📄Работа №128403
Тема: Разработка и исследование системы управления электроприводами
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
Информатика и вычислительная техника
Объем:
68 листов
Год:
2021
Просмотров:
175
4355
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
Постановка задачи 4
Обзор литературы 5
Глава 1. Объекты управления 6
1.1. Базовые принципы электромотора 6
1.1.1 Индуктивная нагрузка 8
1.1.2 Влияние обратной электродвижущей силы (BEMF) . 11
1.2. Коллекторные двигатели 11
1.3. Бесколлекторные двигатели 13
1.4. Шаговые двигатели 19
Глава 2. Проектирование и производство устройства 25
2.1. Проектирование функциональной схемы устройства ... 25
2.2. Проектирование электрической схемы устройства 29
2.3. Проектирование печатной платы устройства 37
2.4. Сборка устройства 41
2.5. Вывод 44
Глава 3. Испытания системы управления электроприводами 44
3.1. Эксперименты с периферией и драйверами инвертора . . 45
3.2. Эксперименты c коллекторным электромотором 47
3.3. Эксперименты c подключением абсолютного магнитного
энкодера 52
3.4. Возникшие проблемы во время тестирования 53
3.5. Вывод 56
Выводы 56
Заключение 57
Список литературы 58
Приложение 59
Полная функциональная схема 59
Результаты промежуточных этапов трассировки печатной
платы 61
Использованная компонентная база 6
Постановка задачи 4
Обзор литературы 5
Глава 1. Объекты управления 6
1.1. Базовые принципы электромотора 6
1.1.1 Индуктивная нагрузка 8
1.1.2 Влияние обратной электродвижущей силы (BEMF) . 11
1.2. Коллекторные двигатели 11
1.3. Бесколлекторные двигатели 13
1.4. Шаговые двигатели 19
Глава 2. Проектирование и производство устройства 25
2.1. Проектирование функциональной схемы устройства ... 25
2.2. Проектирование электрической схемы устройства 29
2.3. Проектирование печатной платы устройства 37
2.4. Сборка устройства 41
2.5. Вывод 44
Глава 3. Испытания системы управления электроприводами 44
3.1. Эксперименты с периферией и драйверами инвертора . . 45
3.2. Эксперименты c коллекторным электромотором 47
3.3. Эксперименты c подключением абсолютного магнитного
энкодера 52
3.4. Возникшие проблемы во время тестирования 53
3.5. Вывод 56
Выводы 56
Заключение 57
Список литературы 58
Приложение 59
Полная функциональная схема 59
Результаты промежуточных этапов трассировки печатной
платы 61
Использованная компонентная база 6
📖 Введение
В современном мире существует множество электромеханических систем, работающих на основе различных по типу электроприводных устройств. Особенно устройств с использованием электрического двигателя. И, как известно, любой электромашине нужен контроллер, обеспечивающий требуемое управление. Обычно это отдельный узел системы, занимающийся этой задачей. Так, например, контроллер стабилизирующего подвеса для камеры имеет определенную функциональность и изготовлен именно под эту задачу - обрабатывать данные с датчиков положения и плавно управлять электродвигателями для выхода на нужную траекторию. В то время, как у квадрокоптера уже другой набор требований к управляющему узлу - отсутствует необходимость вращать двигатель в обе стороны.
Получается, что даже незначительные различия в требованиях к вращению ведут к появлению абсолютно разных по характеристикам и структуре управляющих систем. Это делает их дешевле и проще, но, в то же время, сильно уменьшает их универсальность. Поэтому проектирование и создание устройства способного управлять различными электроприводными системами стало интересной и актуальной задачей.
