運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

課程設(shè)計報告 題目：運動控制系統(tǒng)綜合設(shè)計矢量變頻器的參數(shù)整定與運行測試物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)班級學(xué)號設(shè)計時間地點學(xué)生姓名指導(dǎo)教師二〇一四年六月課程設(shè)計的目的課程設(shè)計是在校學(xué)生素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié)，是理論與實踐相結(jié)合的橋梁和紐帶。運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計，要求學(xué)生更多實踐方案，解決目前學(xué)生課程設(shè)計過程中普遍存在的缺乏動手能力的現(xiàn)象.

《運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計》是繼《電機與拖動基礎(chǔ)》和《運動控制系統(tǒng)》課程之后開出的實踐環(huán)節(jié)課程，其目的和任務(wù)是訓(xùn)練學(xué)生綜合運用已學(xué)課程的基本知識，獨立進行電機調(diào)速技術(shù)和設(shè)計工作,掌握系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計、分析及調(diào)試檢測。課程設(shè)計題目描述與要求(1)矢量變頻器技術(shù)是基于DQ軸理論而產(chǎn)生的,它的基本思路是把電機的電流分解為D軸電流和Q軸電流,其中D軸電流是勵磁電流，Q軸電流是力矩電流,這樣就可以把交流電機的勵磁電流和力矩電流分開控制,使得交流電機具有和直流電機相似的控制特性,是為交流電機設(shè)計的一種理想的控制理論,大大提高了交流電機的控制特性.不過目前這種控制理論已經(jīng)不僅僅應(yīng)用在交流異步電動機上了,直流變頻電動機(BLDC,也就是永磁同步電動機)也大量使用該控制理論.(2)通過學(xué)習(xí)SIEMENSMICROMASTER

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操作手冊，熟悉本設(shè)備的基本運作流程，并可以按照老師的要求進行實際的操作。通過改變加減速的參數(shù)和頻率，觀察各種情形下的運行過程，加深對交流異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的認知，將實際模型與課本上的理論原理相結(jié)合驗證，更好的掌握運動控制中各種調(diào)速方式的異同和特性。課程設(shè)計內(nèi)容3.1專業(yè)英語資料查閱及小結(jié)IntroductionACmotorvectorcontroltheoryisaGermanscholarKHassandFBlaschkeestablished,asawayofACasynchronousmotorcontrol,vectorcontroltechnologyhasbecomethepreferredschemeofvariablefrequencyspeedregulationsystemwithhighperformance.VectorcontroltechnologyofACmotorisACmotordynamicmodelbasedonspacevectordiagram,theestablishmentofACmotor,usingfieldorientedthestatorcurrentisdecomposedintotheexcitationcomponentisconsistentwiththedirectionofthemagneticfieldandthedirectionofthemagneticfieldorlandtorque,anddon'tcontrolthefluxandtorqueofinductionmotor,andthecontrollikeaseparatelyexcitedDCmotor.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,digitalsignalprocessor(DSP)andpowerfulbecauseoftheextensiveapplicationofvectorcontrolgraduallytowardsthepractical.AccordingtothedataformatofDSPcanbedividedintofixedpointDSPandpointDSPtwo.Consideringthepricereason,vectorcontrollerappliedintheearlyoffixed-pointDSP,andfloatingpointarithmeticaftersoftwareprocessing,thusincreasingthecomplexityofthesoftware.Withtheenhancementoftheperformanceoffloating-pointDSP,vectorcontrollermorewillusefloatingpointDSP.Buttothehighperformancecontrolcompletemotor,PWMmodulationmustbeoptimizeddesign.Inthiscase,thePWMmodulationofaDSPisverydifficulttocompletevectorcontrollerandtheoptimizationofthetwowork,needsthecoordinationworktocompletethevectorcontrolsystemwithhighperformance.Inthispaper,TIfloating-pointDSPchipTMS320VC33andTMS320F240isdesignedbasedonthestructureofvectordualmicrocomputercontrolsystem.TMS320VC33mainlycompletesthevectorcontrolcalculation,playitfloatingpointarithmeticspeed,andtheTMS320F240hardwareimplementationofthePWMmodulationfunction.ThispaperpresentsafulldigitaldoubleDSPvectorcontrolsystem,andtheexperimentwascarriedoutonthe1.5kWcageasynchronousmotor,andachievedgoodresults.中文翻譯引言交流電機矢量控制理論是德國學(xué)者KHass和FBlaschke建立起來的，作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術(shù)已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。交流電機的矢量控制技術(shù)是基于交流電機的動態(tài)模型，通過建立交流電機的空間矢量圖，采用磁場定向的方法將定子電流分解為與磁場方向一致的勵磁分量和與磁場方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，并分別對磁通和力矩進行控制，而使異步電機可以像他勵直流電機一樣控制。隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，功能強大的數(shù)字信號處理器（DSP）的廣泛應(yīng)用使得矢量控制逐漸走向了實用化。DSP按數(shù)據(jù)格式可分為定點DSP和浮點DSP兩類?？紤]到價格原因，早期的矢量控制器多采用定點DSP，而浮點數(shù)運算要經(jīng)過軟件處理，因此增加了軟件的復(fù)雜性。隨著浮點DSP性價比的提高，更多的矢量控制器將采用浮點DSP。而要完成電機的高性能控制，PWM調(diào)制必須進行優(yōu)化設(shè)計。在這種情況下，一個DSP很難完成矢量控制器和優(yōu)化的PWM調(diào)制兩項工作，需要雙機協(xié)同工作才能完成高性能的矢量控制系統(tǒng)。本文基于TI公司的浮點DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240設(shè)計了雙微機結(jié)構(gòu)的矢量控制系統(tǒng)。TMS320VC33主要完成矢量控制計算，發(fā)揮它浮點數(shù)運算快的特點，而TMS320F240用硬件實現(xiàn)PWM調(diào)制功能。本文給出一全數(shù)字化的雙DSP矢量控制系統(tǒng)，并在1．5kW籠型異步電機上進行了實驗，取得了良好效果。3.2對交流異步電機的調(diào)速特性和模型研究電動機的調(diào)速性質(zhì)分:調(diào)速的升降、調(diào)速的平滑性、最大調(diào)速范圍、調(diào)節(jié)特性上最大容許負載。電動機的調(diào)速方式不同則對應(yīng)機械特性也不同.電動機的機械特性要適應(yīng)負載的特性,故選擇電動機的調(diào)速方式時要根據(jù)負載的特性來選擇。

