2022年基于V-M的双闭环直流运动控制系统的设计和校正开题报告.docx
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1、精品学习资源基于 V-M 地双闭环直流运动掌握系统地设计和校正教案单位:机械与材料学院1 绪论1.1 1课题地来源、讨论背景及意义电机自动掌握系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业 .这些行业中绝大部分生产机械都采纳电动机作原动机.有效地掌握电机,提高其运行性能,对国民经济具有非常重要地现实意义.20 世纪 90 岁月前地大约50 年地时间里,直流电动机几乎是唯独地一种能实现高性能拖动掌握地电动机,直流电动机地定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为掌握供应了便利地方式,使得电动机具有优良地起动,制动和调速性能.尽管近年来直流电动机不断受到沟通电动机及其它电动机地挑战
2、,但至今直流电动机仍旧是大多数变速运动掌握和闭环位置伺服掌握首选 .直流电动机因具有良好地起、制动性能,宜于在大范畴内平滑调速,在很多需要调速或快速正反向地电力拖动领域中得到了广泛应用.晶闸管问世后,生产出成套地晶闸管整流装置,组成晶闸管 电动机调速系统(简称V-M系统) .采纳速度、电流双闭环直流调速系统 ,可以充分利用电动机地过载才能获得最快地动态过程,调速范畴广,精度高,和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比,晶闸管整流装置不仅在经济性和牢靠性上都有很大提高,而且在技术性能上也显示出较大地优越性,动态和静态性能均好,且系统易于掌握.双闭环系统地转速环用来掌握电动机地转速,电流环掌握输出电流
3、;该系统可以自动限制最大电流,能有效抑制电网电压波动地影响;且采纳双闭环掌握提高了系统地阻尼比,因而较之单闭环掌握具有更好地掌握特性.尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进地进展,但在工业生产中V-M 系统地应用仍是有相当地比重 .所以以此为课题进行讨论具有肯定地有用价值.1.2 相关课题地进展历史掌握系统其实从 20 世纪 40 岁月就开头使用了,早期地现场基地式外表和后期地继电器构成了掌握系统地前身 .现在所说地掌握系统,多指采纳电脑或微处理器进行智能掌握地系统,在掌握系统地进展史上,称为第三代掌握系统,以 PLC 和 DCS 为代表,从 70 岁月开头应用以来,在冶金、电力、石油、化工、
4、轻工等工业过程掌握中获得迅猛地进展 .从 90 岁月开头,间续显现了现场总线掌握系统、基于 PC 地掌握系统等 .欢迎下载精品学习资源70 岁月中期,由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要掌握地工艺参数增多,而且条件苛刻,要求显示操作集中等,使已经普及地电动单元组合外表不能完全满意要求 .在此情形下,业内厂商经过市场调查,确定开发地DCS 产品应以模拟量反馈掌握为主,辅以开关量地次序掌握和模拟量开关量混合型地批量掌握,它们可以掩盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业.1975 年前后,在原先采纳中小规模集成电路而形成地直接数字掌握器DDC 地自控和运算机技术地基础上,开发
5、出了以集中显示操作、分散掌握为特点地集散掌握系统DCS. 由于当时运算机并不普及,所以开发DCS 应强调用户可以不懂运算机就能使用DCS ;同时,开发 DCS 仍应强调向用户供应整个系统.此外,开发地 DCS 应做到与中控室地常规外表具有相同地技术条件,以保证牢靠性、安全性.在以后地近30 年间, DCS 先与成套设备配套,而后逐步扩大到工艺装置改造上,与此同时,也分成大型DCS 和中小型 DCS 两类产品,使其性能价格比更具有竞争力.DCS 产品虽然在原理上并没有多少突破,但由于技术地进步、外界环境变化和需求地转变,共出现了三代 DCS 产品 .1975 年至 80 岁月前期为第一代产品,8
6、0 岁月中期至90 岁月前期为其次代产品, 90 岁月中期至 21 世纪初为第三代产品 .1.2.2 PLC 地产生和进展在工业生产过程中,大量地开关量次序掌握,它依据规律条件进行次序动作,并按照规律关系进行连锁爱护动作地掌握,及大量离散量地数据采集.传统上,这些功能是通过气动或电气掌握系统来实现地.1968 年美国 GM (通用汽车)公司提出取代继电气掌握装置地要求,其次年,美国数字设备公司(DEC )研制出了基于集成电路和电子技术地掌握装置 , 首 次 采 用 程 序 化 地 手 段 应 用于 电 气 控 制 , 这 就 是 第 一 代可 编 程 序 控 制器 , 称Programmabl
7、e ,是世界上公认地第一台PLC. 由于第一代 PLC 是为了取代继电器地,因此, 采纳了梯形图语言作为编程方式,形成了工厂地编程标准.这些早期地掌握器满意了最初地要求,并且打开了新地掌握技术地进展地大门.在很短地时间, PLC 就快速扩展到食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业.20 世纪 70 岁月初显现了微处理器.人们很快将其引入可编程掌握器,使PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有运算机特点地工业掌握装置.为了便利熟识继电器、接触器系统地工程技术人员使用,可编程掌握器采纳和继电器电路图类似地梯形图作为主要编程语言,并将参与运算及处理地运算机储备元件都以继电器命名.
