基于DSP的冷轧管机回转/送进控制器的设计

摘要

随着我国现代化建设的大力推进，金属管材在生产领域中得到广泛的应用，在众多金属管材中，冷轧管材以其优异的性能得到了工业生产领域的青睐。新型冷轧管机的回转/送进装置采用独立的直流电机传动式，电机供电部分采用单相或三相全控整流电路，其驱动和制动控制元件则大都采用晶闸管。由于晶闸管为半控元件，必须依赖于交流换相产生自然关断，故其控制周期与控制精度会受到限制。本文针对现有回转/送进装置的缺陷，采用IGBT构造直流电机的驱动和制动电路，并以此为基础设计了一款回转/送进装置控制器。它撤销了原来晶闸管系统所需要的换相电路，使得由原先的AC-DC电路转变为DC-DC电路。同时，由于IGBT为全控元件，可自由控制其通断时间，提高了控制精度。本设计有利于提升冷轧管材的产品质量与生产效率，并对冷轧管机技术的发展有一定的促进作用。
　　本文首先介绍了直流电动机的控制原理，在此基础上讨论了控制器的系统组成和电路结构、硬件和软件设计以及相关的开发技术等问题，并完成了系统总体方案的设计。该方案使用TI公司的TMS320F28335数字信号处理器为控制核心，辅以电源模块、信号输出模块、信号测量模块、转速测量模块以及人机交互模块等组成硬件电路。在完成硬件电路的基础上，完成了系统的软件设计。软件采用了模块化的设计思想，既提高了效率，又有助于软件的修改、调试和升级。最后，提出一种新的回转/送进电机控制方法，并使用MATLAB中的Simulink模块进行仿真，确定了该控制方法是可行的。
　　在系统硬件和软件设计完成后，在实验室的条件下进行了回转/送进控制实验。实验结果显示该回转/送进控制器控制性能良好。最后对论文的研究工作进行了全面的总结，并对今后的工作提出了一些建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 国内外冷轧管机研究现状及发展趋势

1．2 回转／送进控制技术

1．3 研究内容与章节安排

1．3．1 课题提出及意义

1．3．2 论文章节安排

第二章 系统总体设计

2．1 他励直流电动机简介

2．1．1 他励直流电机原理

2．1．2 他励直流电机机械特性

2．2 他励直流电机的控制

2．2．1 他励直流电动机的驱动

2．2．2 他励直流电机的起动

2．2．3 他励直流电机的制动

2．3 控制器整体设计方案

2．3．1 控制器的设计要求

2．3．2 微控制器的选择

2．3．3 控制器的功能

2．4 本章小结

第三章 硬件设计

3．1 系统硬件总体结构

3．2 主电路硬件设计

3．3 控制器硬件电路设计

3．3．1 微处理器模块

3．3．2 电源模块

3．3．3 信号测量模块

3．3．4 转速测量模块

3．3．5 信号输出模块

3．3．6 人机交互模块

3．3．7 硬件抗干扰措施

3．4 PCB设计

3．5 本章小结

第四章 软件设计

4．1 软件开发环境和工具简介

4．2 系统软件的设计

4．2．1 主程序设计

4．2．2 初始化子程序设计

4．2．3 中断程序设计

4．2．4 A／D采样模块

4．2．5 电机软启动的设计

4．2．6 电机转速测量设计

4．2．7 LCD显示模块设计

4．2．8 按键模块设计

4．2．9 故障保护模块设计

4．2．10 PWM驱动模块设计

4．3 励磁控制算法的设计

4．4 本章小结

第五章 回转／送进控制方法的研究

5．1 传统位置控制算法

5．2 新方法的研究

5．2．1 起动过程的控制方法

5．2．2 制动过程控制方法

5．3 控制方法仿真与分析

5．3．1 起动过程方法仿真

5．3．2 制动过程方法仿真

5．4 本章小结

第六章 系统调试与实验

6．1 系统调试

6．1．1 实验平台

6．1．2 硬件调试

6．1．3 软件调试

6．2 调试过程注意事项

6．3 实验结果及分析

6．3．1 可行性验证实验

6．3．2 电机控制实验

6．4 本章小结

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

作者在校期间发表的论文清单