Постановка задачи
В процессе работы над созданием стенда для натурных испытаний и исследования различных управляющих алгоритмов с применением электропривода, обнаружилась проблема узко направленности доступных драйверов и неудовлетворенности имеющимися у них техническими характеристиками. Оказалось практически невозможным собрать удовлетворяющий исследователя стенд, для проведения запланированных исследований. Поэтому была поставлена задача реализации управляющей системы, удовлетворяющей следующим требования:
• переопределение характеристик разрабатываемого устройства не должно требовать физического вмешательства в электрическую схему;
• переопределение характеристик должно осуществляться на программном уровне, в текущих допусках используемых интегральных схем
(ИС);
• наличие возможности перепрограммирования управляющего алгоритма;
• наличие интерфейса обмена данными с внешним компьютером;
• наличие трехфазного выхода для работы с большим количеством типов электрических двигателей;
• наличие возможности подключения внешних датчиков и других измерительных систем;
• наличие защиты микроконтроллера и других важных узлов электрической схемы от короткого замыкания и других ошибок, ведущих к выходу ИС из строя;
• масштабируемость устройства на различные типоразмеры электродвигателей должна осуществляться за счет замены компонентов, используемых на схеме, а не перестройки ее структуры;
• ограничения на габариты устройства: не более 100 х 100 х 30 mm.
Также после производства испытательного образца необходимо провести тестирование полученного устройства в различных режимах работы.
Обзор литературы
Перед началом работы над задачей был проведен обзор существующих на рынке решений, среди которых можно однозначно выделить работы - [9] и [10], как лучшие. Есть и другие практические реализации, однако их присутствие на рынке сильно ограничено различным факторами. Описание их действия и наблюдение за работой у различных зарубежных исследователей помогло сформировать цели задачи и наметить собственные подходы к реализации устройства.
В процессе работы, на этапах получения теоретической информации об электромашинах, использовались такие документы, как - [1], [2]. В них однозначно определены все понятия и объекты, использующиеся в данном исследовании. Также были полезны статьи, взятые из открытых источников - [6], [7], [8], в которых описаны различные особенности, связанные с управлением электромоторами, например, подходы к реализации защиты от перегрузки по току в промышленных решениях. На всем протяжении проектирования, реализации и исследования использовались следующие книги - [3], [4], [5]. В них изложено практически все, что касается разработки радиоэлектронных устройств. Использование этих книг как настольных справочников облегчило понимание многих электрических процессов, а важные заметки и таблицы авторов и переводчиков помогли правильно составить нужные электрические схемы. Во время трассировки печатной платы использовалась документация на соответствующие компоненты - [11], [12], [13], [14]. Инженеры называют их «даташитами», потому что они содержат в себе все необходимые данные по применению, условиям применения и монтажу компонентов.
Получается, что даже незначительные различия в требованиях к вращению ведут к появлению абсолютно разных по характеристикам и структуре управляющих систем. Это делает их дешевле и проще, но, в то же время, сильно уменьшает их универсальность. Поэтому проектирование и создание устройства способного управлять различными электроприводными системами стало интересной и актуальной задачей.
Постановка задачи
В процессе работы над созданием стенда для натурных испытаний и исследования различных управляющих алгоритмов с применением электропривода, обнаружилась проблема узко направленности доступных драйверов и неудовлетворенности имеющимися у них техническими характеристиками. Оказалось практически невозможным собрать удовлетворяющий исследователя стенд, для проведения запланированных исследований. Поэтому была поставлена задача реализации управляющей системы, удовлетворяющей следующим требования:
• переопределение характеристик разрабатываемого устройства не должно требовать физического вмешательства в электрическую схему;
• переопределение характеристик должно осуществляться на программном уровне, в текущих допусках используемых интегральных схем
(ИС);
• наличие возможности перепрограммирования управляющего алгоритма;
• наличие интерфейса обмена данными с внешним компьютером;
• наличие трехфазного выхода для работы с большим количеством типов электрических двигателей;
• наличие возможности подключения внешних датчиков и других измерительных систем;
• наличие защиты микроконтроллера и других важных узлов электрической схемы от короткого замыкания и других ошибок, ведущих к выходу ИС из строя;
• масштабируемость устройства на различные типоразмеры электродвигателей должна осуществляться за счет замены компонентов, используемых на схеме, а не перестройки ее структуры;
• ограничения на габариты устройства: не более 100 х 100 х 30 mm.
