本文關鍵詞：高頻2D數(shù)字伺服閥電—機械轉換器的研究

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【摘要】：電-機械轉換器作為電液控制元件中的關鍵部件,是連接機械元件和電氣元件的橋梁。電液伺服閥整體性能的優(yōu)劣直接受電-機械轉換器性能好壞的影響。高頻響大流量電液數(shù)字伺服閥的研制,要求電-機械轉換器具有高頻響的特點。提高電液數(shù)字伺服閥頻響的重要前提,是提高電-機械轉換器頻響以及帶負載能力。當所帶的負載較大(如彈簧力、慣性負載等)時,傳統(tǒng)步進電機的頻率響應會受到限制。為了解決這一問題,考慮選用性能更佳的空心杯直流伺服電機來替代傳統(tǒng)步進電機。 本文將空心杯直流伺服電動機作為研究對象,分析電機的結構、運行原理,建立其數(shù)學模型；設計了基于DSP的專用控制器,采用電流、轉速、位置三閉環(huán)控制對其進行實驗研究。實驗結果表明,該控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)空心杯直流伺服電機的精確定位和快速響應控制,并可以將數(shù)字伺服閥的頻率響應提升至500Hz。 具體研究內容如下： 1.對空心杯直流伺服電機樣機的電感、轉矩系數(shù)、反電勢常數(shù)等參數(shù)進行測量,建立了該直流電機的數(shù)學模型,得出直流電機的電壓方程,力矩方程和動力學方程,并從理論上分析其靜態(tài)特性和動態(tài)響應,并在SIMULINK環(huán)境中進行了仿真。 2.介紹了電流、轉速和位置三閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成和原理,給出了該控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和動態(tài)結構框圖,并在SIMULINK中進行了仿真。 3.設計基于DSP空心杯直流電-機械轉換器控制器,介紹了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),對各個模塊進行說明；對正弦控制信號的產(chǎn)生、位置、速度、電流閉環(huán)等方法的實現(xiàn)進行闡述。 4.搭建空心杯直流電-機械轉換器實驗平臺,對電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性進行了實驗研究,對系統(tǒng)的階躍響應進行了分析。三閉環(huán)控制實驗驗證了直流電機控制系統(tǒng)中的理論與設計方法,實驗結果與仿真結果接近,表明三閉環(huán)控制策略達到了預期的控制目標。 5.概括總結本論文的主要研究工作和成果,展望今后需進一步研究的工作和方向。
【關鍵詞】：空心杯直流伺服電機 DSP 三閉環(huán)控制 動態(tài)響應
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH137.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 選題背景10-11
• 1.2 電-機械轉換器發(fā)展概況11-17
• 1.2.1 傳統(tǒng)型電-機械轉換器11-14
• 1.2.2 新型電-機械轉換器14-17
• 1.3 空心杯直流伺服電機的特點17-20
• 1.3.1 空心杯電動機概述17-18
• 1.3.2 空心杯電動機的結構18-20
• 1.3.3 空心杯電動機的應用20
• 1.4 研究內容及意義20-21
• 1.5 本章小結21-22
• 第2章 電-機械轉換器的結構原理與建模22-30
• 2.1 直流伺服電機工作原理22-23
• 2.2 直流伺服電機的靜態(tài)工作特性23-25
• 2.3 直流伺服電機的動態(tài)特性25-29
• 2.3.1 直流伺服電機的建模25-27
• 2.3.2 直流伺服電機的機電過渡過程27-28
• 2.3.3 直流電機動態(tài)特性的仿真28-29
• 2.4 本章小結29-30
• 第3章 直流伺服控制系統(tǒng)建模30-39
• 3.1 三閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)學模型30-36
• 3.1.1 三閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結構圖31
• 3.1.2 電流調節(jié)器的設計31-33
• 3.1.3 速度調節(jié)器的設計33-35
• 3.1.4 位置調節(jié)器的設計35-36
• 3.2 伺服系統(tǒng)的仿真36-38
• 3.2.1 調節(jié)器參數(shù)整定36-37
• 3.2.2 系統(tǒng)仿真結果37-38
• 3.3 本章小結38-39
• 第4章 直流伺服控制器的設計與實現(xiàn)39-58
• 4.1 控制器硬件系統(tǒng)設計39-48
• 4.1.1 DSP控制模塊39-42
• 4.1.2 電機驅動模塊42-44
• 4.1.3 電流檢測模塊44
• 4.1.4 位置檢測模塊44-46
• 4.1.5 電流保護電路46
• 4.1.6 有源濾波46-47
• 4.1.7 電源模塊47-48
• 4.2 控制器軟件設計48-57
• 4.2.1 控制信號的產(chǎn)生48-51
• 4.2.2 數(shù)字PID控制器的設計51-53
• 4.2.3 系統(tǒng)程序圖及說明53-57
• 4.3 本章小結57-58
• 第5章 實驗研究58-66
• 5.1 靜態(tài)特性實驗58-60
• 5.2 動態(tài)特性實驗60-65
• 5.2.1 實驗平臺60-61
• 5.2.2 電流閉環(huán)控制實驗61-62
• 5.2.3 三閉環(huán)控制實驗62-65
• 5.3 本章小結65-66
• 第6章 總結與展望66-68
• 6.1 結論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-72
• 致謝72-74
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果74

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