【摘要】：本文作者在導(dǎo)師指導(dǎo)下,發(fā)明了一種基于新型切換開關(guān)的電機(jī)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)依靠冗余技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性。本文敘述這種新型冗余系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理:對系統(tǒng)中可靠度要求較高的支路,例如控制器、電機(jī)驅(qū)動器等組成的支路,加上n-1個(gè)備份支路。對這n個(gè)支路,每個(gè)支路都配備一個(gè)以STM32單片機(jī)為核心的切換開關(guān)。這n個(gè)切換開關(guān)中的單片機(jī)相互之間保持通信。平時(shí)只有一個(gè)支路工作,其余支路作為冷儲備。當(dāng)工作支路出現(xiàn)故障時(shí),它的單片機(jī)發(fā)送約定信號給各備份支路,n-1個(gè)備份支路的切換開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通,使各個(gè)備份支路同時(shí)投入運(yùn)行;各支路的單片機(jī)在很短時(shí)間內(nèi),判斷自己支路正常與否,然后由系統(tǒng)選定一個(gè)支路繼續(xù)工作,其余退出留作以后的備份支路。以后工作支路再出現(xiàn)故障,仍然照此處理。本文建立了這種新型冗余系統(tǒng)的可靠度計(jì)算模型,推導(dǎo)出了實(shí)用的計(jì)算公式。本文作者根據(jù)這種新型冗余系統(tǒng)的原理,設(shè)計(jì)、制作了三個(gè)不同的直流電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)樣機(jī)。本文詳細(xì)敘述了各樣機(jī)的總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)和軟件程序。本文還敘述了用這三個(gè)樣機(jī)做的切換開關(guān)有效性試驗(yàn)和可靠度計(jì)算式驗(yàn)證試驗(yàn)。為了加快試驗(yàn)進(jìn)度,在試驗(yàn)中人為地制造短路、斷路、超負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)故障。有效性試驗(yàn)結(jié)果說明:三個(gè)樣機(jī)都能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的切換效果。經(jīng)過對資料的分析,可以認(rèn)為:已有的故障切換冗余系統(tǒng)都是只有一個(gè)切換開關(guān)的系統(tǒng),缺點(diǎn)是其系統(tǒng)可靠度受到切換開關(guān)可靠度的限制。已有的并聯(lián)冗余系統(tǒng)基本上是n個(gè)冗余支路同時(shí)工作,顯然n-1個(gè)支路在浪費(fèi)電能并消耗硬件壽命。n個(gè)控制器并聯(lián),輸出n個(gè)控制信號給被控對象,對被控對象的運(yùn)行造成不利影響。而本文的冗余結(jié)構(gòu)能夠避免上述問題,本文從理論上和實(shí)踐上證明這新型冗余系統(tǒng)的優(yōu)越性,從理論上說明了本文的系統(tǒng)能夠達(dá)到任意的任務(wù)可靠度。本文的新型切換開關(guān)冗余系統(tǒng)屬于創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。本文的研究成果對于機(jī)電系統(tǒng)的可靠性理論和工程實(shí)踐有所貢獻(xiàn),也有應(yīng)用價(jià)值,可以用于航空器、航天器、核電站、電廠、動車、艦船、生產(chǎn)設(shè)備等系統(tǒng),尤其是適用于故障可能造成安全事故,或者影響重要任務(wù)的系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TM301.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 系統(tǒng)可靠度的重要意義
    1.2 冗余的意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 可靠性的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 冗余系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 切換系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
    1.4 本課題的主要目標(biāo)
    1.5 本課題的可行性分析
    1.6 本課題主要研究內(nèi)容的安排
2 已有的冗余系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析
    2.1 可靠度和冗余系統(tǒng)的概念
        2.1.1 可靠度和失效率
        2.1.2 冗余的分類
    2.2 傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)存在的問題
    2.3 本章小結(jié)
3 基于新型切換開關(guān)的冗余系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
    3.1 本課題的技術(shù)路線
    3.2 新型冗余系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)
        3.2.1 第一種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
        3.2.2 第二種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
        3.2.3 第三種新型冗余系統(tǒng)的模型及其工作原理
    3.3 新型冗余系統(tǒng)的可靠性分析
        3.3.1 新型冗余系統(tǒng)的可靠度計(jì)算式
        3.3.2 新型冗余系統(tǒng)與傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)的可靠度對比分析
    3.4 本章小結(jié)
4 基于新型切換開關(guān)的高可靠電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    4.1 第一種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        4.1.1 第一種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.1.2 第一種系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
        4.1.3 第一種系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    4.2 第二種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        4.2.1 第二種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.2.2 第二種系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
        4.2.3 第二種系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    4.3 第三種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        4.3.1 第三種系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)
        4.3.2 第三種系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
        4.3.3 第三種系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    4.4 切換開關(guān)的工作原理總結(jié)
    4.5 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)試驗(yàn)與試驗(yàn)結(jié)果分析
    5.1 系統(tǒng)的試驗(yàn)方案
        5.1.1 常用的可靠度實(shí)驗(yàn)方法
        5.1.2 本文的實(shí)驗(yàn)方案
    5.2 三種樣機(jī)的切換開關(guān)有效性試驗(yàn)
        5.2.1 第一種樣機(jī)的切換開關(guān)的有效性試驗(yàn)
        5.2.2 第二種樣機(jī)的切換開關(guān)的有效性試驗(yàn)
        5.2.3 第三種樣機(jī)的切換開關(guān)的有效性試驗(yàn)
    5.3 系統(tǒng)的測試結(jié)果分析
        5.3.1 切換開關(guān)的有效性試驗(yàn)結(jié)果分析
        5.3.2 可靠度計(jì)算公式的試驗(yàn)結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果
參考文獻(xiàn)
附件A 無刷直流電機(jī)詳細(xì)參數(shù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2841486