用于隧道超前探测的交流变频电流源的设计

摘要

在进行硬岩掘进装备(TBM)的研究中，要解决硬岩隧道施工的难题，隧道超前探测系统的研究显得尤为重要了。通过隧道的超前探测可提前了解前方的地质情况，更易对地质条件变化做出姿态控制与纠偏，使硬岩掘进速度更快，安全系数更高。本文所设计的变频电流源是用于隧道超前探测系统中的低频可调电流源，该电流源以DSP(TMS320F28335)为核心控制器，通过AC-DC-AC功率转换单元，采用神经网络BP-PID双闭环控制方法，实现了宽范围、高精度的变幅变频电流的输出。
　　本研究提出了变频电流源总体设计方案，在逆变主电路基础上，创建了双电流闭环控制系统，同时结合 BP神经网络理论，设计出一种高精度参数自调节神经网络BP-PID控制方法。接着选用MATLAB软件对该控制系统实行仿真分析。仿真结果显示：该控制方法实时性好，超调量小，稳定性高，相较于常规PID控制具有更好的效果。基于DSP搭建了变频电流源的硬件平台，主要包含有DSP的最小系统，逆变器主电路，过流保护电路，电流采样电路，功率管驱动电路等的设计。接着对变频电流源系统的软件进行设计，主要分析了电流源软件设计中几个关键步骤。最终，完成了变频电流源系统的实验，实验表明该电流源系统满足了技术指标要求，取得了较好的输出效果。

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第1章 绪论

1.1 课题提出的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 变频电源控制策略概述

1.4 本文研究的内容

第2章 变频电流源总体方案的设计

2.1 隧道超前探测系统的研究方案

2.2 变频电流源的设计

2.3 逆变器的工作原理

2.4 逆变器控制技术的研究

第3章 基于BP神经网络PID控制器的设计

3.1 双电流环的控制研究

3.2 神经网络BP-PID控制器的研究

3.3 神经网络BP-PID控制基于Matlab的系统仿真

第4章 基于DSP的变频电流源硬件设计

4.1 TMS320F28335芯片简介

4.2 基于DSP的硬件控制系统的设计

4.3 整流电路的设计

4.4 逆变电路的设计

第5章 变频电流源的系统的软件设计及实现

5.1 变频电流源的软件设计

5.2 实验结果及分析

参考文献

致谢