基于DSP矢量控制的矿用电机车动力系统改进

摘要

我国煤炭资源丰富，煤矿用来运送材料和矸石的交通工具中，使用最为普遍的是直流电机车。此种电机车一般采用蓄电池供电，驱动直流电动机牵引车体，调速方法主要采用串电阻方式。用这种方式调速带来的问题是显而易见的，比如价格昂贵、结构复杂、启动时会产生冲击、操作不便、安全保护功能不全、经常发生故障、浪费能源，还可能会产生杂散电流等等。这些问题易造成安全隐患，影响正常的煤矿生产。相比之下，如果改为交流电机驱动，这些问题可以被很好的解决。
　　 改造为交流电机驱动的核心工作是控制器的研制。本文重点研究设计了基于DSP2812的交流电机控制器，控制策略采用转子磁链定向的矢量控制，配合模糊PID控制和SVPWM输出，具有电压利用率高、输出稳定、器件开关损耗小、易于数字化控制等优点。通过选用TI公司专用电机控制芯片DSP2812不仅可以为方案提供可靠的硬件平台，还可以更好的发挥系统性能。
　　 本文首先阐述了课题的研究背景、现实意义和研究现状。然后详细介绍了总体改造方案及控制策略的选择与实现方法。在此基础上，对控制策略进行了仿真分析。在仿真的结果满足了系统的需要后，分别对系统硬件设计、软件设计和实际的系统测试等方面进行详细介绍。其中，硬件部分介绍了DSP芯片工作电路、数据采集电路、波形输出电路、数据传输电路等。软件部分着重说明了速度采集原理与程序、电流采样原理与程序、转子磁链定向的原理及编程实现方法，以及SVPWM波产生的原理、程序实现方法。最后对电机实际运行效果进行了测试，从实际效果检测方案的可行性，同时还对系统开发中的难点:参数辨识和弱磁控制做了说明。
　　 全文最后，对本文所做的工作进行了总结，通过总结指出了方案存在的不足及改进方法，为以后的进一步研究指出了方向。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究目标和创新点

1．4 论文章节安排

2 改造方案与控制策略

2．1 电机车结构介绍

2．2 总体改造方案

2．3 控制策略的选择与介绍

2．3．1 三相异步电动机控制方案比较

2．3．2 矢量控制整体实现方案

2．3．3 模糊PID控制器实现方案

2．4 小结

3 控制策略的仿真分析

3．1 MATLAB介绍

3．2 系统仿真模型

3．3 仿真波形分析

3．4 小结

4 系统硬件设计

4．1 控制器主芯片的选择与介绍

4．1．1 控制器芯片选择

4．1．2 DSP2812介绍

4．2 控制器电路设计

4．2．1 DSP2812工作电路设计

4．2．2 电压、电流、温度采集电路设计

4．2．3 速度测量电路设计

4．2．4 CAN总线接口电路设计

4．2．5 PWM波输出电路设计

4．3 小结

5 系统软件设计

5．1 编程标准及编程环境

5．1．1 C语言汽车工业标准

5．1．2 CCS编程环境介绍

5．2 主要程序设计

5．2．1 电流采集程序设计

5．2．2 速度测量程序设计

5．2．3 Clack-Park变换程序设计

5．2．4 磁链角获得与查表计算程序设计

5．2．5 SVPWM波生成程序设计

5．3 小结

6 系统综合测试

6．1 测试条件

6．2 测试结果及分析

6．3 主要问题说明

6．4 小结

7 总结与展望

参考文献

附录A 控制器总电路图

附录B 正、余弦值数据表

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果