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高动态响应电子摇床头伺服系统的研究

高动态响应电子摇床头伺服系统的研究

作者：李洪锋昆明理工大学

学位级别：硕士

选矿摇床属于流膜选矿类设备,在选别锡、钨、煤、有色和稀有金属矿石方面应用广泛,在重力选矿机械装备中占据重要地位。摇床的全自动化进程,随着工业互联网及电子与伺服控制技术的飞速发展而迅速推进,但摇床床面运动的复杂性与高频特性... 详细信息

选矿摇床属于流膜选矿类设备,在选别锡、钨、煤、有色和稀有金属矿石方面应用广泛,在重力选矿机械装备中占据重要地位。摇床的全自动化进程,随着工业互联网及电子与伺服控制技术的飞速发展而迅速推进,但摇床床面运动的复杂性与高频特性,给床面控制提出了难度极高的控制要求,使得对选矿摇床床面运动的数字化控制,成为选矿摇床全自动化进程中的一个技术难点。由于传统选矿摇床的床面运动曲线固定与不容易发生改变。在选别不同的稀有金属矿物或不同颗粒度的稀有金属时,床面的运动曲线不同,因此导致出现类型繁多的选矿摇床。为了促进选矿厂的全自动化和车间的去繁求简,本课题提出了高动态响应电子摇床头的控制系统。在整个系统方案中,电子摇床头伺服系统通过PROFINET通讯,采用SIMATIC S7-1200作为控制器来控制与SINAMICS V90-PN驱动器相配套的1FL6伺服电机,再由伺服电机作为执行机构带动床面高速运动。根据以上方案搭建了实验平台。本文的工作内容如下:(1)对本课题研究的电子摇床头控制系统运用Matlab/Simulink进行建模仿真,将响应的参数输入到模型中,仿真出来的结果为系统输出震荡收敛,并且在2个波内收敛,所用时间为0.03s;在无负载时,运动曲线误差波动的最大值为0.4mm;施加负载时,运动曲线误差波动的最大值为0.9mm。(2)依凸轮杠杆式摇床头为例,对摇床进行数学分析,得出床面的运动曲线。结合S形曲线对床面运动曲线进行调整,得出电子摇床头控制器中的新运动曲线;然后选择基本定位器模式为系统的控制策略。(3)电子摇床头系统的三层构架以自下而上的顺序依次构建。由滚珠丝杠、伺服电机和伺服驱动器构成系统的最底层的运动执行层;利用SIMATIC S7-1200 PLC控制器作为系统中间运动控制层;顶端为运动管理层主要是由触摸屏和工控机连接工业互联网所组成。最后对系统的安全保护功能进行设计。(4)基于设计的电子摇床头系统进行实验,以验证和测试系统的动态响应性能。速度控制模式的动态响应时间为30ms,基本定位器控制模式的动态响应时间为16.2ms。将运动曲线加入控制器中,床面空载时,运动曲线的一个周期为220ms,位置跟随误差为0.4mm,所达到的最大扭矩为3.2Nm;当床面负载时,运动曲线的一个周期也为220ms,位置跟随误差为0.5mm,所达到的最大扭矩为4.6Nm,此时床面的冲次为272.7次/min。并进一步探究该系统所能达到的性能数据冲次为 387 次/min。本文首先以凸轮杠杆摇床为例研究出床面的运动曲线,然后选择控制策略和硬件设备,最后搭建实验平台得出电子摇床头的运动参数。

关键词：电子摇床头伺服电机伺服系统高动态响应

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高动态响应真空压铸技术与系统的研究

高动态响应真空压铸技术与系统的研究

作者：郑会芬重庆大学

学位级别：硕士

随着科学技术的飞速发展，市场对铸件产品质量要求越来越高，真空辅助铸造工艺得到越来越广泛的应用。抽真空系统是真空铸造技术有效应用的关键设备，其可靠性和稳定性直接影响铸件质量。高压铸造用真空系统的关键技术一是如何使型腔... 详细信息

