Помощь студентам в учебе
Сервоконтроллер – синхронный электродвигатель при работе от датчиков положения с различной дискретностью
|
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................ 10
1. ВЫБОР СЕРВОКОНТРОЛЛЕРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ..................... 12
1.1. Обзор современных сервоконтроллеров ..................................................... 12
1.2. Обоснование выбора электродвигателя....................................................... 20
2. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ........................................................................ 22
2.1. Принцип векторного управления, основанный на ориентации поля по
вектору потокосцепления..................................................................................... 22
2.2. Математическое описание синхронного двигателя с постоянными магнитами......................................................................................................................... 24
2.2.1. Модель синхронной машины в неподвижной системе координат ........ 26
2.2.2. Модель синхронной машины во вращающейся системе координат ..... 31
2.3. Структурная схема силового канала электропривода................................ 39
2.4. Синтез и анализ САУ РЭП ............................................................................ 40
2.4.1. Структурная схема линеаризованной САУ РЭП ..................................... 40
2.4.2. Оптимизация контура тока......................................................................... 43
2.4.3. Оптимизация контура скорости................................................................. 44
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ............................. 46
3.1. Моделирование преобразователей координат ............................................ 46
3.2. Разработка модели инвертора с широтно-импульсной модуляцией ........ 51
3.3. Разработка блока определения углового положения ротора и скорости по
датчикам холла ...................................................................................................... 53
3.4. Разработка пропорционально-интегральных регуляторов ........................ 55
3.5. Модель синхронного двигателя с постоянными магнитами ..................... 56
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БДПТ ............................................................................................................. 58
4.1. Скалярный режим работы БДПТ.................................................................. 58
4.2. Токовый режим работы БДПТ...................................................................... 60
4.3. Моментный режим работы БДПТ с датчиками Холла .............................. 639
4.4. Скоростной режим ......................................................................................... 69
4.5. Исследование влияния частоты дискретизации контуров......................... 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 78
1. ВЫБОР СЕРВОКОНТРОЛЛЕРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ..................... 12
1.1. Обзор современных сервоконтроллеров ..................................................... 12
1.2. Обоснование выбора электродвигателя....................................................... 20
2. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ........................................................................ 22
2.1. Принцип векторного управления, основанный на ориентации поля по
вектору потокосцепления..................................................................................... 22
2.2. Математическое описание синхронного двигателя с постоянными магнитами......................................................................................................................... 24
2.2.1. Модель синхронной машины в неподвижной системе координат ........ 26
2.2.2. Модель синхронной машины во вращающейся системе координат ..... 31
2.3. Структурная схема силового канала электропривода................................ 39
2.4. Синтез и анализ САУ РЭП ............................................................................ 40
2.4.1. Структурная схема линеаризованной САУ РЭП ..................................... 40
2.4.2. Оптимизация контура тока......................................................................... 43
2.4.3. Оптимизация контура скорости................................................................. 44
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ............................. 46
3.1. Моделирование преобразователей координат ............................................ 46
3.2. Разработка модели инвертора с широтно-импульсной модуляцией ........ 51
3.3. Разработка блока определения углового положения ротора и скорости по
датчикам холла ...................................................................................................... 53
3.4. Разработка пропорционально-интегральных регуляторов ........................ 55
3.5. Модель синхронного двигателя с постоянными магнитами ..................... 56
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БДПТ ............................................................................................................. 58
4.1. Скалярный режим работы БДПТ.................................................................. 58
4.2. Токовый режим работы БДПТ...................................................................... 60
4.3. Моментный режим работы БДПТ с датчиками Холла .............................. 639
4.4. Скоростной режим ......................................................................................... 69
4.5. Исследование влияния частоты дискретизации контуров......................... 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 78
Объектом исследования является синхронный электродвигатель с постоянными магнитами.
Цель работы – исследовать работу синхронного электродвигателя при
работе от датчиков положения с различной дискретностью.
В процессе исследования проводился выбор сервоконтроллера и электродвигателя, разработана цифровая система управления, смоделирована система электропривода, исследована микропроцессорная система управления.
Проведена проверка безопасности и экологичности проекта, также рассчитана экономическая эффективность модернизации оборудования.
Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2013. Расчеты произведены в программной среде
MathCAD 2015. Имитационное моделирование выполнено с использованием
программы Simulink/Matlab 2012.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие техники, в особенности в отраслях автоматизированного производства, робототехники и средств обработки и передачи информации существенно расширяет уровень требований, предъявляемых к исполнительным электромеханическим устройствам. В первую очередь это касается
областей, связанных с производством роботов и манипуляторов. К электромеханическому приводу предъявляется требование преобразовать командные
сигналы в механическое перемещение, обеспечивая при этом устойчивую работу привода во всем рабочем диапазоне. В некоторых случаях закономерности преобразования командных сигналов в механическое перемещение
настолько сложны, что невозможно их реализовать с помощью известных
электромеханических устройств. В этом случае используются исполнительные устройства, управляемые с помощью микроконтроллера, или в более
сложных случаях с использованием ЭВМ. Все эти задачи потребовали разработки электромеханических устройств, механические и регулировочные характеристики которых могут быть перестроены в процессе эксплуатации в
соответствии с условиями, определяемыми законом управления. Одним из
наиболее перспективных устройств электропривода по совокупности технических и эксплуатационных характеристик являются бесколлекторные двигатели постоянного тока (БДПТ). Эти двигатели обеспечивают устойчивую работу привода в режимах с изменяющейся нагрузкой, имеют относительно
высокий КПД и могут быть реализованы в малых габаритах, что особенно
важно в космической технике, или при создании автономных роботов. Отсутствие коллекторного узла, являющегося необходимым для обычных двигателей постоянного тока, обеспечивает надежную работу устройства в вакууме, взрывоопасных средах, или средах с повышенной запыленностью.
Кроме того, бесколлекторные двигатели обеспечивают относительно низкий
уровень, создаваемый ими уровень радио и акустических помех. Эти качества электрической машины обуславливают применение в:
приводах подач и главного движения металлорежущих станков,11
координатных устройствах,
упаковочных и печатных машинах,
принтерах и плоттерах,
намоточных и лентопротяжных механизмах,
прецизионных системах слежения и наведения.
БДПТ широко используются в различных областях, и не все применения требуют высокую динамику. Однако возможности получения высокостабильного или точного управления, широкий диапазон регулирования скорости, высокая помехоустойчивость, малые габариты и вес часто являются
решающим фактором их применения.
Объектом исследования работы является синхронный электродвигатель с постоянными магнитами (датчики положения ротора).
Предметом исследования являются цифровые системы управления
электродвигателя с постоянными магнитами.
Целью работы является изучение системы управления синхронного
электродвигателя при работе от датчиков положения вала ротора с различной
дискретностью, как уменьшение количества меток датчика влияет на работу
двигателя.
Методы исследования. Для выполнения поставленной цели применялся теоретический метод исследования. Теоретическое исследование основано на методах имитационного моделирования.
Практическая значимость результатов ВКР. Данная разработка
применяется для реализации сервопривода на базе платы MCS, разработанной в лаборатории микропроцессорных систем управления электроприводами.
Цель работы – исследовать работу синхронного электродвигателя при
работе от датчиков положения с различной дискретностью.
В процессе исследования проводился выбор сервоконтроллера и электродвигателя, разработана цифровая система управления, смоделирована система электропривода, исследована микропроцессорная система управления.
Проведена проверка безопасности и экологичности проекта, также рассчитана экономическая эффективность модернизации оборудования.
