工程實(shí)踐-皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)

項(xiàng)目組長組員皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)工程實(shí)踐搜集整理

1/30皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)2023/2/5目錄1234系統(tǒng)總體概述系統(tǒng)指標(biāo)的詳細(xì)描述風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)要求及文檔搜集整理2/30皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)2023/2/52023/2/5皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)3/30目錄

成本分析5678開發(fā)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識常用術(shù)語參考文獻(xiàn)1系統(tǒng)總體概述123系統(tǒng)開發(fā)的目的意義系統(tǒng)總體描述項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃搜集整理皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)4/302023/2/51.1系統(tǒng)開發(fā)的目的意義

皮帶傳輸機(jī)是一種連續(xù)、快速、高效的物料傳輸設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤炭、電力、建材、化工、機(jī)械、輕工業(yè)等行業(yè)的物料傳輸系統(tǒng)。一般皮帶傳輸機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用硬接線方式的繼電器控制系統(tǒng)，設(shè)備故障率高、可靠性低、體積大、維修和改造不方便，這種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)由于存在許多缺陷而逐步被淘汰。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，伺服控制技術(shù)不斷成熟，它被更多的應(yīng)用到智能控制、自動控制等領(lǐng)域，成為現(xiàn)代裝備、自動化設(shè)備不可缺少的一項(xiàng)重要技術(shù)。伺服電機(jī)不但能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的速度控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的角度（位置）控制，具有較強(qiáng)的動態(tài)性能。為了滿足人們對各個領(lǐng)域基礎(chǔ)制造的高要求，生產(chǎn)企業(yè)就需要采用先進(jìn)的生產(chǎn)和建造控制系統(tǒng)。所以本次工程實(shí)踐將以皮帶傳輸機(jī)為背景，制作一套通用的伺服控制系統(tǒng)?；贒SP的全數(shù)字交流永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)高性能控制策略和先進(jìn)的控制算法，且易實(shí)現(xiàn)控制策略和控制指標(biāo)的改變，所以已逐漸成為交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本次工程實(shí)踐通過對基于DSP的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)，來完成系統(tǒng)所要達(dá)到的功能要求。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)5/302023/2/51.2系統(tǒng)總體描述

本系統(tǒng)是一個基于DSP的皮帶傳輸伺服控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同載荷時(shí)的精準(zhǔn)速度控制和位置控制，并可以通過優(yōu)化PID參數(shù)來提高載荷突變時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間?？紤]到實(shí)驗(yàn)室所提供的設(shè)備，本裝置定位于輕型皮帶傳輸控制，可用于電子、機(jī)械、包裝等行業(yè)的小型物料傳輸系統(tǒng)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要由觸摸屏、伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)組成。觸摸屏用于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示和控制命令的下發(fā)，伺服驅(qū)動器根據(jù)觸摸屏的控制命令產(chǎn)生相應(yīng)的電機(jī)控制信號，伺服電機(jī)根據(jù)伺服驅(qū)動器的控制信號做出對應(yīng)的動作來達(dá)到相應(yīng)的控制要求?？刂粕喜捎秒娏鳝h(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的控制信號，控制策略利用傳統(tǒng)的PI控制，驅(qū)動信號由空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）方式生成。同時(shí)，伺服驅(qū)動器的DSP控制模塊還會監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生過流、欠壓過壓、過熱等故障時(shí)，DSP會立即封鎖PWM信號，使電機(jī)處于制動狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)6/302023/2/51.3項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)7/302023/2/52系統(tǒng)指標(biāo)的詳細(xì)描述123系統(tǒng)組成性能、指標(biāo)要求搜集整理伺服驅(qū)動器內(nèi)部主電路及其控制回路皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)8/302023/2/52.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括觸摸屏，485通訊，伺服驅(qū)動器，單相交流永磁同步電機(jī)，編碼器。實(shí)際運(yùn)行過程中，可以直接在觸摸屏上選擇“勻速傳送”并設(shè)定速度；或選擇“定位傳送”并設(shè)定位置。

