基于直接转矩控制的低温物料搅拌系统设计与实现

摘要

在现代生产和生活中搅拌被广泛应用于各个领域，在众多的搅拌设备中以高粘度的液体搅拌设备为研究热点，高粘度液体搅拌时产生的负载大，对搅拌电机的速度稳定性和转矩稳定性要求较高，应用于电机的直接转矩控制算法具有良好的静态和动态性能，能够很好地满足这一需求。文章系统的阐述了低温物料搅拌机控制系统的设计，对其中采用的无刷直流电机控制做出针对性的研究，分析了电机负载的特性，设计了应用于该系统的直接转矩控制算法。主要研究内容包括以下几个方面：
　　分析了低温物料搅拌机的结构原理和工作特性进研究了工作状态下搅拌系统的负载特性，拟合了无刷直流电机负载电流曲线，对负载的组成部分以及影响负载变化的主要因素进行分析。根据负载电流曲线建立了温度—负载电流曲线方程，推导出了温度—负载转矩方程模型。
　　基于无刷直流电机的经典直接转矩控制算法提出了改进型直接转矩控制算法，去掉了磁链观测及反馈部分，同时优化了电压空间矢量选择表。采用Simulink模块对该算法进行运行仿真实验取得了良好的控制效果。
　　采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6为控制芯片完成低温物料搅拌系统的控制系统设计和搭建，包括硬件设计、软件设计以及电磁兼容性的设计。
　　开发的低温物料搅拌系统在与中山美科公司的合作项目中获得应用。从使用结果来看，该系统在大负载的工况下仍能保持转速和转矩的稳定性，具有良好的控制效果。

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1 绪 论

1.1课题来源

1.2研究背景与意义

1.3搅拌电机的直接转矩控制技术

1.4论文的主要研究工作

2 低温物料搅拌机设计需求分析

2.1系统需求分析

2.2负载特性分析

2.3本章小结

3无刷直流电机直接转矩控制技术

3.1典型直接转矩控制原理分析

3.4用于低温物料搅拌系统无刷直流电机的直接转矩控制方案设计

3.5直接转矩控制系统仿真分析

3.6本章小结

4基于直接转矩控制的低温物料搅拌机控制系统设计

4.1引言

4.2硬件设计

4.3软件设计

4.4电磁兼容性设计

4.5本章小结

5低温物料搅拌机控制系统测试与应用验证

5. 1运行环境

5.2系统运行测试分析

5.3运行可靠性测试

5.4本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献