Выпускная квалификационная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2013. Расчеты произведены в программной среде
MathCAD 2015. Имитационное моделирование выполнено с использованием
программы Simulink/Matlab 2012.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие техники, в особенности в отраслях автоматизированного производства, робототехники и средств обработки и передачи информации существенно расширяет уровень требований, предъявляемых к исполнительным электромеханическим устройствам. В первую очередь это касается
областей, связанных с производством роботов и манипуляторов. К электромеханическому приводу предъявляется требование преобразовать командные
сигналы в механическое перемещение, обеспечивая при этом устойчивую работу привода во всем рабочем диапазоне. В некоторых случаях закономерности преобразования командных сигналов в механическое перемещение
настолько сложны, что невозможно их реализовать с помощью известных
электромеханических устройств. В этом случае используются исполнительные устройства, управляемые с помощью микроконтроллера, или в более
сложных случаях с использованием ЭВМ. Все эти задачи потребовали разработки электромеханических устройств, механические и регулировочные характеристики которых могут быть перестроены в процессе эксплуатации в
соответствии с условиями, определяемыми законом управления. Одним из
наиболее перспективных устройств электропривода по совокупности технических и эксплуатационных характеристик являются бесколлекторные двигатели постоянного тока (БДПТ). Эти двигатели обеспечивают устойчивую работу привода в режимах с изменяющейся нагрузкой, имеют относительно
высокий КПД и могут быть реализованы в малых габаритах, что особенно
важно в космической технике, или при создании автономных роботов. Отсутствие коллекторного узла, являющегося необходимым для обычных двигателей постоянного тока, обеспечивает надежную работу устройства в вакууме, взрывоопасных средах, или средах с повышенной запыленностью.
Кроме того, бесколлекторные двигатели обеспечивают относительно низкий
уровень, создаваемый ими уровень радио и акустических помех. Эти качества электрической машины обуславливают применение в:
приводах подач и главного движения металлорежущих станков,11
координатных устройствах,
упаковочных и печатных машинах,
принтерах и плоттерах,
намоточных и лентопротяжных механизмах,
прецизионных системах слежения и наведения.
БДПТ широко используются в различных областях, и не все применения требуют высокую динамику. Однако возможности получения высокостабильного или точного управления, широкий диапазон регулирования скорости, высокая помехоустойчивость, малые габариты и вес часто являются
решающим фактором их применения.
Объектом исследования работы является синхронный электродвигатель с постоянными магнитами (датчики положения ротора).
Предметом исследования являются цифровые системы управления
электродвигателя с постоянными магнитами.
Целью работы является изучение системы управления синхронного
электродвигателя при работе от датчиков положения вала ротора с различной
дискретностью, как уменьшение количества меток датчика влияет на работу
двигателя.
Методы исследования. Для выполнения поставленной цели применялся теоретический метод исследования. Теоретическое исследование основано на методах имитационного моделирования.
Практическая значимость результатов ВКР. Данная разработка
применяется для реализации сервопривода на базе платы MCS, разработанной в лаборатории микропроцессорных систем управления электроприводами.
В данной работе была разработана и исследована микропроцессорная
система управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами, выбран сервоконтроллер и электродвигатель, разработана схема управления синхронным двигателем в программной среде MatLAB Simulink, там
же были получены переходные характеристики двигателя по моменту и по
скорости, при пуске и набросе нагрузки на вал машины.
Проведено имитационное моделирование скалярного режима работы,
скоростного, токового и моментного с датчиками Холла, также было исследовано влияние частоты дискретизации контуров.
В экономической части выпускной квалификационной работы исследованы вопросы планирования, определение ресурсной (ресурсосберегающей),
бюджетной, финансовой, социальной и экономической эффективности научно-технического исследования, расчет материальный затрат, расчет показателя конкурентно способности, расчет бюджета для научно-технического исследования. В разделе безопасности и экологичности проекта, рассмотрены
вопросы: промышленной безопасности, техники безопасности, анализ опасных и вредных производственных факторов, пожарная и электробезопасности, рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды.
система управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами, выбран сервоконтроллер и электродвигатель, разработана схема управления синхронным двигателем в программной среде MatLAB Simulink, там
же были получены переходные характеристики двигателя по моменту и по
скорости, при пуске и набросе нагрузки на вал машины.
Проведено имитационное моделирование скалярного режима работы,
скоростного, токового и моментного с датчиками Холла, также было исследовано влияние частоты дискретизации контуров.
В экономической части выпускной квалификационной работы исследованы вопросы планирования, определение ресурсной (ресурсосберегающей),
бюджетной, финансовой, социальной и экономической эффективности научно-технического исследования, расчет материальный затрат, расчет показателя конкурентно способности, расчет бюджета для научно-технического исследования. В разделе безопасности и экологичности проекта, рассмотрены
вопросы: промышленной безопасности, техники безопасности, анализ опасных и вредных производственных факторов, пожарная и электробезопасности, рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды.