系留平台收放系统电控系统的研究

论文摘要

系留气球作为信息平台,具有使用成本低、滞空时间长和隐身性能好等特点,近年来已成为各国研究热点。在系留气球系统中,系留平台收放系统,即绞车的性能不仅影响着整个系统的安全性和可靠性,而且影响缆绳的使用寿命和光电信号的传输性能。在现代绞车朝着缆绳长度越来越长、张力越来越大的方向发展的过程中,绞车的速度控制精度、缆绳的有效保护成为制约现代绞车发展的瓶颈。针对上述绞车遇到的问题,本文提出了一种利用变频器对交流电动机进行控制的减张力电控绞车的方案,并对矢量变频控制系统、减张力机构及恒张力系统进行了深入的理论和试验研究,进一步对系统的可靠性进行了深入的分析,具有重要的理论价值和实际工程意义。本课题在分析电控绞车结构的基础上,进一步研究了绞车的电控系统。减张力机构的方案的提出,解决了绞车在应用过程中出现的缆绳损坏的问题,通过应用摩擦学原理,使缆绳和摩擦轮之间的摩擦力吸收掉了缆绳上的大部分张力,在缆绳缠绕到储缆筒上时缆绳上的张力能够保持在一个稳定的范围,有效的保护了缆绳。本系统所采用的变频器对储缆绞车实施了恒转矩控制,实现了储缆绞车与减张力机构的随动,保持了缆绳上所承受张力的恒定。最后,分析了绞车的可靠性,在应用可靠性指标加权分配法对绞车电控系统的可靠性指标进行分配的基础上,应用元器件计数法对绞车电控系统的可靠性进行预计,使电控绞车在设计阶段,有效判明可靠性薄弱环节,以便改进设计。在理论研究的同时,设计了电控绞车减张力机构的试验模型,并进行了相应的试验。理论研究和试验结果均表明,应用矢量控制变频调速的减张力机构速度控制系统模型具有较好的速度稳定性及较高的速度精度;恒转矩控制的电机能与减张力机构实现随动,当系统速度调整时能及时实现跟随,实现了缆绳所受张力的恒定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
• 1.1 绞车的发展历史及其应用
• 1.1.1 绞车的发展历史
• 1.1.2 绞车的应用
• 1.2 绞车的分类和构成
• 1.2.1 绞车的分类
• 1.2.2 绞车的构成
• 1.3 交流变频调速控制技术的发展
• 1.3.1 相位控制
• 1.3.2 VVVF 控制
• 1.3.3 转差频率控制
• 1.3.4 脉宽调制（PWM）控制
• 1.3.5 矢量变换控制
• 1.3.6 磁场控制
• 1.3.7 微型计算机控制
• 1.4 新技术及发展趋势
• 1.5 论文选题意义及研究内容
• 1.5.1 本论文选题意义
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 收放系统总体方案的研究
• 2.1 收放系统的配置与布局
• 2.1.1 主绞车
• 2.1.2 辅助绞车
• 2.1.3 控制与监测系统
• 2.2 主绞车驱动方案的比较及选用
• 2.3 绞车电气控制系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 矢量控制变频器系统
• 3.1 矢量变换控制问题的提出
• 3.2 矢量变换控制的基本原理
• 3.2.1 磁场作用等效
• 3.2.2 转矩作用等效
• 3.3 矢量的坐标变换及其实现
• 3.3.1 三相二相变换
• 3.3.2 矢量旋转变换
• 3.4 矢量变换控制在减张力机构中的应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 减张力机构的研究
• 4.1 减张力机构的工作原理
• 4.2 缆绳的受力分析
• 4.3 减张力机构的优化
• 4.3.1 材料的选择
• 4.3.2 缆绳承力结构
• 4.3.3 摩擦系数分段的设计
• 4.4 恒张力机构设计
• 4.4.1 直接转矩控制思想在恒张力控制中的应用
• 4.4.2 恒张力机构运行方式及负功平衡
• 4.5 本章小结
• 第五章 绞车可靠性分析
• 5.1 系统可靠性分配
• 5.1.1 影响产品可靠性的因素
• 5.1.2 可靠性分配方法
• 5.1.3 系统可靠性分配
• 5.1.4 单元可靠性分配
• 5.2 系统可靠性预计
• 5.2.1 可靠性预计模型
• 5.2.2 系统可靠性预计
• 5.2.3 预计结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 绞车实验系统的研究
• 6.1 绞车电控实验平台的结构
• 6.1.1 计算机
• 6.1.2 变频器
• 6.1.3 光电编码器
• 6.1.4 制动电阻
• 6.2 绞车的实验操作
• 6.2.1 驱动变频器动力线的连接
• 6.2.2 端子控制
• 6.2.3 通过面板实现手动操作
• 6.2.4 通过软件实现手动操作
• 6.3 减张力机构系统测试
• 6.3.1 转速状态运行测试
• 6.3.2 转矩状态运行测试
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢
• 大摘要