8、此时地 PLC 为微机技术和继电器常规掌握概念相结合地产物.个人运算机(简称PC)进展起来后,为了 便利,也为了反映可编程掌握器地功能特点,可编程序掌握器定名为Programmable LogicController ( PLC) .欢迎下载精品学习资源上世纪 80 岁月至 90 岁月中期,是 PLC 进展最快地时期,年增长率始终保持为 30-40%. 在这时期, PLC 在处理模拟量才能、数字运算才能、人机接口才能和网络才能得到大幅度提高, PLC 逐步进入过程掌握领域,在某些应用上取代了在过程掌握领域处于统治位置地DCS 系统.20 世纪末期,可编程掌握器地进展特点是更加适应于现代工业地需
9、要.目前,可编程掌握器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域地应用都得到了长足地进展.1.2.3 PC技术推动了工控机技术地进展历史上, VME总线工业掌握机始终是很多嵌入式应用地首选机型.1981 年, Mostek 、 Motorola 、 Philip和 Signetics公 司 发 明 了 VME总 线 , 1996年 地 新 标 准VME64ANSI/VITA1-1994将总线数据宽度提升到64 位,最大数据传输速度为80Mbps. 由Force Computers 制定地 VME64x 总线规范将总线速度提高到了320Mbps.VME总线工控机是实时掌握平台,大多数运行
10、地是实时操作系统,并由OS 制造商供应专用地软件开发工具 开 发 应 用 程 序 .VME总 线 最 新 产 品 已 经 采 用 了 500MHz地 Pentium 处 理 器 .由于用户期望使用与所熟识地桌面PC 机相同地操作系统和开发工具,导致了开放式桌面 PC 在工业环境中地直接应用 .除了 VME 总线工控机外,产生了一系列基于 PC 地、与ISA/PCI 总线标准兼容地嵌入式工控机,其中比较有代表性地是 CompactPCI/PXI 总线、AT96 总线、 STD 总线、 STD32 总线、 PC/104 和 PC/104-Plus 总线嵌入式工业掌握机 .1995 年 6 月 PC
11、I SIG 正式公布了PCI 局部总线规范 2.1 版,同时 PICMG 推出了第一个标准 PCI/ISA 无源背板总线标准 .为了将 PCI SIG 地 PCI 总线规范用在工业掌握运算机系统, 1995 年 11 月 PCI 工业运算机制造者联合会PICMG 颁布了 CompactPCI 规范 1.0 版.由于 CPCI 总线工控机良好地解决了牢靠性和可爱护性问题,而且基于Microsoft地软件和开发工具地价位比较低,所以,CPCI 工控机得以快速打入嵌入式产品市场.但相对于 PCI/ISA 加固型工控机而言,由于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁
12、兼容性设计要求高等因素,CompactPCI 工控机在工业过程掌握领域并未得到实际应用,反而在电信市场获得广泛应用.1.2.4 现场总线掌握系统现场总线技术是从80 岁月后期产生地网络通信技术,经受十几年左右地进展,国际 上 出 现 了 几 个 有 代 表 性 地 现 场 总 线 标 准 和 几 个 系 列 产 品 , 较 流 行 地 有 :(1) Profibus现场总线它是作为德国国家标准和欧洲国家标准地现场总线标准.该项技术是由西门子公司为主地十 几 家 德 国 公 司 、 研 究 所 共 同 推 出 地 . 它 采 用 OSI 模 型 地 物 理 层 、 数 据 链 路 层 .(2)
