盾构机刀盘系统的同步驱动研究

论文摘要

为了保障盾构机刀盘驱动系统的平稳快速运行,刀盘驱动系统中多电机的同步运行必须具有较高的稳定性、较快的响应性、基本一致的转矩性,主从电机之间的跟随性能好,这就对多电机的同步驱动系统的控制提出了较高的需求,是运动控制领域研究的重点课题之一。本文采用系统仿真的方法,对四台电机的转速同步和转矩同步系统进行了设计,并通过仿真分析为模拟试验台的设计、调试、运行提供了指导。论文首先对异步电动机的性能进行较深的研究,分析异步电动机在各种坐标系下的动态方程,根据方程多变量参数进行转换,应用矢量变换理论,以MATLAB/Simulink软件为仿真平台,建立了四台异步电动机的刀盘驱动系统仿真模型。其次,对系统仿真模型中电机参数进行修改,以及对电机负载转矩进行阶跃变化,观察主从电机之间的转速变化和转矩变化,通过对仿真后的数据进行分析,将结论用于实验平台的设计。通过建立仿真模型,对四台异步电机组进行仿真,采用不同的控制方式,先后对转速跟随系统、转矩跟随系统、基于转矩补偿的转矩跟随的控制方式进行仿真分析,每一种新的或是改进的方法对系统的输出转矩的影响,对刀盘驱动系统的实际情况就有很好的指导意义。最后通过设计刀盘驱动系统的实验台,模拟实际情况下的刀盘驱动系统的运行情况。使用PLC和变频器等硬件设备,对刀盘驱动系统进行控制,对于主从电机,变频器采用不同的控制方式,进行多种控制方式的实验分析,对于实际的盾构机刀盘电驱动系统设计具有较深远的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外盾构工法的发展
• 1.2.2 国内盾构工法的发展概况
• 1.3 盾构机刀盘驱动技术
• 1.3.1 盾构机刀盘液压驱动技术简介
• 1.3.2 盾构机刀盘变频电机驱动技术简介
• 1.4 本文主要工作
• 2 异步电机的矢量控制
• 2.1 三相异步电机的数学模型
• 2.1.1 三相异步电机的非线性数学模型
• 2.1.2 三相异步电机在两相坐标系上的数学模型
• 2.1.3 异步电机在两相静止坐标系中的数学模型
• 2.1.4 异步电动机在两相同步旋转坐标系中的数学模型
• 2.2 矢量控制系统
• 2.2.1 矢量控制系统的基本思路
• 2.2.2 矢量控制变频调速仿真
• 2.3 异步电动机矢量控制系统仿真模型
• 3 盾构机刀盘驱动系统的仿真
• 3.1 盾构机刀盘驱动系统结构
• 3.2 转速跟随系统仿真模型的建立
• 3.2.1 同步控制原理介绍
• 3.2.2 主要模块介绍及参数设置
• 3.2.3 负载变化系统仿真
• 3.3 基于转矩跟随（非耦合）的多电机同步控制
• 3.3.1 实验原理介绍
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 带补偿的转矩跟随控制仿真模型建立
• 3.4.1 实验原理介绍
• 3.4.2 仿真结果分析
• 4 刀盘同步驱动系统模拟实验台
• 4.1 刀盘驱动系统总体设计
• 4.1.1 刀盘驱动系统的基本组成
• 4.2 刀盘驱动系统电气设计
• 4.2.1 工控机和数据采集卡
• 4.2.2 PLC的选择
• 4.2.3 变频器的选择
• 4.2.4 其它模块
• 4.3 盘驱动系统的机械设计
• 5 基于实验平台的盾构机刀盘驱动实验
• 5.1 基于转速控制的多电机驱动
• 5.1.1 控制方式介绍
• 5.1.2 实验结果
• 5.2 非耦合情况下的转矩跟随同步控制
• 5.2.1 实验原理介绍
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 基于耦合情况下转矩跟随同步控制
• 5.3.1 原理介绍
• 5.3.2 程序图
• 5.3.3 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