伺服驅(qū)動器：SD600-S2-R20

交流永磁同步電機(jī)：SME06-2TR20-U2NH

觸摸屏：VI10-043S

光電編碼器：ENCB-L05-PHL皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)9/302023/2/52.2性能、指標(biāo)要求本系統(tǒng)性能指標(biāo)主要包括位置精度、速度控制范圍、速度超調(diào)量。位置精度：（1圈）速度超調(diào)量：≤20%速度控制范圍：1：5000（即最大3000rpm，最小0.6rpm）編碼器線數(shù)：10000p/r皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)10/302023/2/52023/2/5皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)11斷電保護(hù)：電動機(jī)在無勵磁或突然斷電時(shí)，失電制動器工作，保持電動機(jī)軸不會旋轉(zhuǎn)，避免造成設(shè)備或人身傷害，在電動機(jī)正常工作時(shí)，失電制動器通電保持自由狀態(tài)。過載保護(hù)：當(dāng)伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器過載時(shí)可對其進(jìn)行保護(hù)。2.3伺服驅(qū)動器內(nèi)部主電路及其控制回路驅(qū)動器主電路及控制回路

主電路包括單相無控整流，啟動電阻，濾波電感，單相PWM逆變器。

輸入220V/50Hz皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)12/302023/2/5

速度控制回路包括速度控制器，電流控制器，編碼器，編碼信號調(diào)理器，PWM調(diào)理器及IGBT驅(qū)動。

速度參考值由觸摸屏手動輸入得到，電流控制器的反饋來自逆變器輸出電流，編碼信號調(diào)理器接收光電編碼器檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)角并計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號。

速度控制器用P控制，電流控制器用PI控制。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)13/302023/2/5

位置控制回路為三閉環(huán)形式，相對速度控制增加了位置控制器。位置控制器的參考值由觸摸屏手動輸入得來。光電編碼器檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)角信號經(jīng)編碼信號調(diào)理器調(diào)制成標(biāo)準(zhǔn)形式再反饋到位置控制器。

位置控制器和速度控制器用P控制，電流控制器用PI控制。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)14/302023/2/53風(fēng)險(xiǎn)評估

由于相關(guān)問題所造成的損失不容易估計(jì)，所以沒有對具體問題可能造成的損失進(jìn)行量化估計(jì)。1.時(shí)間的超預(yù)算分析

成員對伺服系統(tǒng)及其控制不夠了解，開發(fā)過程耗費(fèi)大量時(shí)間時(shí)間導(dǎo)致任務(wù)超期，不能及時(shí)完成。2.硬件成本的超預(yù)算分析

調(diào)試過程中的磨損、老化甚至部分器件燒毀，會帶來額外的損失，增

加硬件成本。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)15/302023/2/5風(fēng)險(xiǎn)評估33.產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)的保密性分析

使用DSP編程可能會導(dǎo)致程序被盜，從而降低產(chǎn)品的市場競爭力。解決辦法：自主開發(fā)硬件電路，使用FPGA存放程序的關(guān)鍵部分。4.投入市場過程中的風(fēng)險(xiǎn)分析

曾強(qiáng)系統(tǒng)的“通用性”，使其各個方

面的控制指標(biāo)都有調(diào)整和伸縮的可能，以

便應(yīng)用于別的領(lǐng)域，比如：食品生產(chǎn)線、

文字圖形打印等。這樣也降低了系統(tǒng)在皮

帶傳送領(lǐng)域如果競爭力不足所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)16/302023/2/5

標(biāo)準(zhǔn)要求及文檔（安規(guī)，文檔，開發(fā)環(huán)境，品質(zhì)數(shù)據(jù)）44.1安全規(guī)范（1）GB/T2423.(1.2.3)-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)A:低溫B:高溫,C:恒定濕熱試驗(yàn)；（9）GB14711-93中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全通用要求。（7）GBT7345-2008控制電機(jī)基本技術(shù)要求；元器件的焊接和電路板的測試（6）GB/T12325-2008電能質(zhì)量；（2）GB/T17626.14-2005電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)電壓波動抗擾度試驗(yàn);（4）GB16179-1996安全標(biāo)志使用導(dǎo)則；（5）GB4208-2008外殼防護(hù)等級（IP代碼）；（3）IEC60990-1999接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法；（8）GBT7344-1997交流伺服電動機(jī)通用技術(shù)條件；皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)17/302023/2/5

標(biāo)準(zhǔn)要求及文檔（安規(guī)，文檔，開發(fā)環(huán)境，品質(zhì)數(shù)據(jù)）44.2安裝環(huán)境要求(1)有通風(fēng)口或換氣裝置的室內(nèi)場所；(2)環(huán)境溫度10℃~40℃；(3)盡量避免高溫多濕場所；(4)避免陽光直曬；(5)遠(yuǎn)離易燃、易爆和腐蝕性氣體、液體；(6)無灰塵、飄浮性的纖維及金屬微粒；(7)安裝平面堅(jiān)固、無振動；(8)遠(yuǎn)離電磁干擾源。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)18/302023/2/5

