多功能开放式运动控制系统实验平台设计

论文摘要

运动控制系统被广泛的应用在数控机床、航空航天、国防现代化等高技术领域中,以各种电机为执行部件的运动控制系统的研究开发与产品化工作十分活跃。因此,研制功能多样、开放性强、人机界面友好的综合性实验平台对提高各类运动控制系统的研究开发效率具有重要意义。采用主从计算机结构的实验平台有利于对运动控制系统进行监测和管理,以计算机技术为基础的监控技术为运动控制系统的研究开发提供了便利。论文利用Labwindows/CVI设计并实现了基于PC机平台的运动控制系统监控软件。介绍了整个软件的具体功能,详细的说明了监控软件的几个重要功能特点。对整个软件的功能模块进行了细致的分类,详细分析了其中一些重要的功能模块和算法,并给出了各种功能模块在程序上的实现方法。对于软件平台本身特有的运行机制带来的一系列问题,在对比其他软件（以VC++为例）之后给出了具体的解决办法。该实验平台目前还缺少直接转矩控制系统。论文对直接转矩控制系统进行了研究,分析了直接转矩控制系统各个模块的具体实现方案,并且在Matlab平台上进行了仿真,初步验证了实现方案的可行性,为今后将直接转矩系统嵌入实验平台以完善实验平台的完整性和全面性,打下了良好的基础。在对整个实验平台进行了系统的测试之后,其结果表明实验平台工作正常,能够完整的实现各项功能展开多种实验,达到预期设计效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 PWM 脉宽调制技术
• 1.2.1 正弦PWM
• 1.2.2 优化PWM 技术
• 1.2.3 随机PWM 技术
• 1.3 电力电子技术发展概况
• 1.4 交流电机调速的控制策略
• 1.4.1 转速开环恒压频比控制
• 1.4.2 基于稳态模型的转速闭环转差频率控制
• 1.4.3 基于动态模型转子磁链定向的矢量控制
• 1.4.4 基于动态模型保持定子磁链恒定的直接转矩控制
• 1.5 运动控制系统的数字化方案
• 1.5.1 单片机
• 1.5.2 数字型号处理器
• 1.5.3 高级专用集成电路
• 1.6 本文内容
• 2 实验平台功能及设计方案
• 2.1 实验平台的功能要求
• 2.1.1 上位机监控软件强大的参数调节及显示能力
• 2.1.2 多种电机控制方案
• 2.1.3 控制面板提供多种信号
• 2.2 实验平台设计方案
• 3 基于LABWINDOWS/CVI 的监控软件设计
• 3.1 LABWINDOWS/CVI 的特点
• 3.2 监控软件的功能特点
• 3.2.1 监控软件界面
• 3.2.2 监控软件各部分功能介绍
• 3.3 监控软件的程序设计
• 3.3.1 数据的发送与接收
• 3.3.2 绘制功能
• 3.3.3 误操作处理与保护机制
• 3.3.4 程序模块化
• 3.3.5 程序效率优化
• 4 系统运行测试
• 4.1 实验设备参数
• 4.1.1 交流异步电机参数
• 4.1.2 上位机监控软件调节器参数
• 4.2 实验测试结果
• 4.2.1 调速系统响应曲线
• 4.2.2 调节器参数变化响应曲线
• 5 直接转矩控制仿真研究
• 5.1 直接转矩原理及数学模型
• 5.1.1 电压方程
• 5.1.2 磁链方程
• 5.1.3 转矩方程
• 5.1.4 运动方程
• 5.1.5 磁链状态方程
• 5.1.6 电流状态方程
• 5.2 直接转矩控制的实现
• 5.2.1 磁链观测器
• 5.2.2 转矩计算
• 5.2.3 电压空间矢量
• 5.2.4 定子磁链空间位置的确定
• 5.2.5 磁链和转矩控制原理
• 5.2.6 逆变器与开关选择表
• 5.3 直接转矩控制的仿真
• 5.3.1 Matlab 仿真模型
• 5.3.2 电机参数
• 5.3.3 仿真结果
• 5.3.4 仿真小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献