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圆筒筛设备的试验装置与检测方法

在前面圆筒筛设备的理论分析和实际系统设计的基础上,进行电机控制系统运行试验,重点在于考察车用电机在电动状态下的运行特性是否符合圆筒筛设备的性能要求,同时求证控制方法是否有效,验证程序和功能的适用性和完整性。圆筒筛的电机控制系统试验装置实物图,主要包括电机、控制板、驱动/主电路/辅助电源板、键盘和数码管电路板、可变直流电源、数字示波器、电流钳等。控制板DSP芯片为核心,驱动/主电路/辅助电源电路板包括主电路、驱动电路、辅助开关电源三个部分。主电路由IGBT、续流二极管组成,驱动电路以EXB841为核心,辅助电源在电路板的变压器周围。由可变直流电源提供电机所需的96V直流电源,在键盘和数码管电路板上设置给定转速及电机转向,利用数字示波器测量电机电流波形。

    本文结合安徽省科技计划项目——“圆筒筛设备用开关磁阻电机及控制系统联合攻关”。在已有成果的基础上,进一步对圆筒筛设备用开关磁阻电机的建模仿真、电机控制等方面进行攻关,为产业化提供支持,研究总结如下:

(1)查阅大量参考文献,全面总结和介绍了国内外圆筒筛设备发展现状以及目前圆筒筛设备用电机驱动系统的发展现状和趋势,通过对比直流电机驱动系统和感应电机驱动系统,分析说明了圆筒筛设备用开关磁阻电机驱动系统的优缺点,提出了电动汽车用开关磁阻电机的主要发展方向和研究热点,明确了对车用驱动系统研究的意义。

(2)分析了圆筒筛设备用电机的基本结构和电动、制动工作原理,进行一系列简化、理想化和线性化处理,建立了较为精确的、方便计算分析的车用电机的基本方程式和线性化模型,描述了电机线性化模型的绕组电感、电流和电磁转矩计算表达式,最后分析得出车用电机的运行特性曲线。

(3)分析了纯圆筒筛设备动力传动系统的基本构成和布置形式,对纯圆筒筛设备用电机驱动系统整体方案进行设计,在整车参数及动力性能要求的基础上,运用基本的汽车理论和电机知识进行了动力学匹配计算,确定了电机的额定功率和转速等特性参数、动力电池组电压和容量以及传动比等方案。

(4)在圆筒筛电机基本控制策略和控制方法的基础上,提出了车用电机直接瞬时转矩控制方法,详细介绍了转速模糊PID控制器、转矩分配控制器和转矩滞环控制器的设计。基于MATLAB/Simulink建立了电机模型、功率变换器模型和综合控制策略模型,以此构成了整个控制系统的仿真模型,并进行了计算机仿真分析,证明了此综合控制方法能有效的降低车用电机转矩脉动,转速跟随响应效果较好。

(5)在理论分析的基础上,进行了实际系统的设计,对4000W三相6/4极车用电机控制系统进行总体设计,系统硬件设计部分主要包括功率变换器设计、主开关器件IGBT的选择及驱动电路EXB841的设计、位置检测电路的设计、电流和电压检测电路的设计以及主控制器及其接口电路的设计等,通过这些实际电路的设计工作,积累了一定的硬件设计经验。在CCS3.3集成开发环境下,对TI公司的TMS320F2812型DSP芯片进行了系统软件设计和编程,实现了电机驱动系统的控制。

(6)进行了车用电机控制系统空载运行状态下的试验,对电机相电流波形和电流值进行测试,获得了该电机的性能参数,最后在合作单位的帮助下,进行了纯圆筒筛设备样车动力性和可靠性试验,所设计的圆筒筛设备的电机驱动系统满足性能要求。

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