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基于永磁同步无齿轮曳引机的电梯节能驱动与控制系统设计与实现

作　者: 王铭明
导　师: 郭健
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电梯永磁同步电机 TMS320F2812 驱动与控制模块化设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电梯属于特种设备,对其核心部件曳引机及其控制的安全性与可靠性有着极高的要求,而永磁同步曳引机以其紧凑的体积、优良的控制性能和较高的效率在电梯领域中得到了广泛应用。本文以江苏省科技支撑计划课题“电梯电力驱动与控制系统的节能核心技术研究”为背景,设计了以DSP TMS320F2812为控制核心的永磁同步电机驱动与控制系统。本文的主要工作有：根据电梯工作原理和过程,对永磁同步曳引机控制系统的关键参数进行理论分析与计算,并在此基础上完成了主控制器、曳引机等核心器件的选型。通过详细计算与论证,进行了控制系统硬件电路的总体方案设计。硬件部分主要包括：弱电控制板、强电系统板和霍尔传感器板。其中,弱电控制板为系统的控制核心,它通过霍尔传感器板采集电机的电流、电压与编码器信息,经过分析处理后通过控制强电系统板来调节曳引机的运行。为了便于维护与升级,采用模块化设计思想进行了硬件电路设计,主要包括核心控制电路、电源管理电路、主回路等十二个模块电路。对电磁兼容技术进行研究,并在此基础上设计并制作了驱动控制系统的电路板。开展了控制软件的设计,编写了部分底层驱动代码。对各软件模块进行测试,并对整个永磁同步电机控制系统进行综合调试。最后,完成了硬件电路各功能模块调试以及系统联调工作,配合能量回收系统进行电梯节能控制与驱动大系统的联调。实际调试结果表明,硬件系统具备优良的性能。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 国内外发展概况  8-11
    1.2.1 国外发展概况  8-10
    1.2.2 国内发展概况  10-11
  1.3 课题简介  11-13
    1.3.1 课题背景简介  11-12
    1.3.2 课题意义与应用前景  12-13
  1.4 本文的主要工作内容与章节安排  13-15
2 系统总体设计  15-36
  2.1 电梯系统整体结构简介  15-16
  2.2 电梯的工况运行分析  16-20
    2.2.1 永磁同步曳引机的运行状态分析  16
    2.2.2 电梯系统的运行状态分析  16-20
  2.3 硬件系统总体结构设计  20-21
  2.4 核心器件的参数计算与选型  21-36
    2.4.1 主控芯片  21-23
    2.4.2 永磁同步曳引机(PMSM)  23-24
    2.4.3 电机编码器  24-25
    2.4.4 整流模块  25-27
    2.4.5 驱动模块  27-28
    2.4.6 母线电容  28-33
    2.4.7 电流传感器  33-36
3 系统硬件设计  36-59
  3.1 弱电控制板  36-52
    3.1.1 核心控制电路  37-41
    3.1.2 电源管理电路  41-44
    3.1.3 调理电路  44-49
    3.1.4 缓冲驱动电路  49-50
    3.1.5 通讯电路  50-51
    3.1.6 IPM故障处理电路  51-52
  3.2 强电回路板  52-58
    3.2.1 主回路  53-55
    3.2.2 弱电信号接口电路  55-56
    3.2.3 开关电源  56
    3.2.4 保护系统  56-57
    3.2.5 能耗电路  57-58
  3.3 霍尔传感器电路板  58-59
4 控制算法与软件设计  59-68
  4.1 空间矢量脉宽调制简介  59-62
    4.1.1 坐标变换与永磁同步电机建模  59-61
    4.1.2 空间矢量脉宽调制的实现  61-62
  4.2 系统程序设计  62-68
    4.2.1 主程序  63-64
    4.2.2 功能模块程序  64-68
5 电磁兼容理论分析与PCB设计  68-71
  5.1 被动组件的高频特性  68
  5.2 永磁同步电机硬件控制系统的EMC分析  68-71
    5.2.1 信号返回路径理论  68-69
    5.2.2 硬件控制系统中信号反射的处理  69-70
    5.2.3 硬件控制系统中信号串扰的处理  70
    5.2.4 硬件控制系统中轨道塌陷的处理  70
    5.2.5 硬件控制系统中电磁干扰的处理  70-71
6 电梯节能控制与驱动系统调试  71-80
  6.1 永磁同步电机控制系统调试  71-79
    6.1.1 电源系统调试  71
    6.1.2 核心控制电路基本功能调试  71-72
    6.1.3 通讯调试  72-73
    6.1.4 霍尔传感器调试  73-75
    6.1.5 ADC调试  75-77
    6.1.6 光电编码器调试  77-78
    6.1.7 电机系统联调  78-79
  6.2 电梯节能控制与驱动大系统联调  79-80
总结与展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-86
附录A  86-87
附录B  87-88

基于永磁同步无齿轮曳引机的电梯节能驱动与控制系统设计与实现

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