全封闭交流异步电力测功机系统研究

论文题目: 全封闭交流异步电力测功机系统研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械工程

作者: 赵泉明

导师: 张桂香

关键词: 交流异步电力测功机,变速箱,矢量控制,变频器,模糊控制,模拟道路测试,虚拟仪器

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 变速箱等传动机械是汽车和工程机械的关键设备,应用非常广泛,其性能直接影响到汽车、工程机械的动力性、经济性和可靠性。由于国内近年来汽车与工程机械发展迅速,对于变速箱性能测试的要求也不断提高。本文重点研究用于变速箱性能测试的全封闭交流异步电力测功机及其控制系统,在详细分析测功原理的基础上,深入研究了测功电机运行状态、数学模型及矢量控制基础理论、控制系统硬件设计、系统控制策略及软件实现等内容,完成全封闭交流异步电力测功机控制系统的开发。本文以电力测功机为中心,分析了测功系统工作原理及稳态工况下系统各主要转矩量之间的关系、测功电机运行状态。从异步电机矢量控制基本思想入手,详细讨论矢量控制调速原理,利用坐标变换得出测功电机不同坐标系下的数学模型与运动方程,实现异步测功机的转矩、磁链解耦控制,从而保证测功系统的动态响应能力。通过分析系统控制动态过程,提出以模糊控制器为核心的转速转矩闭环控制方案,具体研究了模糊控制器的组成、结构及其设计与实现,同时将底盘测功机模拟道路测试的方法引入到变速箱性能测试中,研究汽车道路行驶阻力的模拟,实现变速箱实验室模拟道路测试,以提高测试效率,缩短测试周期。在硬件设计上,分析测功机系统组成原理及基本结构,给出了以工业控制计算机为核心,转矩、转速、电流、电压等信号采集与处理电路为基础,变频器为主回路的信号检测、控制输出及系统保护的硬件原理及电路实现,讨论了测功系统电磁干扰源及抗干扰设计应采取的措施。在矢量控制基本原理的基础上,研究讨论了电机磁通观测、速度观测的原理及测功电机无速度传感器矢量控制系统的实现。本文最后给出转矩标定、主控程序的原理框图,并利用LabVIEW虚拟仪器开发平台完成程序的设计,给出了程序主界面。通过一系列试验验证了基于矢量控制、模糊控制的测功系统具有满意的精度与动态响应能力。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1．1 本文背景和传动机械测试技术发展现状

1．2 国内外常用负载(测功)设备的现状与发展

1．2．1 水力测功机

1．2．2 电涡流测功机

1．2．3 电力测功机

1．3 本文涉及的基本问题和研究对策

1．3．1 全封闭交流异步电力测功机系统的基本组成

1．3．2 电力测功机系统的数学模型分析

1．3．3 电力测功机测试及控制系统硬件设计

1．3．4 测功系统控制策略及软件设计

1．4 本文的课题来源及主要内容安排

第2章电力测功机系统原理与理论分析

2．1 测功系统工作原理分析

2．2 测功机系统稳态运行转矩分析

2．2．1 驱动电机稳态运行转矩分析

2．2．2 驱动电机稳态运行转矩分析

2．3 异步测功电机运行状态分析

2．3．1 交流异步电机的运行状态分析

2．3．2 测功机系统电机运行状态分析

2．4 异步测功电机矢量控制调速原理

2．4．1 矢量控制的基本思想

2．4．2 坐标变换和矢量变换

2．4．3 三相异步电机多变量非线性数学模型

2．4．4 异步电机在两相坐标系上的数学模型

2．4．5 矢量控制的基本方程式

2．4．6 电力测功机系统数学模型

2．5 本章小结

第3章电力测功机系统组成及其硬件实现

3．1 电力测功机系统结构

3．2 转矩信号检测及其处理

3．2．1 转矩检测传感器

3．2．2 转矩检测放大电路

3．3 转速信号检测及其处理

3．3．1 转速检测方法及误差分析

3．3．2 转速检测硬件电路

3．4 变频器主电路原理

3．5 系统保护

3．5．1 电压电流信号检测

3．5．2 温度检测电路设计

3．6 测功机系统电磁干扰及抗干扰分析

3．6．1 系统中电磁干扰的类型

3．6．2 系统中电磁干扰的抑制及抗干扰设计

3．7 本章小结

第4章电力测功机系统控制策略及软件实现

4．1 测功机控制系统原理

4．2 测功电机矢量控制系统设计

4．2．1 磁通观测与电流调节

4．2．2 无速度传感器矢量控制

4．2．3 测功电机无速度传感器矢量控制系统结构

4．3 测功机系统稳定性分析及控制策略研究

4．3．1 电力测功机对机械负载的模拟

4．3．2 测功机系统运行稳定性分析

4．3．3 电力测功机转速转矩闭环控制

4．4 测功机系统转速模糊控制的设计与实现

4．4．1 模糊控制介绍与分类

4．4．2 控制器输入输出的模糊语言描述及其隶属函数

4．4．3 建立模糊控制规则

4．4．4 模糊推理及反模糊化

4．4．5 模糊控制器的软件设计

4．5 测功机系统变速箱模拟道路测试及实现

4．6 系统程序设计与实现

4．6．1 虚拟仪器技术及其开发平台

4．6．2 转矩传感器静态标定

4．6．3 模糊控制在线查询子程序的实现

4．6．4 计算机与变频器的USS串行通讯

4．6．5 测功系统主程序及人机界面

4．7 本章小结

第5章试验与结果分析

5．1 概述

5．2 测功控制系统参数

5．3 转矩静态标定试验

5．4 转速动态响应试验

5．5 试验结果与分析

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)

附录B 模糊控制器离线计算程序

发布时间: 2005-09-27

参考文献

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