电动叉车控制系统的研究与设计

论文摘要

随着电力电子技术及微处理器的发展,电动叉车越来越具有较高的研究价值和广阔的应用前景,电动叉车的设计核心是叉车的控制系统,所以对于叉车控制系统的研究是有很现实的经济和社会效益的。本课题主要是设计及实现一套可以用于设计应用的电动叉车控制系统,其设计的主要内容包括了主电路,驱动电路,控制电路。并且将直接转矩控制策略实际的应用到异步电机的控制中。主电路的设计,其核心的技术难点就在于电机的低电压大电流的特点,由于电动叉车使用的是低电压、大电流的异步电机,这就要求所采用的功率MOSFET具有很大的电流的容量且体积不能过大,所以只好采取多个管并联的方式,这样并联时的均流问题就成为必须解决的问题,本此设计中针对MOSFET的均流问题做了比较系统及全面的仿真实验,确定了影响并联均流的因素,及如何合理的选择参数来产生很好的均流效果。驱动电路的设计主要是基于IR2214驱动芯片,详细的介绍了芯片的关键技术,在MOSFET的驱动中采用的是一个驱动芯片驱动上下两个桥臂,且三个下桥臂可以共用一个电源,而上桥臂采用的是先进的自举的方式,这样就很大程度上的减少了电源的使用、节约了成本和体积。控制电路主要是基于DSP28335进行搭建,并通过仿真实验使直接转矩控制策略在低电压大电流电机上得到应用。最后,针对实验结果分析中所发现的异步电机空载低频振荡的问题进行了仿真,并且找出低频振荡的原因和影响因素及解决的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电动叉车的研究现状和发展趋势
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.1.3 发展趋势
• 1.2 异步电机的控制技术
• 1.2.1 电力电子技术的发展
• 1.2.2 微处理器的发展应用
• 1.2.3 异步电机控制算法的发展
• 1.2.4 MATLAB仿真软件的应用
• 1.3 论文主要内容
• 1.4 本章小节
• 第2章 主电路设计
• 2.1 MOSFET功率管的介绍
• 2.1.1 电力电子器件的种类
• 2.1.2 MOSFET的结构和工作原理
• 2.1.3 MOSFET的主要参数
• 2.2 MOSFET并联的均流技术
• 2.2.1 MOSFET并联的应用与特点
• 2.2.2 MOSFET静态均流
• 2.2.3 MOSFET动态均流
• 2.2.4 影响MOSFET并联均流的因素及仿真
• 2.3 缓冲电路
• 2.3.1 无缓冲电路的MOSFET逆变器正常工作的条件
• 2.3.2 缓冲电路工作原理
• 2.3.3 缓冲电路元件参数的计算
• 2.3.4 各参数对于缓冲电路影响的仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 驱动电路及系统硬件电路的设计
• 3.1 逆变器驱动电路的结构
• 3.1.1 逆变器的分类
• 3.1.2 半桥逆变电路和全桥逆变电路
• 3.2 自举电路设计
• 3.2.1 自举电路概述
• 3.2.2 自举原理
• 3.2.3 影响自举电源的因素
• 3.2.4 自举电容的计算
• 3.2.5 自举二极管的选择
• 3.3 驱动芯片介绍及驱动电路设计
• 3.3.1 IR2114性能参数简介
• 3.3.2 MOSFET栅极驱动特性分析
• 3.3.3 基于IR2214的驱动电路设计
• 3.4 系统外围硬件电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制策略及仿真
• 4.1 异步电机直接转矩控制的基本知识
• 4.1.1 异步电机的数学模型
• 4.1.2 逆变器的8种开关状态和逆变器的电压状态
• 4.2 直接转矩控制系统的结构
• 4.2.1 直接转矩控制系统的基本组成
• 4.2.2 电磁转矩的估算
• 4.2.3 定子磁链的观测模型
• 4.2.4 磁链和转矩的滞环比较控制
• 4.3 直接转矩控制系统的仿真
• 4.3.1 直接转矩控制系统的仿真模型
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与问题分析
• 5.1 实验结果
• 5.2 问题分析
• 5.3 电机参数对低频振荡的影响
• 5.3.1 定子电阻对空载低频振荡的影响
• 5.3.2 定子电感对空载低频振荡的影响
• 5.3.3 转子电阻对空载低频振荡的影响
• 5.3.4 转子电感对空载低频振荡的影响
• 5.3.5 互感对空载低频振荡的影响
• 5.3.6 转动惯量对空载低频振荡的影响
• 5.4 死区对空载低频振荡的影响
• 5.5 给定频率对空载低频振荡的影响
• 5.6 空载低频振荡的抑制方法
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