电机软起动智能控制器的研究

论文摘要

电机软起动控制器是专为中高压三相交流电机降低起动电流而设计的。它在大功率电机起动过程中,通过控制电机的电流,使电机缓慢、平滑的加速,避免大电流对电机和电网的冲击,提高电网的工作效率和减少起动时对电机的冲击损伤,从而达到起动和保护设备的作用。本文在对查阅、分析和归纳了国内外交流电机软起动相关技术的基础上,首先分析交流电机的起动特性,对比了多种传统的软起动方式的特点,并结合实际应用选择可变电抗器软起动方式作为智能固态软起动器的设计方案。本文设计了以基于内嵌uC/OS-Ⅱ操作系统的工业级ARM7微控器为核心的软起动控制器硬件电路,包括微处理器系统、模拟量和开关量输入/输出通道、CAN总线通信、触摸屏人机界面、CF卡存储单元、USB接口、485总线通信和电源电路的分析和设计;对软起动控制软件进行了设计,包括控制流程和各重要部分程序设计。重点对恒流软起动控制算法进行了分析,对模糊控制和常规PID控制效果分别进行深入分析,结合两者优点采用模糊控制和PID控制相结合的方法作为智能固态软起动器的控制策略,并重点对模糊控制器进行了设计。本文使用Matlab/Simulink搭建了软起动系统仿真模型,进行仿真,通过仿真验证了软起动控制器方案的可行性。通过试验验证了其理论分析和设计的正确性。试验表明,可变电抗式智能电机软起动控制器能有效控制起动冲击电流,一般小于额定电流的3倍,操作方便简单,智能化程度高,基本达到了异步电机软起动的性能要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题的题目及来源
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.1.3 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 系统构建与方案设计
• 2.1 智能型固态软起动器系统设计
• 2.1.1 智能型固态软起动器方案设计
• 2.1.2 软起动器系统结构设计
• 2.2 智能控制器方案设计
• 2.2.1 智能控制器方案
• 2.2.2 智能控制器结构设计
• 第3章 控制器硬件设计
• 3.1 微处理器系统结构
• 3.1.1 微处理器的选型
• 3.1.2 微处理器系统构建
• 3.1.3 使用嵌入式实时操作系统的必要性与优点
• 3.2 微处理器基本单元
• 3.3 模拟量I/O单元模块
• 3.3.1 信号检测部分设计
• 3.3.2 信号调理电路
• 3.3.3 模数转换电路
• 3.3.4 数模转换电路
• 3.4 数字量I/O单元模块
• 2C总线介绍'>3.4.1 I²C总线介绍
• 3.4.2 数字量输入电路
• 3.4.3 数字量输出电路
• 3.5 总线通信电路设计
• 3.5.1 CAN总线简介
• 3.5.2 CAN通信拓扑结构
• 3.5.3 CAN总线通信电路
• 3.5.4 RS485通信电路
• 3.6 人机交互单元设计
• 3.6.1 触摸单元电路
• 3.6.2 液晶显示单元电路
• 3.7 存储单元电路设计
• 3.8 电源电路设计
• 第4章 控制器软件设计
• 4.1 软件流程设计
• 4.1.1 初始化程序流程
• 4.1.2 起动状态检查程序流程
• 4.2 软起动过程控制程序
• 4.2.1 电压斜坡式软起动
• 4.2.2 脉冲突跳式软起动
• 4.2.3 恒流式软起动
• 4.3 总线通信程序设计
• 4.3.1 CAN节点的创建流程
• 4.3.2 CAN总线数据的发送
• 4.3.3 CAN总线数据的接收
• 4.3.4 CAN总线通信协议设计
• 4.4 人机交互模块程序设计
• 4.4.1 液晶显示驱动程序
• 4.4.2 液晶触摸部分驱动程序
• 4.5 存储单元程序设计
• 第5章 智能控制算法
• 5.1 智能控制概述
• 5.2 软起动控制算法选择
• 5.3 模糊PID算法在电机上应用原理
• 5.4 电机软起动智能控制器设计
• 5.4.1 模糊控制器设计
• 5.4.2 模糊控制器参数整定
• 5.4.3 模糊控制软件流程
• 第6章 系统仿真与试验
• 6.1 系统仿真
• 6.1.1 主要环节的仿真
• 6.1.2 软起动系统的仿真模型
• 6.1.3 仿真结果
• 6.2 系统试验
• 6.2.1 系统调试
• 6.2.2 380V低压电机起动试验
• 6.2.3 高压电机起动试验
• 第7章 结束语
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录1:软起动控制器电路原理图
• 附录2:软启动控制器实物图
• 附录3:智能固态软起动器实验装置图片