大型动态雕塑驱动系统和变频调速控制技术研究

摘要

随着人民生活水平的提高，旅游事业飞速发展，旅游区大型动态雕塑在提升城市形象和增加旅游项目方面起了重要的作用，也带来了显著的社会效益和经济效益。针对山东威海华夏集团规划的大型动态雕塑重量大、驱动环节多和同步要求高等特点引起的驱动系统设计复杂的问题，研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案和电气控制方案，较好地实现了设计目标。 研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案。为了解决内部可用安装空间小的问题，在机械结构上采用了多台电机驱动并配合行星齿轮减速器的方式，能较好地满足传动机构的驱动要求。 采用变频调速技术实现电机转速调节，同时采用变频器的矢量控制模式，实现了电机转速的闭环控制。这种方法不仅解决了电机启动时的机械、电气冲击问题、运行时的稳定性以及制动的安全有效性等问题，还可以有效地节约电能10％以上。 研究了以变频器为核心的交流调速系统，设计了硬件控制系统，包括设备和模块的选择等。基本操作面板可供系统调试时的参数设置和修改等，Profibus接口模块可方便地实现与上位机PLC通信。在升降电机和回转电机的同步控制上，采用变频器对电机的转矩进行调节，达到了协调多台电机在转矩输出上保持平衡。 研究了以PLC为主体的控制系统，给出了控制系统方案，包括控制电路、控制原理和PLC控制程序流程等内容。 分析了三相交流电动机的动态方程和变频器矢量控制的原理，运用Matlab/Simulink等模块建立了电机矢量变频调速系统的仿真模型，分析了启动阶段的转矩特性和转速调节特性，仿真结果表明系统具有良好的稳态特性。 分析了组态软件MCGS的功能特点，设计出系统人机界面--“大型动态雕塑监控界面”。人机界面具有操作安全简单的特点，可完全实现自动化控制。可方便地监视系统运行状态，为及时发现和排除故障提供了有效途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究意义

1.2相关技术的研究现状

1.2.1雕塑机械驱动的研究现状

1.2.2变频调速系统的研究现状

1.2.3可编程序控制器(PLC)的发展状况

1.3课题的研究内容

第二章机械驱动系统和变频调速技术研究

2.1总体方案

2.2电动机的选择

2.2.1电动机的分类

2.2.2电动机型号的选择

2.3变频器的选择

2.3.1变频器的分类

2.3.2变频器的基本结构

2.3.3逆变器工作原理

2.3.4负载特性分析

2.3.5变频器的选用原则

2.3.6变频器选型

2.4控制方案的实现

2.4.1 MM440可选件的选择

2.4.2编码器的选择

2.4.3系统硬件连接

2.4.4数字输入/输出设置

2.4.5系统电路图

2.5电动机的同步控制

2.6电磁抗干扰措施

2.7本章总结

第三章驱动系统的控制系统研究

3.1控制要求

3.2 PLC的选择

3.3 I/O地址分配

3.4控制系统原理图

3.5 PLC软件设计

3.6本章总结

第四章变频调速系统建模与仿真

4.1 MATLAB仿真软件概述

4.2变频器的调速实现方式

4.2.1恒磁通调速方式

4.2.2恒功率调速方式

4.3矢量控制原理

4.4交-直-交变频器的脉宽调制

4.4.1脉冲幅值调制

4.4.2脉宽凋制

4.5变频器的电力半导体器件

4.5.1电力半导体器件的开关频率

4.5.2常用电力半导体器件

4.6电动机的动态数学模型

4.6.1 3/2变换

4.6.2 VR变换(回转变换)

4.6.3异步电机的运动方程

4.7变频调速系统建模与仿真

4.8本章总结

第五章驱动系统的监控系统研究

5.1 MCGS组态软件功能介绍

5.1.1组态软件分类

5.1.2 MCGS组态软件功能特点

5.2动态雕塑控制系统人机界面设计

5.2.1监控界面设计

5.2.2用户窗口组态

5.2.3设备窗口组态

5.2.4主控窗口组态

5.3本章总结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

攻读硕士学位期间的科研实践工作及成绩

致谢

参考文献