环形过山车直线电机直接驱动控制系统研究

摘要

随着生活水平的提高，人们对休闲娱乐的质量要求也越高，过山车是大型游乐场所必备的游乐设施。．传统的过山车占地广，造价高，发射具有不可控性。为了追求过山车的经济性和强的刺激性，人们一直在寻找更佳的结构和发射技术。本文提出了一种新的结构和发射技术的环形过山车-永磁无刷直流直线电机驱动的环形过山车。文章主要对过山车的发射技术和环形直线无刷直流电机的设计和控制技术进行了重点的研究。主要内容如下： 文章首先查阅和总结了直线电机的特点以及在交通运输中的应用，得出了无刷直流直线电机适合驱动过山车的结论。在阐述直线无刷直流电机的基本结构和原理基础上，设计了基于环形直线无刷电机驱动的过山车的结构和分段供电方式的总体方案。 在总体方案确定之后，根据环行过山车的技术参数，对无刷直流直线电机进行了初步设计，接着在阐述有限元法基本原理基础之上，利用ANSYS软件对环形直线无刷直流电机进行建模，分析了磁场分布和推力状况。接着建立了直线无刷直流电机的数学模型。 PID算法是工业应用最广泛和最成熟的算法，在PID运算中，输出有可能超出范围，而且微分环节对偏差的突变很敏感，容易造成控制性能的不稳定性，本文采用改进型PID算法-遇限削弱积分法和微分法。 最后，以DSPTM320LF2407为核心构建了环形过山车的控制系统，采用双闭环(速度环和电流环)控制，设计了速度控制电路，电流检测电路，电机分段供电电路等，并编写了全部软件，然后结合硬件进行了调试，初步实现了电机的换相运行和电机的分段控制策略。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1过山车的概况

1.2直线电机概述

1.2.1直线电机的发展

1.2.2直线电机的基本原理、主要类型与基本结构

1.2.3直线电机在有轨交通中的应用

1.3直线电机控制器的发展

1.4课题研究的目的和意义

1.5本文所做的工作

2环形过山车总体方案设计

2.1环形过山车系统方案

2.1.1技术参数

2.1.2环形过山车原理

2.2永磁无刷直线直流电机工作原理

2.3定子分段控制策略

2.4位置信号采样与识别

3环状永磁无刷直流直线电机电磁计算及数学模型的建立

3.1电磁场有限元法的基本原理

3.2有限元软件ANSYS在电机设计中的应用

3.3电机本体的主要尺寸的选择

3.4分析算例

3.5永磁无刷直流直线电机数学模型

4永磁无刷直流直线电机控制算法研究

4.1 PID控制算法的特点

4.2数字PID控制原理

4.2.1模拟PID控制原理

4.3数字PID的改进算法

4.3.1对积分作用的改进

4.3.2对微分作用的改进

4.4数字PID控制器的参数整定

4.5 PID算法在直线电机控制算法中的应用

5环形永磁无刷直流直线电机过山车控制系统设计

5.1环形过山车系统硬件组成

5.2速度检测与调节

5.3电流检测与调节

5.4转子位置检测与功率电路的换相控制

5.5功率电路的PWM波控制策略

5.6过山车启停、正反转与锁相控制

5.7固态继电器分段供电

5.8控制软件结构

6结论

参考文献

在学研究成果

致谢