數(shù)，用定時器定時，通過單片機上的 ，送出觸發(fā)字來完成逆變器的觸發(fā)。 本系統(tǒng)硬件電路主要由交一直一交電流型變頻器電路、逆變晶閘管觸發(fā)電路、整流晶閘管觸發(fā)電路、速度給定與測速反饋電路、電流環(huán)調(diào)節(jié)電路、保護電路等典型電路組成；軟件設(shè)計主要包括：速度調(diào)節(jié)器控制和磁通檢測與調(diào)節(jié)兩部分。 4 1 交一直一交電流型變頻器電路 系統(tǒng)的主回路采用圖 3 所示的交一直一交變頻器，由圖可知它具有以下主要特點： 1)主回路結(jié)構(gòu)簡單，使用的元器件少。便于四象限運行，當(dāng)再生發(fā)電制動時，主回路電流方向不變，只改變電壓極性，整流器工作于逆變狀態(tài)，逆變器工作于整流狀態(tài)?？煞奖愕倪M入逆變，進行再生制動，動態(tài)響應(yīng)快。而電壓型變頻器必須另接一組逆變器才能進行再生制動，把電能回饋給電網(wǎng)。 2)由于中間采用的是電抗器，故具有限流作用，是恒流源。再加上本系統(tǒng)設(shè)有電流環(huán)調(diào)節(jié)、限流，所以可耐受負(fù)載瞬時短路，自動進行保護，從而提高了過流保護和運行可靠性。 3)此電流型逆變器帶強迫換流，電流 型逆變器所控制的是輸出電流瞬時值，符合交流電動機矢量控制的要求。換流電容器的充放電電流由直流回路的濾波電抗器所抑制，不像電壓型逆變器中有較大的浪涌電流，故換流電容器的利用率較高。 4)電流型逆變器與負(fù)載電動機形成一個整體，電動機繞組的儲能也參與換流，故其換流能力依賴于負(fù)載電流，而較少依賴于逆變器電壓，因此有一定的負(fù)載能力。 變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路 逆變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路如圖 4 所示。逆變觸發(fā)信號由單片機 8 控制，轉(zhuǎn)差信號在單片機內(nèi)經(jīng) 節(jié)后由 ： I 輸出，經(jīng)光電隔離器隔離放大，去 控制逆變晶閘管的觸發(fā)端。本系統(tǒng)用 6 作為控制端，用 5 作為另一端分別控制 6 個逆變晶閘管，故逆變晶閘管觸發(fā)電路由 6 個如圖 4 所示的電路組成。逆變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動電路原理如下： 由 輸出的 與門后是高電平信號時，光電 11 隔離管不導(dǎo)通，復(fù)合管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，變壓器左邊形成回路，并且此信號經(jīng)復(fù)合管功率放大 (電流放大 )；當(dāng)從 輸出的 與門后為低電平時，光電隔離管導(dǎo)通，復(fù)合管基極電流幾乎為零，復(fù)合管處于截止?fàn)顟B(tài)，變壓器左邊就不會形成回路；這樣，復(fù)合管就相當(dāng)于一個電子開關(guān)，這個開關(guān)的通斷頻 率由頻率決定，從而使變壓器左邊形成交流信號，經(jīng)變壓器降壓、半波整流、濾波后去觸發(fā)逆變晶閘管。 4 3 電流環(huán)調(diào)節(jié)電路 由 8過矢量計算，再由它的 D A 模塊輸出電流給定，由電流檢測電路檢測到反饋電流，同時把他們送人到模擬器件的 節(jié)器中進行調(diào)節(jié)，以消除靜差并能提高調(diào)節(jié)速度。模擬器件的輸出作為整流觸發(fā)的移相控制信號。電流環(huán)調(diào)節(jié)電路如 5 圖所示。 4 4 速度調(diào)節(jié)器控制 速度調(diào)節(jié)器采用雙模控制。設(shè)定一個速度誤差值 系統(tǒng)大于此偏差狀態(tài)下 (大于 1O 的額定頻率 )，作為開始段粗定位，采用開關(guān) 式的砰一砰控制，這時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于限幅狀態(tài)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，使電流環(huán)處于最大恒值電流調(diào)節(jié)。因而，能夠充分發(fā)揮電機的過載能力，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程盡可能最快。當(dāng)系統(tǒng)偏差已經(jīng)進入很小的范圍時，使系統(tǒng)由開關(guān)式的砰一砰控制，轉(zhuǎn)換成 性控制。這樣，集中了非線性和線性控制的優(yōu)點，使系統(tǒng)即滿足穩(wěn)定性又滿足精確性。速度調(diào)節(jié)器功能流程圖如圖 6 所示。 4 5 磁通調(diào)節(jié) 采用轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)易受電機參數(shù)變化的影響，使實際磁通與給定磁通發(fā)生偏差。故本系統(tǒng)中對磁通幅值進行了觀測和反饋，對轉(zhuǎn)子的磁通進行調(diào)節(jié)，使實際磁通跟隨給定磁 通變化。磁通調(diào)節(jié)器也象速度調(diào)節(jié)器一樣，使用 節(jié)器。它的離散化公式為： )()()1()( (1) 外加一個外催器進行預(yù)報校正： )1()(2 (2) 式中為 )1()( n (3) )()( 2*2 n (4) 當(dāng)在低頻時 (f5由于11V 和 1E 相位相差增大，原近似地認(rèn)為 1V 1V 不再成立。 由近似的轉(zhuǎn)子磁通觀測器，由式子1101112 /)( 來觀測磁通幅值，只能對磁通開環(huán)控制，即由給定磁通來計算，即I /*2。另外，為了使電機不至于失凋或過分弱磁及強磁， 12 在軟件編制中，對之在額定值 75 115內(nèi)。 本文研究了異步電動機的 矢量 榨制變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，采用了單片機 80外圍 硬件電路有效地完成了異步電 動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)汁，達到了適時地控制要求。從對異步電動機 矢量控制凋速系統(tǒng)的分析和設(shè)計來看，矢量控制系統(tǒng)設(shè)汁思路清晰、調(diào)速性能好、結(jié)構(gòu)簡單，具有很廣的用途和很好的 發(fā)展前景。 本文作者的 的創(chuàng)新點： 1) 利 用 80片機本 身的 A D、 D A 分別完 成轉(zhuǎn) 速和電壓數(shù)據(jù)采集及對控制信號的輸出，有效地節(jié)省了元器件的使用。 2) 電流型逆變器采用強迫換流，最高工作頻率不受電網(wǎng)工頻限制， 調(diào)速范圍寬。 3) 系統(tǒng)的控制思想是采用恒磁通控制。以保持磁通的恒定，設(shè)計中采用定子物理量電壓幅值來近似的觀測磁通幅值，以克服參數(shù)變化對磁通的影響 。此方法實施簡便有效。 圖 1 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 13 圖 2 系統(tǒng)框圖 圖 3