随着科学技术的飞速发展，市场对铸件产品质量要求越来越高，真空辅助铸造工艺得到越来越广泛的应用。抽真空系统是真空铸造技术有效应用的关键设备，其可靠性和稳定性直接影响铸件质量。高压铸造用真空系统的关键技术一是如何使型腔内气体在极短时间内排出;二是如何在型腔抽真空结束时及时关闭真空通道，避免金属熔体进入真空系统。目前市场上已有的能快速对型腔抽真空并及时关闭真空通道的抽真空系统多为国外产品，其购置投入大，维护成本高。而国内抽真空系统尚处于开发完善阶段，可靠性与可维护性低，设备性能和铸件质量都不稳定。本论文针对当前国内压铸行业对真空压铸的技术需求日趋迫切，但受制于现有技术和装备条件，真空压铸技术并没有得以广泛应用的瓶颈，进行了高动态响应真空压铸技术与系统的研究和开发，取得了以下成果： ①根据高压铸造工艺特征，提出了高动态响应真空压铸技术的技术原型;②结合抽真空动力学原理，进行了高动态真空压铸技术参数的理论计算，并讨论了工艺参数对型腔真空度的影响，为设计真空排气通道与真空部件的选定奠定基础;③针对压铸充型速度快的特点，突破真空截断技术的瓶颈，研究真空排气通道截止方法及其动态响应特性，开发了高速、可靠、易维护的抽真空通道截止装置;④在真空截止装置的基础上研制了适用于高动态响应真空压铸技术特性的真空控制系统;⑤结合压铸生产工艺过程与高动态抽真空过程特点，进行高动态响应真空压铸系统的设计;研发了具备联机控制的外挂高动态响应抽真空系统，为产业存量压铸能力实现真空压铸奠定了装备基础。

关键词：真空压铸高动态响应真空度真空截止真空控制系统

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宽输入范围高动态响应放电调节器的研究

电源学报 2022年第5期20卷 119-124页

作者：吴玉哲程新杨华邱燕上海空间电源研究所上海201100

为了满足放电调节电路宽输入范围、高动态响应的要求,针对100 V母线电压的电源控制器放电调节器进行设计,提出基于精确小信号模型的电压电流双闭环控制环路设计方案。通过波特图和仿真分析验证控制回路的稳定性和合理性。最后给出了1.8... 详细信息

为了满足放电调节电路宽输入范围、高动态响应的要求,针对100 V母线电压的电源控制器放电调节器进行设计,提出基于精确小信号模型的电压电流双闭环控制环路设计方案。通过波特图和仿真分析验证控制回路的稳定性和合理性。最后给出了1.8 kW样机的实验结果,验证了理论分析的正确性。

关键词：宽输入范围高动态响应放电调节器双环控制精确小信号模型

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一种低纹波高动态响应高压直流电源研究

一种低纹波高动态响应高压直流电源研究

作者：樊泽凯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在航天领域,胶体推进器作为一种新型推进方式因其功耗低,可控性高的优点受到越来越多的重视,在近些年得到了长足发展。作为其胶体推进器PPU(Power Processing Unit)核心系统之一的束流电源的输出电压高达几十千伏,需要具有足够低的输出... 详细信息

在航天领域,胶体推进器作为一种新型推进方式因其功耗低,可控性高的优点受到越来越多的重视,在近些年得到了长足发展。作为其胶体推进器PPU(Power Processing Unit)核心系统之一的束流电源的输出电压高达几十千伏,需要具有足够低的输出纹波以满足精确发射工质从而精确调节卫星动力的需求,还需具有较高的功率密度以节约重量与空间。本文以束流电源为研究目标,主要研究内容为:选择并优化高压低纹波直流电源的拓扑,提高拓扑的功率密度,提出削减输出电压纹波的方案,并通过合适的控制方法保证系统的动态特性与稳态特性。在选择功率拓扑与升压方案时,本文综合考虑了束流电源系统的动态与稳态性能要求、调压要求和功率密度要求,对调压与升压拓扑进行了分析比较,确定了前级两相交错并联Buck变换器调压,推挽变换器与半波C-W倍压电路阵列升压,线性电源滤波的三级级联方案。然而该功率拓扑的磁性器件较多,对系统的功率密度不利,为提高系统的功率密度与动态响应能力,本文对两相交错并联Buck变换器的两个滤波电感进行了磁集成设计,并将推挽变换器的隔离变压器设计为平面变压器,有效压缩了磁性器件所占的体积。在纹波抑制上,本文除了选择利用高动态响应的线性电源作为输出滤波外,为进一步抑制开关噪声对线性源的控制精度造成影响,设计了谐振型半桥驱动方案,利用功率MOSFET的输入电容形成谐振腔,优化了功率MOSFET的驱动波形,有效降低了开关噪声对后级拓扑的采样信号、控制信号以及辅助源的影响,消除了因开关噪声造成输出电压存在开关频率纹波的可能性。此外,谐振型栅极驱动器的驱动开关管工作于软开关,也有效降低了驱动损耗。本文对所设计的三级级联型拓扑进行了建模分析,对由Buck、推挽变换器组成的功率拓扑以及线性电源组成的滤波拓扑分别进行了闭环控制器设计,以保证前者的稳态性能,后者的暂态性能。通过对级联型高压直流电源、谐振型栅极驱动器的仿真,验证了该高压电源方案在动态、稳态性能上的高可靠性以及在抑制纹波上的优势。

