大功率矿用无刷直流电机双闭环控制系统的研究

作     者：许灵 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋建国

授予年度：2017年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：永磁动力系统 无刷直流电机 双闭环PID控制 建模仿真 

摘      要：本课题针对大功率矿用无刷直流电机(Brushless DC Motor,又称BLDCM)的双闭环控制策略展开了研究,在此基础上,设计并制造了对应的BLDCM控制器。随着电力电子和智能集成化现代控制技术的迅猛发展,大功率电子器件的成本降低但性能加强了,使BLDCM这种机电一体化的高性能产物适用于更广阔的应用领域;其具有启动转矩大(堵转特性)、启动电流小、功率和转矩密度高、中低速转矩过载性能强、系统效率高等优点,特别适合矿业,故而成为本课题的研究对象。卤水提取矿物资源技术的关键环节是蒸发浓缩,而高效永磁动力系统正是蒸发环节的核心所在,利用控制器驱动电机运转,使该动力系统得到双闭环控制,从而加快卤水蒸发的速率。由永磁动力系统的工作原理,本课题设计了一套以XC164CS为主控芯片的BLDCM双闭环控制系统,即囊括转速外环及电流内环。电机控制器产生PWM信号控制功率逆变桥的六路电子开关管的导通关断,以及电机扭矩的大小,从而驱动电机能正常高效运转。课题首先在Matlab/Simulink的环境下建立BLDCM双闭环控制系统模型,完整的系统模型一般包括控制器、电机、功率开关电路等部分。仿真时设定的参数尽可能贴近于系统的实际工作环境,通过对两组仿真实验数据的分析,初步验证PI控制算法的实行性,同时确保精度较高。基于SoildWorks进行机械三维设计,加工得到实际的控制器,台架测试过程中,借助于上位机对关键参数信号的采集及分析,均体现了在该永磁动力系统中,BLDCM拥有快速的静/动态响应,且稳态误差较小,满足了设计需求。该永磁动力系统的诞生使得快速蒸发工艺取代了原来的卤水晾晒工艺,此改进不仅大大缩短制造周期,而且矿物资源每年的提取产量可以提高3倍以上。