標(biāo)準(zhǔn)要求及文檔（安規(guī)，文檔，開發(fā)環(huán)境，品質(zhì)數(shù)據(jù)）44.3開發(fā)環(huán)境整仿真軟件：Matlab/Simulink程序調(diào)試軟件：CCS6.0（CodeComposerStudio）本項(xiàng)目采用兩電平通用實(shí)驗(yàn)平臺來產(chǎn)生控制電機(jī)所需的電壓，電流等信號，系統(tǒng)仿真在Matlab/Simulink軟件里面進(jìn)行模擬，對方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，以達(dá)到指定的實(shí)驗(yàn)效果。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)19/302023/2/5

標(biāo)準(zhǔn)要求及文檔（安規(guī)，文檔，開發(fā)環(huán)境，品質(zhì)數(shù)據(jù)）44.4品質(zhì)數(shù)據(jù)（1）伺服驅(qū)動器和電動機(jī)的電路保護(hù)；過電流保護(hù)；電壓保護(hù)：過電壓、欠電壓保護(hù)，失壓保護(hù)；過載保護(hù)：電機(jī)過熱保護(hù)，反時(shí)限保護(hù)；其他保護(hù)：反接保護(hù)、制動電阻過熱保護(hù)；（2）抗干擾能力以及實(shí)驗(yàn)中對測試設(shè)備、線路的干擾皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)20/302023/2/5

成本分析5皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)20/302023/2/56開發(fā)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識知識123123軟件部分控制部分硬件部分搜集整理皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)22/302023/2/5

軟件部分6.1對主電路和驅(qū)動電路進(jìn)行仿真可利用CCS進(jìn)行編程和調(diào)試會用AD設(shè)計(jì)并畫出PCB板可進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)23/302023/2/5

控制部分6.2PIDSVPWM控制皮帶傳送的速度和位置將逆變系統(tǒng)和電機(jī)看作一個整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)24/302023/2/5

空間矢量PWM(SVPWM)以兩電平換流器為例：開關(guān)管不同的狀態(tài)組合會在交流側(cè)產(chǎn)生不同的交流電壓，兩電平換流器共有種開關(guān)狀態(tài)。六個非零矢量把平面空間劃分為六個的扇形區(qū)出現(xiàn)階梯是因?yàn)閏點(diǎn)和N點(diǎn)間有三次諧波相電壓有三次諧波，線電壓無三次諧波。皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)25/302023/2/5

空間矢量PWM(SVPWM)每60°劃分為一個區(qū)域每個區(qū)域中的矢量用相鄰的兩個邊矢量來合成矢量作用的時(shí)間皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)26/302023/2/5

SVPWM與SPWM的比較●SPWM較SVPWM簡易；●SPWM輸出相電壓和線電壓均為正弦波，而SVPWM輸出線電壓為正弦、相電壓含有豐富的三次諧波?！裨谝粋€基波周期內(nèi)，SVPWM有120°不導(dǎo)通區(qū)，開關(guān)損耗小?！馭VPWM的直流電壓利用率為1，比SPWM的0.866高出15％?？刂齐姍C(jī)一般采用SVPWMSPWM（開關(guān)損耗大）SVPWM（開關(guān)損耗?。┢鬏敊C(jī)的伺服控制系統(tǒng)27/302023/2/5

硬件部分6.3選擇主電路元件的參數(shù)和相應(yīng)的型號搭建硬件平臺元器件的焊接和電路板的測試皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)28/302023/2/5

常用術(shù)語7整流器（rectifier）逆變器（inverter）伺服系統(tǒng)(servomechanism)伺服驅(qū)動器(servodrives)永磁同步電機(jī)（PMSM）觸摸屏(touchscreen)矢量控制（vector

control，VC）SVPWM空間矢量脈寬調(diào)制PID控制皮帶傳輸機(jī)的伺服控制系統(tǒng)29/302023/2/52023/2/58參考文獻(xiàn)[1]SD600系列交流伺服系統(tǒng)使用手冊V1.2.偉創(chuàng)電氣.[2]VI10觸摸屏使用手冊.偉創(chuàng)電氣.[3]羅華.基于DSP28335的交流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué).2