異步電機的變壓變頻調(diào)速，必須具備能夠同時控制電壓幅值和頻率的交流電源，而電網(wǎng)提供的是恒壓恒頻的電源，因此應(yīng)該配置變壓變頻器，又稱VVVF裝置。

交流電動機的調(diào)速方法也不同，以下是幾種調(diào)速方法的特性比較：

在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。

從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)E子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。

3.3

變頻器的參數(shù)整定與運行測試

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Vector的基本操作如下：參數(shù)整定：

可以通過面板上的薄膜型按鈕改變和設(shè)定參數(shù)，以調(diào)節(jié)出所需要的變頻器特性，被選定的參數(shù)號和設(shè)定的參數(shù)值通過四位LED顯示屏顯示出來。

(1)首先開機后先將設(shè)備初始化，因為設(shè)備中可能還存儲著之前一次的參數(shù)設(shè)定。方法為將參數(shù)調(diào)至P944并設(shè)定為‘1’并按P鍵，此時出了P101外其它的所有參數(shù)都將復(fù)位為出廠設(shè)置值，以前設(shè)定的參數(shù)將被覆蓋。

(2)有的參數(shù)號為一位，有的為兩位甚至三位，所以首先根據(jù)需要來選定需要改變的LED的位數(shù)。將參數(shù)調(diào)至P009（參數(shù)保護設(shè)定），再從參數(shù)范圍0到3內(nèi)選擇所需要的參數(shù)值

P009

0

=

只有P001至

P009的參數(shù)可被讀/寫。

1=參數(shù)

P001至

P009可被設(shè)定，所有其它參數(shù)只能讀。

2

=

所有參數(shù)可被讀/寫，擔(dān)當(dāng)電源斷電時，P009自動復(fù)位到03=所有參數(shù)可被讀寫。

一般情況下對于我們初學(xué)者，都會將參數(shù)值設(shè)定為3，再按P鍵，3位都可以被改動，還有在復(fù)位出廠設(shè)置值時也許不能調(diào)節(jié)至P944，此時也需要先將調(diào)節(jié)參數(shù)保護設(shè)定。

(3)之后就可以按照需要設(shè)定參數(shù)，如設(shè)定加速時間（秒）將參數(shù)調(diào)至P002（出廠設(shè)置位10.0秒），設(shè)定減速時間（秒）就將參數(shù)調(diào)至P003（出廠設(shè)置位10.0秒），設(shè)定數(shù)字量頻率就將參數(shù)調(diào)至P005（出廠設(shè)置位5.0Hz）。根據(jù)需要調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置需要的參數(shù)再按下P按鈕就設(shè)定成功。

注：如有其它需要設(shè)定的參數(shù)再根據(jù)說明書查找具體的參數(shù)號，再設(shè)定。

運行測試

參數(shù)要求：恒功率模式，平滑失效，顯示頻率。運行結(jié)果要求：顯示頻率具體運行過程：①

P009設(shè)定為3，所有參數(shù)可被讀寫②P002設(shè)定為0.2，加速時間為0.2s,平滑失效③P005設(shè)定為60，數(shù)字量頻率為60Hz，電機在恒功率模式下運行

參數(shù)設(shè)定完，按下綠色啟動按鈕，電動機來時轉(zhuǎn)動，為了顯示電流，還需設(shè)定參數(shù)P001（顯示選擇），根據(jù)下表可知，將P001設(shè)定為2可以顯示電流，P001設(shè)為2

按下P按鈕，再調(diào)到P000（顯示P001中選擇的輸出量）顯示結(jié)果。顯示結(jié)果=0.4（A）

參數(shù)

說明/注解

P001

心得體會通過本次課程設(shè)計，首先對交流調(diào)速系統(tǒng)有了更深的認識，并也熟練地學(xué)會了恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的原理，也掌握SIEMENSMICROMASTER

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Vector的使用，加深了理解，是對課堂所學(xué)理論知識的一次很好的應(yīng)用到實際中。經(jīng)過了大概一周的努力終于完成了課程設(shè)計，由于時間太倉促和本人能力有限所以不是太完美，通過這次課程設(shè)計讓我認識到運動控制不僅僅是有在學(xué)書本知識就能學(xué)到其精髓的，也有在只有理論聯(lián)系實際不斷的在生活中實踐才能認識