13、控 制 局 域 网 ControlAreaNetwork, CAN控 制 网 络欢迎下载精品学习资源最 早 由 德 国 BOSCH公 司 推 出 , 用 于 汽 车 内 部 测 量 与 执 行 部 件 之 间 数 据 通 信 .此 外 仍 值 得 一 提 地 是 , 可 寻 址 远 程 传 感 器 数 据 公 路 HighwayAddressable Remote Transducer, HART 协议,它是由美国Rosemount 公司最早推出地一种兼容420mA 模拟信号和调制数字信号地现场总线协议.在当前地过渡时期具有较强地竞争力,得到了较快地发展.(3) 基金会现场总线Foundati
14、onFieldbus在现场总线标准地讨论制订过程中,显现过多种企业集团或组织,通过不断地竞争,到1994 年在国际上基本上形成了两大阵营,一个以Fisher-Rosemount 公司为首,联合Foxboro 、横河、 ABB 、西门子等 80 家公司制订地 ISP 协议;另一个以Honeywell 公司为首,联合欧洲 150 家公司制订地 World FIP 协议 .这两大集团于 1994 年合并,成立现场总线基金会 Fieldbus Foundation,FF ,致力于开发国际上统一地现场总线协议.(4) LonWorkLocalOperatingNetwork局 部操 作 网 现场总 线它
15、是由美国 Echelon 公司于 1990 年正式推出地 .它采纳 ISO/OSI 模型地全部 7 层协议,采用了面对对象地设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置,其最大传输速率为 1.5Mbps, 传输距离为 2700m,传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等.1.3 3 国内外地主要讨论工作和讨论成果近 30 年来,电力拖动系统得到了迅猛地进展.但技术革新是永无止尽地,为了进一步提高电动机自动掌握系统地性能,有关讨论工作正环绕以下几个方面绽开:(1) 采纳新型电力电子器件电力电子器件地不断进步,为电机掌握系统地完善供应了物质保证,新地电力电子器件正向高压,大功率,高
16、频化和智能化方向进展.智能功率模块(IPM )地广泛应用,使得新型电动机自动掌握系统地体积更小,牢靠性更高.传统直流电动机地整流装置采纳晶闸管,虽然在经济性和牢靠性上都有肯定优势, 但其掌握复杂,对散热要求也较高.电力电子器件地进展,使称为其次代电力电子器件之一地大功率晶体管( GTR)得到了越来越广泛地应用.由于晶体管是既能掌握导通又能掌握关断地全控型器件,其性能优良,以大功率晶体管为基础组成地晶体管脉宽调制(PWM )直流调速系统在直流传动中使用出现越来越普遍地趋势.(2) 应用现代掌握理论在过去,人们感到自动掌握理论地讨论进展很快,但是在应用方面却不尽人意.但近年来,现代掌握理论在电动机
17、掌握系统地应用讨论方面却显现了蓬勃进展地兴盛景象,这主要归功于两方面缘由:第一是高性能处理器地应用,使得复杂地运算得以实时完成.其次是在辨识,参数估值以及掌握算法鲁棒性方面地理论和方法地成熟,使得应用现代掌握欢迎下载精品学习资源理论能够取得更好地掌握成效.(3) 采纳总线技术现代电动机自动掌握系统在硬件结构上有朝总线化进展地趋势,总线化使得各种电动机地掌握系统有可能采纳相同地硬件结构.(4) 内含嵌入式操作系统地掌握器正在进入电动机掌握领域当今是网络时代,信息化地电动机自动掌握系统正在静静显现.这种掌握系统采纳嵌入式掌握器,在嵌入式操作系统地软件平台上工作,掌握系统自身就具有局域网甚至互联网地
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