【摘要】：醫(yī)用離心機是通過高速的離心作用對混合物質(zhì)進行分離、濃縮和提純的電機設(shè)備,被廣泛用于醫(yī)療器械、生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。本文針對的是血液制品類的分離提純,這類物質(zhì)的提純不必超高速,但要求抗干擾性強、過程平滑高效,這樣提純的物質(zhì)才會達到相關(guān)標準。因此,對離心機離心的物質(zhì)優(yōu)化控制的研究很重要。目前,醫(yī)用離心機存在一些缺點:一是驅(qū)動電機的抗干擾能力偏弱和消除振動的技術(shù)還不成熟,離心物質(zhì)的質(zhì)量會影響電機的穩(wěn)態(tài)運行;二是在全速度范圍內(nèi)的運行狀態(tài)還達不到平滑穩(wěn)態(tài)運行,需要系統(tǒng)高精度高品質(zhì)控制,以確保離心后的物質(zhì)達到設(shè)計要求。本文構(gòu)建了基于i_d=0控制的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng),該方法控制過程簡便,不但可以對電機的轉(zhuǎn)子磁通與定子電流進行解耦控制,而且永磁同步電機具備體積小、運行可靠、效率高、維護方便等特點,適用于系統(tǒng)高精度、寬范圍以及高動態(tài)性能控制。除此之外,為避免使用位置傳感器時帶來的一些缺點,并節(jié)約生產(chǎn)成本,采用了無位置傳感器的控制技術(shù),并加入脈振高頻電壓注入法和滑模觀測器法這兩種算法,以得出電機的轉(zhuǎn)子位置信息。本文采用混合控制法,利用它們各自的優(yōu)點把兩種方法結(jié)合起來,當電機零速和低速運行時采取脈振高頻電壓注入法,通過高頻信號的層層濾波和解耦,來獲取轉(zhuǎn)子位置檢測;而當電機高速運行時采取滑模觀測器,針對過程中出現(xiàn)的抖振現(xiàn)象,可以利用飽和函數(shù)來抑制抖振現(xiàn)象,保證電機良好的動態(tài)性。它們的結(jié)合可以達到系統(tǒng)最優(yōu)控制的目的。在硬件設(shè)計方面,本文采用了IR公司專門為無位置傳感器控制而設(shè)計的處理器IRMCF171。這是一款基于純硬件電路的電機閉環(huán)控制ASIC芯片,它集成了電機運動控制引擎MCE和8051內(nèi)核,內(nèi)部包含多種控制算法模塊,尤其是無位置傳感器控制模塊,很適合應(yīng)用于本文的硬件電路設(shè)計。在MATLAB/Simulink環(huán)境中對這兩種方法的混合模型進行了仿真分析,結(jié)果表明,混合控制法可以全速度范圍內(nèi)平穩(wěn)運行,不僅能夠避免脈振高頻電壓注入法在電機高速運行時出現(xiàn)相位偏差的問題,而且能有效克服在電機低速運行時滑模觀測器出現(xiàn)精度變差的問題。
[Abstract]:Medical centrifuge is a kind of motor equipment for separating, concentrating and purifying the mixed material by high speed centrifuge. It is widely used in medical devices, biomedical research and other fields. This paper aims at the separation and purification of blood products. The purification of this kind of substances does not need to be super high speed, but requires strong anti-interference, smooth and efficient process, so that the purified substances will reach the relevant standards. Therefore, it is very important to study the material optimal control of centrifuge. At present, medical centrifuge has some disadvantages: first, the anti-interference ability of driving motor is weak and the technology of eliminating vibration is not mature, the quality of centrifugal material will affect the steady operation of motor; The second is that the running state in the range of full speed can not reach the smooth steady state, so the system needs high precision and high quality control to ensure that the centrifugal material can meet the design requirements. The vector control system of permanent magnet synchronous motor based on i_d=0 control is constructed in this paper. The method is simple and convenient. It not only can decouple the rotor flux and stator current, but also has the advantages of small size and reliable operation. High efficiency, easy maintenance and so on, suitable for high precision, wide range and high dynamic performance control. In addition, in order to avoid some disadvantages when using position sensor and save production cost, the control technology of position sensorless is adopted, and the two algorithms of pulsating high frequency voltage injection method and sliding mode observer method are added. To obtain the rotor position information of the motor. In this paper, the hybrid control method is adopted, and their respective advantages are used to combine the two methods. When the motor is running at zero speed and low speed, the high frequency voltage injection method is adopted to obtain the rotor position detection by filtering and decoupling the high frequency signals. However, when the motor is running at high speed, the sliding mode observer can be used to suppress the buffeting phenomenon by using the saturation function to ensure the good dynamic performance of the motor. The combination of them can achieve the purpose of optimal control of the system. In the aspect of hardware design, this paper adopts the processor IRMCF171designed by IR company for sensorless control. This is a motor closed-loop control ASIC chip based on pure hardware circuit. It integrates the motor motion control engine MCE and the 8051 kernel, and contains a variety of control algorithm modules, especially the sensorless control module. It is suitable for the hardware circuit design of this paper. The hybrid model of the two methods is simulated and analyzed in MATLAB/Simulink environment. The results show that the hybrid control method can run smoothly in the whole speed range. The method can not only avoid the problem of phase deviation in the high speed operation of motor, but also overcome the problem of the error of the sliding mode observer when the motor is running at low speed.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH788.4

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本文編號：2196296