螺旋压力机专用开关磁阻电机伺服系统设计

摘要

电动螺旋压力机工作时飞轮、套轴与螺母一起频繁正反转动，螺母驱动螺杆和滑块上下运动，产生打击力。根据电动螺旋压力机的工作原理可知，驱动电机必须能够实现频繁快速的启动、制动及正反转。开关磁阻电机恰好满足上述要求，而且相对于异步电机而言、开关磁阻电机启动转矩大、启动电流小，可以有效地减少启动时对电网的冲击。加之开关磁阻电机具有结构简单坚固、工作可靠、运行效率高、温升低等诸多优点。因此设计了一种专用于电动螺旋压力机驱动的开关磁阻电机伺服系统。
　　本文首先对基于开关磁阻电机的螺旋压力机的结构和工作过程进行了分析，明确了开关磁阻电机的控制方向。然后抽象出开关磁阻电机的线性数学模型，详细分析了电机的机械方程和机电联系方程及开关磁阻电机的控制理论。之后对电机伺服控制系统中的中央任务调度器、EABS刹车系统、加速度控制系统、位置和顶出器控制等子系统进行了详细分析，明确了整个系统的控制结构与控制理论。
　　在对开关磁阻电机的工作以及控制原理和电动螺旋压力机工作原理与工作过程分析的基础上对螺旋压力机专用开关磁阻电机伺服系统的硬件和软件系统进行了设计。在文中详细分析了以DSPIC33FJ128MC706为控制核心的硬件系统组成，并对中央控制器、信号采集处理、功率变换器、位置传感器、故障保护和键盘显示设定等电路进行了详细分析。对软件控制框图及部分重要功能模块进行了讲述。然后通过实验论证了系统方案的可行性，并对测得的各实验波形数据进行了分析说明。最后设计出一台22kW样机，并在现场进行了实验，达到设计要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及选题意义

1．2 国内外研究及应用现状

1．3 主要研究内容和方法

2 基于开关磁阻电机驱动的螺旋压力机控制系统分析

2．1 基于开关磁阻电机的螺旋压力机结构及其工作过程分析

2．1．1 基于开关磁阻电机的螺旋压力机的结构分析

2．1．2 基于开关磁阻电机的螺旋压力机工作过程分析

2．2 用于螺旋压力机的开关磁阻电机控制线性模型分析

2．2．1 用于螺旋压力机驱动的开关磁阻电机线性模型分析

2．2．2 用于螺旋压力机的开关磁阻电机控制理论分析

2．3 基于开关磁阻电机的螺旋压力机控制系统分析

2．3．1 控制系统中央任务调度器

2．3．2 EABS刹车系统工作过程及其原理分析

2．3．3 加速度启动控制系统分析

2．3．4 位置和顶出器控制

2．4 基于开关磁阻电机的螺旋压力机控制策略分析

3 螺旋压力机专用开关磁阻伺服系统硬件设计

3．1 功率变换器设计

3．1．1 三相整流电路

3．1．2 IGBT功率变换电路

3．2 隔离驱动电路

3．3 系统电源电路

3．4 位置检测电路

3．5 电流、电压检测与保护电路

3．6 键盘设定及通信电路

3．7 系统主控电路设计

3．8 外部存储电路设计

4 螺旋压力机专用开关磁阻电机伺服系统软件设计

4．1 各主要程序模块介绍

4．1．1 主程序框架

4．1．2 初始化子程序

4．1．3 通信子程序

4．1．4 键盘显示子程序

4．1．5 速度和加速度计算子程序

4．1．6 设定参数存储读取子程序

4．2 中断服务程序

4．2．1 定时器中断程序

4．2．2 保护中断程序

4．2．3 其他中断程序

5 螺旋压力机专用开关磁阻电机伺服系统运行实验分析

5．1 系统实验平台

5．2 测试波形及分析

5．2．1 位置信号波形

5．2．2 电流斩波波形

5．2．3 EABS制动电流波形

5．2．4 启动时间分析

结论

参考文献

附录A 样机图片

致谢