基于交流伺服系统的油压减振器试验平台的研究

论文摘要

铁路机车车辆运行速度的提高对列车的动力学性能提出了更高的要求,而油压减振器作为改善列车动力学性能、提高旅客乘坐舒适度的关键部件,其各项性能指标都应该有相应的提高。目前国内已引进和制造了多种满足高速铁路运用要求的油压减振器,也制定了对其进行检验和测试的新的行业标准。依据新标准,研制新型的油压减振器性能测试设备——油压减振器试验台显得越来越迫切。本论文旨在研制一种满足铁道行业新标准和高速铁路要求的油压减振器试验平台,以此平台为基础,油压减振器制造厂家和产品检验认证机构可以构建满足其实际应用的油压减振器试验台,以实现油压减振器的高性能研究与测试。本文根据油压减振器试验台的技术要求,研究了新型油压减振器试验平台的总体设计方案,给出了此方案下所构建的试验平台的总体结构和工作原理,并重点介绍了油压减振器试验平台微机测控系统的硬件和软件设计。硬件部分首先简要介绍了微机测控系统硬件结构,然后对其核心组成部分——数据采集与控制单元进行了具体设计和实现,包括基于Intel 80C196单片机的双CPU模块、开关量接口电路、限位保护电路、CAN通信接口电路的设计。接着,还重点介绍了信号调理单元、位置调节器的功能和硬件电路实现。最后,对硬件电路设计过程中用到的抗干扰措施进行了介绍。软件部分的设计分为上位机软件和下位机软件两部分,其中下位机软件的设计是本论文研究的重点。下位机软件程序代码采用汇编语言编写,包括主CPU程序和正弦脉宽调制(SPWM)信号生成程序。本论文对主CPU程序流程及其子程序设计进行了说明,并详细阐述了SPWM信号生成程序的设计原理。接着,研究了永磁同步电动机的矢量控制策略和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的基本原理,并将此策略和算法应用于试验台交流伺服运动控制系统的仿真建模中,给出仿真结果并进行分析。本文对所设计的油压减振器试验平台进行了空载试验和模拟仿真试验,给出了试验波形。试验结果表明,本文所设计的油压减振器试验平台具备对油压减振器进行测试的基本功能,并且能够满足应用要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 油压减振器的作用及性能简介
• 1.1.2 国内外油压减振器试验台发展现状
• 1.2 课题研究的必要性
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 试验台总体设计
• 2.1 试验台技术要求
• 2.1.1 试验台基本性能
• 2.1.2 试验台测试系统
• 2.2 试验台设计方案
• 2.2.1 驱动装置方案分析
• 2.2.2 测控系统方案分析
• 2.3 试验台总体结构
• 2.4 试验台工作原理
• 3 试验台微机测控系统硬件设计
• 3.1 微机测控系统硬件结构
• 3.2 数据采集与控制单元
• 3.2.1 双CPU 模块
• 3.2.2 开关量接口电路
• 3.2.3 限位保护电路
• 3.2.4 CAN 通信接口电路
• 3.3 信号调理单元
• 3.3.1 传感器信号变换电路
• 3.3.2 信号调整电路
• 3.3.3 幅值调节电路
• 3.4 位置调节器
• 3.5 硬件电路抗干扰措施
• 3.6 本章小结
• 4 试验台微机测控系统软件实现
• 4.1 软件设计总体结构
• 4.2 主CPU 程序设计
• 4.2.1 运行模式选择
• 4.2.2 数字电位器控制
• 4.2.3 软件定时器中断
• 4.2.4 数据采集模块
• 4.2.5 CAN 通信模块
• 4.3 SPWM 信号生成程序设计
• 4.4 本章小结
• 5 试验台PMSM 伺服运动控制系统建模仿真
• 5.1 伺服运动控制系统简介
• 5.2 永磁同步电动机及其矢量控制
• 5.2.1 PMSM 的数学模型
• 5.2.2 PMSM 的矢量控制
• 5.3 电压空间矢量脉宽调制理论基础
• 5.3.1 电压空间矢量的提出及定义
• 5.3.2 基本电压空间矢量及其合成
• 5.3.3 电压空间矢量所在扇区的判断
• 5.3.4 PWM 脉冲的开关模式
• 5.4 系统仿真模型建立
• 5.4.1 扇区判断模块
• 5.4.2 时间计算模块
• 5.4.3 脉冲产生模块
• 5.5 仿真结果
• 6 试验和分析
• 6.1 试验系统实物及调试环境
• 6.2 试验内容及分析
• 6.2.1 空载试验
• 6.2.2 模拟仿真试验
• 6.3 试验总结
• 7 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简介