摩擦试验机测控系统的设计与研究

论文摘要

摩擦试验机是测定制动装置及刹车副性能的基本设备之一。为准确检测摩擦材料的各项性能指标,旧有的试验机测控系统已不能满足广大用户的测试需求,迫切要求新一代试验机测控系统向数字化、智能化、集成化方面迈进。本文的研究目标是在分析和总结国内外同类测控系统技术现状的基础上,采用先进的检测技术和试验机控制技术,设计开发一套新型的基于DSP微处理器的摩擦试验机分布式测控系统。分布式测控系统以工控机作为整个系统的上位机,负责操作命令的下发、曲线绘制和图表打印等功能;采用TMS320F2812 DSP微控制器作为下位机,负责摩擦试验机测量参数的采集与处理、异步电机的电惯量控制与执行机构开关量的控制等;并通过微控制器和PC机平台之间的CAN/RS485通信,实现了硬件模块和软件模块之间的数据交换。提高了摩擦试验机整个测控系统的实时性和抗干扰能力。本文研究的电惯量技术是减小飞轮惯量,对原系统的电机调速系统进行补偿控制,使其制动效果与原系统一致。在研究交流矢量控制和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基础上,通过按规律改变经过解耦之后的转矩电流环给定电压来实现的电惯量系统。针对原试验机系统中传统PID控制中的缺点,采用基于单神经元自适应PID控制器的控制策略,用以改造电惯量系统。最后对电惯量系统进行了仿真和试验,并取得良好的控制效果,表明本文提出的电模拟系统控制方法切实可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 摩擦试验机及其测控技术的国内外发展现状
• 1.2.1 摩擦试验机的特点及发展现状
• 1.2.2 摩擦试验机测控技术的国内外发展现状
• 1.3 课题背景及研究意义
• 1.4 论文的研究内容及结构安排
• 第二章 摩擦试验机测控系统总体方案设计
• 2.1 摩擦试验机的工作原理
• 2.1.1 试验机的组成和结构
• 2.1.2 试验机的试验方法
• 2.1.3 试验机的电惯量模拟
• 2.1.4 试验机测量参数分析
• 2.2 摩擦试验机测控系统设计要求
• 2.3 摩擦试验机测控系统的方案设计
• 2.3.1 测控系统的总体方案
• 2.3.2 系统组成单元具体方案设计
• 2.4 本章小节
• 第三章 摩擦试验机电惯量系统控制原理
• 3.1 交流异步电机矢量控制原理
• 3.1.1 异步电机的数学模型
• 3.1.2 坐标变换理论
• 3.1.3 矢量控制原理
• 3.2 电惯量控制的实现方法
• 3.3 电压空间矢量脉宽调制的基本原理
• 3.4 SVPWM的调制算法
• 3.4.1 参考电压矢量扇区号的确定
• 3.4.2 电压矢量作用时间的确定
• 3.4.3 矢量切换点的计算
• 3.5 SVPWM的调制性能
• 3.6 本章小节
• 第四章 测控系统硬件电路及软件设计
• 4.1 主控制器及扩展设计
• 4.1.1 存储器的扩展
• 4.1.2 电源模块
• 4.1.3 复位电路
• 4.1.4 通讯模块
• 4.2 电惯量驱动系统SVPWM设计
• 4.2.1 主回路设计
• 4.2.2 保护电路
• 4.3 试验机测控系统数据采集电路设计
• 4.3.1 电流的检测
• 4.3.2 电机转速及位置检测
• 4.3.3 温度的检测
• 4.3.4 力矩的检测
• 4.3.5 压力的检测
• 4.3.6 磨损量的检测
• 4.4 测控系统软件设计
• 4.4.1 系统软件结构
• 4.4.2 SVPWM的DSP软件设计
• 4.4.3 上位机软件设计
• 4.4.4 测试界面及检测结果
• 4.5 本章小节
• 第五章 摩擦试验机电惯量控制策略的研究
• 5.1 单神经元自适应PID控制器的研究
• 5.1.1 数字PID控制原理
• 5.1.2 神经网络PID控制器
• 5.1.3 单神经元自适应控制PID控制器理论
• 5.2 采用单神经元自适应PID控制器的电惯量系统
• 5.2.1 系统的组成
• 5.2.2 控制器参数的确定
• 5.2.3 单神经元自适应PID速度控制器的实现
• 5.3 电惯量系统仿真
• 5.3.1 SVPWM仿真模型
• 5.3.2 仿真结果及分析
• 5.3 试验结果及分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文研究总结
• 6.2 后续展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果