Также после производства испытательного образца необходимо провести тестирование полученного устройства в различных режимах работы.
Обзор литературы
Перед началом работы над задачей был проведен обзор существующих на рынке решений, среди которых можно однозначно выделить работы - [9] и [10], как лучшие. Есть и другие практические реализации, однако их присутствие на рынке сильно ограничено различным факторами. Описание их действия и наблюдение за работой у различных зарубежных исследователей помогло сформировать цели задачи и наметить собственные подходы к реализации устройства.
В процессе работы, на этапах получения теоретической информации об электромашинах, использовались такие документы, как - [1], [2]. В них однозначно определены все понятия и объекты, использующиеся в данном исследовании. Также были полезны статьи, взятые из открытых источников - [6], [7], [8], в которых описаны различные особенности, связанные с управлением электромоторами, например, подходы к реализации защиты от перегрузки по току в промышленных решениях. На всем протяжении проектирования, реализации и исследования использовались следующие книги - [3], [4], [5]. В них изложено практически все, что касается разработки радиоэлектронных устройств. Использование этих книг как настольных справочников облегчило понимание многих электрических процессов, а важные заметки и таблицы авторов и переводчиков помогли правильно составить нужные электрические схемы. Во время трассировки печатной платы использовалась документация на соответствующие компоненты - [11], [12], [13], [14]. Инженеры называют их «даташитами», потому что они содержат в себе все необходимые данные по применению, условиям применения и монтажу компонентов.
✅ Заключение
Произведенный тестовый образец удовлетворяет всем требованиям поставленной задачи. Для проведения экспериментов был собран испытательный стенд. Автором получены ценный опыт и знания в области схемотехники и электроники, особенно в части создания систем управления электроприводом, а также представление о технологическом процессом производства печатных плат. Были начаты работы по реализации различных методов управления электроприводами, проанализированы полученные результаты. Приобретенные знания и опыт, как и сам образец, нашли свое применение в работе над реальными практическими задачами в сфере робототехники и высокоточных измерений.
В ближайшем будущем планируется приступить к подробному изучению и реализации методов управления бесколлекторным электромотором и шаговым двигателем. Также планируется начать работу по изучению гармонического двигателя, набирающего популярность в последнее время.
Помимо этого, может оказаться полезным спроектировать второй испытательный образец, предназначенный для более мощных электромашин. Структура функциональной схемы будет дополнена тормозным резистором и другими аспектами, относящимися непосредственно к промышленным решениям, например, по части безопасности. Это широко расширит практическое применение обучающего тестового стенда и даст пользователю наиболее приближенные к реальности условия для обучения.
Наконец, тестовый стенд может быть использован на кафедре компьютерных технологий и систем для использования студентами в процессе обучения с целью практической реализации и решения различных задач управления и других прикладных применений.
В ближайшем будущем планируется приступить к подробному изучению и реализации методов управления бесколлекторным электромотором и шаговым двигателем. Также планируется начать работу по изучению гармонического двигателя, набирающего популярность в последнее время.
Помимо этого, может оказаться полезным спроектировать второй испытательный образец, предназначенный для более мощных электромашин. Структура функциональной схемы будет дополнена тормозным резистором и другими аспектами, относящимися непосредственно к промышленным решениям, например, по части безопасности. Это широко расширит практическое применение обучающего тестового стенда и даст пользователю наиболее приближенные к реальности условия для обучения.
Наконец, тестовый стенд может быть использован на кафедре компьютерных технологий и систем для использования студентами в процессе обучения с целью практической реализации и решения различных задач управления и других прикладных применений.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.