旋转机械控制与自诊断系统开发

论文摘要

旋转机械在工业控制等领域广泛应用,国外高档设备往往配有自振断系统,实时监测设备运行状态,并能够根据设备状态调整控制策略。本文结合DSP处理器以及直流无刷电机进行了旋转机械控制与自诊断系统的开发。传统的直流电机由于其本身固有的特性,即有机械换向器和电刷从而导致电机容量有限和可靠性不高、噪音大,迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的永磁无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点,从而使其在工业控制等领域得到了越来越广泛的应用。论文提出了基于DSP芯片TMS320LF2407A的永磁无刷直流电动机的控制系统设计方案。利用DSP系列芯片进行低成本、高智能无刷直流电动机控制系统的设计,能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。振动测试分析部分采集两路振动信号,经过隔离放大、滤波等信号调理电路后输入DSP的片上AD模块,在DSP上构建相应的数据采集模块,以及滤波、时域分析、幅域分析等多种数字信号处理模块,根据用户需求对旋转机械作相应的检测与诊断。本文主要从以下三个方面进行了分析与研究:①以TI公司DSP芯片TMS320LF2407A为控制核心,结合IR公司的驱动芯片IR2130以及功率开关管,进行控制系统硬件电路的设计,并设计了相应的振动测量电路;②应用DSP专用汇编语言与C语言进行系统软件程序的编写;③进行了电机控制以及振动测试的实验,为进一步实用化打下了基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 直流无刷电机的发展及工作原理
• 1.2.1 直流无刷电机的发展
• 1.2.2 有位置传感器直流无刷电动机的组成环节及工作原理
• 1.3 振动测量分析
• 1.3.1 旋转机械设备故障诊断技术的发展历史
• 1.3.2 旋转机械设备故障的振动诊断方法介绍
• 1.4 本论文完成的主要工作
• 2 系统硬件设计
• 2.1 硬件系统总体设计
• 2.2 DSP 芯片TMS320LF2407A 介绍
• 2.2.1 TMS320 系列DSP 概况
• 2.2.2 TMS320LF2407 芯片概述
• 2.2.3 系统使用的主要DSP 外设介绍
• 2.3 无刷直流电机控制部分硬件设计
• 2.3.1 无刷直流电机控制总体硬件方案
• 2.3.2 DSP 主控模块设计
• 2.3.3 无刷直流电机驱动模块设计
• 2.4 振动测量分析部分硬件设计
• 2.4.1 传感器的选择
• 2.4.2 相关电路设计
• 2.5 硬件设计中的抗干扰技术
• 2.5.1 干扰源
• 2.5.2 降低干扰的措施
• 3 系统软件设计
• 3.1 软件系统总体设计
• 3.2 DSP 芯片TMS320LF2407A 编程概述
• 3.2.1 软件开发环境介绍
• 3.2.2 三种基本的文件
• 3.3 无刷直流电机控制部分程序设计
• 3.3.1 主程序设计
• 3.3.2 开环启动服务子程序设计
• 3.3.3 加速启动子程序设计
• 3.3.4 内外同步切换子程序设计
• 3.3.5 绕组换相服务子程序设计
• 3.3.6 转子速度和定子电流的测量
• 3.3.7 闭环调速的程序实现
• 3.4 振动测量分析部分程序设计
• 3.4.1 振动测量分析程序结构以及软件流程
• 3.4.2 FFT
• 3.5 系统的软件抗干扰设计
• 4 实验结果与调试要点
• 4.1 实验结果
• 4.1.1 无刷电机控制实验结果
• 4.1.2 振动测试实验结果
• 4.2 系统调试中要注意的几个问题
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书