细纱小样机电锭控制系统开发

摘要

细纱机的纺纱锭子是纺纱工厂中，数量最多、运转时间最长、对纺纱质量有直接影响的纺纱专件。传统环锭细纱机锭子的传动是靠皮带传动的，虽然控制起来比较方便，但由于皮带存在打滑现象，并且皮带长时间运行后，其机械性能也会产生不可控的变化，严重影响了成纱的质量。电锭细纱机采用单电机直接驱动锭子，不仅简化了锭子的传动机构，而且可以大幅度提升锭速，对于提高生产效率和提升纱线质量有重要意义。
　　在细纱机电锭系统中，经常会根据实际情况需要，进行锭子调速或停车制动。在纺纱行业这个微利的领域，不仅要提高控制精度，而且要尽可能的节能。本文针对细纱机电锭的停车制动过程，进行了系统的研究，提出了基于能量再生制动的电气制动控制策略，并针对能量再生制动低速时，制动力矩不足的问题，引入了反接制动。仿真结果表明，采用基于能量再生制动+反接制动的电气制动控制策略，与电机自由停转相比，制动时间减小了81％。此外，采用能量再生制动控制策略，能量回收效率为76.8%。并且，实现了整个制动过程的恒转矩制动，制动过程更加稳定。
　　在理论分析的基础上，本文设计了一套细纱小样机电锭驱动控制系统。该系统可以实现每个锭子的独立控制，控制精度和控制灵活度也有了质的提升。
　　在分析国内外相关研究的基础上，本文进行了以下工作：
　　首先，本文在综合考虑各项因素的条件下，选用永磁无刷直流电机作为电机式锭子（电锭）驱动的专用电机。设计了一套电锭专用无刷直流电机的控制系统。同时，介绍了传统环锭细纱机的工作原理，指出了其存在的主要问题。并对电锭的机械结构进行了分析。
　　其次，本文推导了无刷直流电机的数学模型，利用MATLAB建立了电锭专用电机的系统数值仿真模型，对锭子的运转情况进行了仿真研究。并针对电锭电机的制动要求，提出了一种基于能量再生制动+反接制动的电气制动控制策略，实现了电机的恒转矩制动。
　　最后，本文设计并制作完成了一套电锭专用无刷直流电机的控制器。对其主要电路进行了设计分析，本方案以DSPIC33F系列芯片作为主控制器，实现了无刷直流电机的速度闭环控制、外接旋钮调速、CAN总线通讯、LCD实时显示及各种保护等基本功能。本文完成了系统控制电路的设计和制作，给出了相关的电路原理图、PCB板图和实物图。同时，也编写了无刷直流电机控制相关的程序，实现了转速调节、PID调节、AD采样、LCD显示等基本功能。为以后的进一步研究打下了坚实的基础。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外电锭细纱机的现状和发展方向

1.3 传统环锭细纱机的工作原理及其存在的问题

1.4本课题研究的主要内容

第2章电锭控制系统总体实现方案

2.1 电锭控制系统的功能要求

2.2 电锭控制系统的总体实现方案

2.3 本章小结

第3章电锭专用无刷直流电机的数学模型

3.1 电锭的结构特点

3.2 无刷直流电机的结构及工作原理

3.3无刷直流电机数学模型的建立

3.4本章小结

第4章电锭专用BLDCM电气制动技术研究

4.1电锭电气制动问题的提出

4.2电锭专用无刷直流电机的电气制动分析

4.3基于能量再生制动的电锭专用BLDCM电气制动系统仿真模型

4.4制动特性仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章电锭专用BLDCM控制系统的硬件电路设计

5.1 控制系统要实现的基本功能及总体方案

5.2 控制硬件子系统原理图设计及相关分析

5.3 PCB板图设计

5.4 本章小结

第6章电锭专用BLDCM控制系统软件开发

6.1 DSPIC33F控制芯片及其软件平台

6.2 控制系统中子程序的设计及相关配置

6.3 本章小结

第7章总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录

在校期间研究成果

I.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

II.作者在攻读硕士学位期间申请的国家专利

致谢