关键词：低电压纹波级联拓扑高动态响应高功率密度谐振型栅极驱动

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三相混合式步进电机高动态响应位置控制研究

三相混合式步进电机高动态响应位置控制研究

作者：罗绍锋华南理工大学

学位级别：硕士

步进电机是一种典型的数字执行机构,配合简单的开环控制即可达到较高的定位精度,因而被广泛用于诸如数控机床、机器人以及计算机自动化等领域。混合式步进电机因兼具反应式步进电机步距角小与永磁式步进电机功率密度高的优点,自其诞生... 详细信息

步进电机是一种典型的数字执行机构,配合简单的开环控制即可达到较高的定位精度,因而被广泛用于诸如数控机床、机器人以及计算机自动化等领域。混合式步进电机因兼具反应式步进电机步距角小与永磁式步进电机功率密度高的优点,自其诞生以来便以绝对的优势占据市场,现已基本取代反应式与永磁式步进电机。传统的混合式步进电机驱动器使用简单的开环控制,在一些负载扰动较大、要求频繁起动与正反转的场合容易出现失步、过冲甚至堵转的问题,严重降低了控制系统的可靠性,无法满足现代高精度高速度伺服控制的要求。带有位置反馈的混合式步进电机闭环控制理论上可完全规避失步或堵转的风险,因而近年来获得了广泛的关注。另一方面,混合式步进电机具有成熟的产品线,较高的性价比使其在中低端伺服场合更具有竞争力。然而相较于永磁同步电机,混合式步进电机运行最高转速较低,限制了其在要求高动态响应伺服场合的应用。因此,选择合适的驱动策略并设计相应的控制算法,以实现混合式步进电机的高动态性能闭环控制具有十分重要的现实意义。本文先针对三相混合式步进电机的基本结构与工作原理进行简要介绍,通过构建其等值磁网络对各自感、互感的解析表达式进行了详细推导,并据此得到三相混合式步进电机的基本方程,利用派克变换推导了其在旋转坐标系下的数学模型。然后基于该数学模型对三相混合式步进电机的矢量控制进行了较为详细的讨论,并针对传统SVPWM算法的缺点给出了一种改进实现方法,分析了绕组为三角形联接时矢量控制的一些特殊问题。接着在进行了控制需求分析与弱磁原理阐述后,提出利用基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制改善电机动态性能。本文还基于欧拉-拉格朗日误差方程,设计了三相混合式步进电机的无源位置控制器。最后,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了三相混合式步进电机闭环控制仿真系统,并设计了包括驱动控制器与上位机在内的实验平台,基于该仿真、实验平台完成了模型与算法验证,仿真与实验结果证明了本文所提算法的有效性与正确性。

关键词：混合式步进电机位置控制高动态响应

低电流纹波高动态响应交错并联BOOST变换器的研究

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低电流纹波高动态响应交错并联BOOST变换器的研究

作者：张兴哈尔滨工业大学

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电池放电调节器模块是电源系统中重要的组成部分之一,它的性能指标影响着整个电源系统的可靠性和稳定性。本课题提出一种磁耦合电感交错并联Boost变换器,具有低电流纹波输入、高动态响应等优点。本文分析了磁耦合电感交错并联Boost变换... 详细信息

