基于DSP矢量控制的矿用电机车动力系统改进

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我国煤炭资源丰富,煤矿用来运送材料和矸石的交通工具中,使用最为普遍的是直流电机车。此种电机车一般采用蓄电池供电,驱动直流电动机牵引车体,调速方法主要采用串电阻方式。用这种方式调速带来的问题是显而易见的,比如价格昂贵、结构复杂、启动时会产生冲击、操作不便、安全保护功能不全、经常发生故障、浪费能源,还可能会产生杂散电流等等。这些问题易造成安全隐患,影响正常的煤矿生产。相比之下,如果改为交流电机驱动,这些问题可以被很好的解决。改造为交流电机驱动的核心工作是控制器的研制。本文重点研究设计了基于DSP2812的交流电机控制器,控制策略采用转子磁链定向的矢量控制,配合模糊PID控制和SVPWM输出,具有电压利用率高、输出稳定、器件开关损耗小、易于数字化控制等优点。通过选用TI公司专用电机控制芯片DSP2812不仅可以为方案提供可靠的硬件平台,还可以更好的发挥系统性能。本文首先阐述了课题的研究背景、现实意义和研究现状。然后详细介绍了总体改造方案及控制策略的选择与实现方法。在此基础上,对控制策略进行了仿真分析。在仿真的结果满足了系统的需要后,分别对系统硬件设计、软件设计和实际的系统测试等方面进行详细介绍。其中,硬件部分介绍了DSP芯片工作电路、数据采集电路、波形输出电路、数据传输电路等。软件部分着重说明了速度采集原理与程序、电流采样原理与程序、转子磁链定向的原理及编程实现方法,以及SVPWM波产生的原理、程序实现方法。最后对电机实际运行效果进行了测试,从实际效果检测方案的可行性,同时还对系统开发中的难点:参数辨识和弱磁控制做了说明。全文最后,对本文所做的工作进行了总结,通过总结指出了方案存在的不足及改进方法,为以后的进一步研究指出了方向。
摘要第5-6页
Abstract第6页
1 绪论第11-15页
    1.1 课题研究背景及意义第11-12页
        1.1.1 课题研究背景第11页
        1.1.2 课题研究意义第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-13页
    1.3 课题研究目标和创新点第13-14页
    1.4 论文章节安排第14-15页
2 改造方案与控制策略第15-28页
    2.1 电机车结构介绍第15-16页
    2.2 总体改造方案第16-17页
    2.3 控制策略的选择与介绍第17-27页
        2.3.1 三相异步电动机控制方案比较第17-20页
        2.3.2 矢量控制整体实现方案第20-24页
        2.3.3 模糊PID控制器实现方案第24-27页
    2.4 小结第27-28页
3 控制策略的仿真分析第28-36页
    3.1 MATLAB介绍第28页
    3.2 系统仿真模型第28-33页
    3.3 仿真波形分析第33-35页
    3.4 小结第35-36页
4 硬件设计介绍第36-53页
    4.1 控制器主芯片的选择与介绍第36-39页
        4.1.1 控制器芯片选择第36-37页
        4.1.2 DSP2812介绍第37-39页
    4.2 控制器电路设计第39-52页
        4.2.1 DSP2812工作电路设计第39-42页
        4.2.2 电压、电流、温度采集电路设计第42-45页
        4.2.3 速度测量电路设计第45-46页
        4.2.4 CAN总线接口电路设计第46-50页
        4.2.5 PWM波输出电路设计第50-52页
    4.3 小结第52-53页
5 系统软件设计第53-68页
    5.1 编程标准及编程环境第53-57页
        5.1.1 C语言汽车工业标准第53-54页
        5.1.2 CCS编程环境介绍第54-57页
    5.2 主要程序设计第57-67页
        5.2.1 电流采集程序设计第57-59页
        5.2.2 速度测量程序设计第59-60页
        5.2.3 Clack-Park变换程序设计第60-61页
        5.2.4 磁链角获得与查表计算程序设计第61-62页
        5.2.5 SVPWM波生成程序设计第62-67页
    5.3 小结第67-68页
6 系统综合测试第68-75页
    6.1 测试条件第68-70页
    6.2 测试结果及分析第70-73页
    6.3 主要问题说明第73-74页
    6.4 小结第74-75页
7 总结与展望第75-76页
参考文献第76-79页
附录A 控制器总电路图第79-80页
附录B 正、余弦值数据表第80-81页
致谢第81-82页
作者简介及读研期间主要科研成果第82页
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