试验水池拖车速度控制系统设计与实现

论文摘要

水池拖车是做船舶性能试验的基本设备,其作用是拖曳船模或其他模型在试验水池中作匀速运动,以测量速度稳定后的船舶性能相关参数,达到预报和验证船型设计优劣的目的。由于拖车稳速精度直接影响到模型运动速度和试验结果的精度,因而必须配有高精度和抗扰性能良好的车速控制系统,以保证拖车运动的稳速精度。本文完成了对试验水池拖车全数字直流调速控制系统的设计和实现。本文对试验水池拖车工作原理进行了详细的介绍和分析,结合该控制系统性能指标要求,确定采用四台直流电机作为四台车轮的驱动电机。设计了电流环、转速环双闭环的直流调速控制方案,并且采用转矩主从控制模式有效的解决了拖车上四台直流驱动电机理论上的速度同步和负载平衡等问题。由于拖车要经常在轨道上做反复运动,拖动系统必须要采用可逆调速系统,论文中重点研究了逻辑无环流可逆调速系统。大型直流电机调速系统一般采用晶闸管整流技术来实现,本文给出了晶闸管整流装置和直流电机的数学模型,根据此模型分别完成了电流坏和转速环的设计和分析验证。针对该系统中的非线性、时变性和外界扰动等因素,本文将模糊控制和PI控制相结合,设计了模糊自整定PI控制器,并给出了模糊控制的查询表。本文在系统基本构成及工程实现中,介绍了西门子公司生产的SIMOREGDC Master 6RA70全数字直流调速装置,并设计了该调速装置的启动操作步骤及参数设置。完成了该系统的远程监控功能设计,大大方便和简化了对试验水池拖车的控制。对全数字直流调速控制系统进行了EMC设计,提高了系统的抗干扰能力。本文最后通过数字仿真得到了该系统在常规PI控制器和模糊自整定PI控制器下的控制效果,并给出了系统在现场调试运行时的试验结果波形。经过一段时间的试运行工作证明该系统工作良好,达到了预期的设计目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、意义及目的
• 1.2 电气传动的发展概况
• 1.3 直流电机调速系统的发展概况
• 1.4 调速系统中模糊控制的发展概况
• 1.4.1 模糊控制的产生
• 1.4.2 模糊控制理论的进展
• 1.5 本文所做的工作
• 第2章 试验水池拖车控制系统方案设计
• 2.1 试验水池拖车控制系统
• 2.1.1 主从控制模式
• 2.1.2 双闭环直流调速控制
• 2.1.3 逻辑无环流可逆直流调速控制
• 2.2 驱动电机参数计算及选择
• 2.2.1 电机的选择
• 2.2.2 电机参数的计算
• 2.3 平波电抗器
• 2.4 直流调速系统可控整流电源
• 2.5 脉冲编码器
• 2.6 本章小结
• 第3章 试验水池拖车控制系统控制器设计
• 3.1 直流电机的数学模型
• 3.2 直流调速系统可控整流装置的数学模型
• 3.3 双闭环调速系统的设计
• 3.3.1 典型系统及其参数与性能指标的关系
• 3.3.2 电流环设计
• 3.3.3 转速环设计
• 3.4 模糊自整定PI控制器的设计
• 3.4.1 模糊自整定PI控制器的结构
• 3.4.2 模糊控制规则设计
• 3.4.3 论域、量化因子和比例因子的选择
• 3.4.4 模糊控制策略实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验水池拖车控制系统构成
• 4.1 西门子6RA70全数字直流调速装置
• 4.1.1 调速装置结构与特点
• 4.1.2 调速装置启动的操作步骤
• 4.1.3 调速装置的参数设置
• 4.2 系统监控功能设计
• 4.2.1 硬件配置
• 4.2.2 通讯协议
• 4.2.3 监控软件程序框图
• 4.3 系统的 EMC设计
• 4.3.1 EMC的基本原理
• 4.3.2 EMC规划
• 4.3.3 电磁干扰源及其危害性分析
• 4.3.4 电磁兼容性设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统仿真及试验结果
• 5.1 试验水池拖车直流调速控制系统仿真
• 5.1.1 双闭环PI控制器系统仿真
• 5.1.2 模糊自整定PI控制器系统仿真
• 5.2 试验结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