电池放电调节器模块是电源系统中重要的组成部分之一,它的性能指标影响着整个电源系统的可靠性和稳定性。本课题提出一种磁耦合电感交错并联Boost变换器,具有低电流纹波输入、高动态响应等优点。本文分析了磁耦合电感交错并联Boost变换器的特点,以及应用交错并联技术与磁耦合技术在Boost变换器中的优势。针对蓄电池和太阳能光伏阵列系统放电调节器需要低电流纹波输入、动态响应快的特点,提出了一种磁耦合电感交错并联Boost变换器,是在传统Boost变换器的输入电感和输出滤波器电感进行耦合的基础上,引入交错并联耦合电感。起到能够减小输入电流纹波,消除Boost变换器传递函数中的右半平面零点,提高变换器系统动态响应的作用。在理论分析了磁耦合电感交错并联Boost变换器的工作原理后,依据分析结果计算选取出合适的电路参数,并利用状态空间平均法建立了小信号模型,在Matlab软件中进行仿真实验。采用平均电流型双闭环控制网络,根据先内环再外环的原则,计算出合适的补偿网络。保证了电流内环、电压外环都达到稳定,使系统具有良好的动态性能与稳态性能。在Saber软件中理论仿真后,搭建功率为150 W-400 W的实物硬件平台进行测试。在实验过程中对理论设计的参数进行了优化和改良,验证主电路与控制回路的可靠性与稳定性,证明磁耦合电感交错并联Boost变换器设计方案的可行性。通过仿真和实验,验证了磁耦合电感交错并联Boost变换器在选取合适的电感耦合系数与占空比后,能够有效的减小电源系统输入电流纹波、提高系统动态响应,为系统能够安全有效的运行和工作提供重要保障。

关键词： Boost变换器交错并联耦合电感低电流纹波高动态响应

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高动态响应矢量变频调速系统实现

变频器世界 2008年第3期 91-93页

作者：赵玄时春华中国-航动力控制系统研究所

本文介绍了基于磁链开环转差型矢量控制系统实现的高动态响应调速系统的实现方法,并基于6SE70变频器进行了调速系统的设计和调试,获得了较高的动态响应性能。

关键词：高动态响应磁链开环转差型矢量控制系统系统制动阶跃响应

永磁同步电机低速MTPA高动态响应控制方法

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水下无人系统学报 2022年第2期30卷 223-230页

作者：张源魏海峰张懿李垣江刘维亭江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212000

水下航行器永磁同步电机(PMSM)在低速运行时需要具有快速的转矩电流动态响应能力来提高控制系统的操控性能。文中针对传统PMSM低速最大转矩电流比(MTPA)控制方法动态响应性能不佳的问题,提出了一种MTPA低速高动态响应控制方法。该方法... 详细信息

水下航行器永磁同步电机(PMSM)在低速运行时需要具有快速的转矩电流动态响应能力来提高控制系统的操控性能。文中针对传统PMSM低速最大转矩电流比(MTPA)控制方法动态响应性能不佳的问题,提出了一种MTPA低速高动态响应控制方法。该方法通过在速度外环使用分段式拟合算法、电流内环使用预测控制实现MTPA控制,并提出了一种根据电机参数自动分段的算法。仿真和实验结果表明,文中所提控制方法具有更快的动态响应速度。

关键词：水下航行器永磁同步电机转矩电流高动态响应分段式拟合预测控制

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噪声整形高压大功率空间EPS研究

宇航学报 2010年第9期31卷 2199-2209页

作者：苗狄张东来哈尔滨工业大学深圳研究生院深圳518055

高压大功率及模块化安装的卫星功率平台,采用S4R(Sequential Series Shunt Switch Regulator)功率调节技术。针对提高高压大功率空间EPS的效率及动态响应,采用非线性重叠调用和2阶噪声整形调制技术,解决了基于S4R型功率EPS单纯增加输出... 详细信息

高压大功率及模块化安装的卫星功率平台,采用S4R(Sequential Series Shunt Switch Regulator)功率调节技术。针对提高高压大功率空间EPS的效率及动态响应,采用非线性重叠调用和2阶噪声整形调制技术,解决了基于S4R型功率EPS单纯增加输出滤波电容来提高平台动态性能及效率问题。仿真及实验结果表明了该方法的有效性。

关键词： EPS S4R 整形重叠调用高动态响应