永磁直线同步电动机垂直运输系统控制策略与控制装置研究

摘要

本文所研究的分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统是一种具有良好发展前景的新型无绳垂直运输系统，它具有结构简单、高效、节能、运行距离和速度不受限制等显著优点，适用于高层建筑和深井提升。但其理论和控制还不成熟，目前还没有进入工业应用。本文在全面总结国内外有关文献的基础上，对分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统控制策略和控制装置进行了深入的理论和应用研究。本文分析了频率变化对永磁直线同步电动机运行特性的影响，并就动力制动特性和能耗制动特性进行了讨论，在分析垂直运动永磁直线同步电动机稳定性的基础上，提出了功角控制策略，将稳定控制引入到最大推力控制中，提高了系统的稳定性、可靠性和运行效率。针对分段式永磁直线同步电动机端部半空槽的特殊结构，提出了一种连续的动子位置(功角)和速度的检测方法，无须位置传感器，较好地解决了长距离运行永磁直线同步电动机垂直运输系统动子位置检测困难且投资大的问题。接下来设计了基于分布式控制理论的永磁直线同步电动机垂直运输系统全数字控制系统，它由IPC610工业控制计算机、FX2N可编程控制器和FR-A241变频器组成。工业控制计算机完成对整个运输系统的监控，PLC实现直线电机的分段供电及运行控制，变频调速由FR-A241变频器实现。利用“力控”组态软件强大的组态功能及I/O驱动技术，开发了永磁直线同步电动机垂直运输系统监控软件。实现了直线电机垂直运输系统的运行控制、信号采集、趋势分析、故障报警等功能，基本满足了用户的需求，并且有良好的重用性和可扩充性。通过对永磁直线同步电动机垂直运输系统进行实验研究，证明了本文提出的控制方案的正确性和先进性。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1课题的目的和意义

1.2直线电机垂直运输系统的研究现状

1.3伺服驱动器的发展概况

1.4本文主要任务和内容

2永磁直线同步电动机垂直运输系统运行特性分析

2.1永磁直线同步电动机垂直运输系统的结构及原理

2.1.1永磁直线同步电动机

2.1.2分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统原理

2.2垂直运动永磁直线同步电动机运行特性分析

2.2.1力角特性

2.2.2供电频率变化对推力的影响

2.2.3动力制动特性

2.2.4能耗制动特性

2.2.5发电反馈制动特性

2.2.6直线电机垂直运输系统的动力学

2.3小结

3垂直运动永磁直线同步电动机电磁力角控制策略

3.1垂直运动永磁直线同步电动机稳定性分析

3.1.1静态稳定性

3.1.2暂态稳定性

3.2永磁直线同步电动机电磁力角控制策略

3.3电磁力角控制器的设计及仿真

3.4分段式永磁直线同步电动机位置(功角)和速度的测量

3.4.1速度测量原理

3.4.2位置(功角)测量原理

3.5小结

4分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统控制系统设计

4.1控制系统方案选择

4.2工控机监控系统设计

4.3 PLC控制模块设计

4.4分段供电驱动模块设计

4.5变频器控制电路设计

4.5.1变频器参数设置

4.5.2提升系统运行速度图

4.5.3异常输出处理

4.5.4变频器使用注意事项

4.6提高系统可靠性的措施

4.6.1硬件抗干扰设计

4.6.2抗干扰的软件措施

4.7小结

5分段式永磁直线同步电动机垂直运输系统软件设计

5.1软件的功能

5.2上位机监控系统设计

5.2.1工控机监控软件的选择

5.2.2图形界面组态

5.2.3策略组态

5.2.4 I/O设备驱动

5.3 PLC运行控制程序设计

5.4小结

6系统实验与分析

6.1实验目的及方法

6.2实验结果分析

7结语

7.1本文所完成的主要工作

7.2进一步的研究的工作

参考文献

附录 研究生在读期间公开发表的学术论文及科研成果一览表

致谢