环链电动葫芦变频调速控制系统的研究与设计-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

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第7卷第1期
中國工程机械学报
Vol 7 No. 1
2009年3月
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINER
Mar,2009
环链电动葫芦变频调速控制系统的研究与设计
李万莉,徐锦
(同济大学机械工程学院,上海201804)
摘要:采用带转矩内环的转速、磁链闭环矢暈控制方法对环链电动葫芦驱动电机进行调速.应用 MATLAB软件
对系统进行仿真.仿真结果表明:设计的控制方法能够满足电动葫芦的工作特性,满足操作者对电动葫芦具有良
好工作性能的要求,提高了工作效率
关键词:变频调速;矢量控制; Simulink仿真
中图分类号:TH211
文献标识码:A
文章编号:1672-5581(2009)01-0073-04
Design and research on vector-variable-frequency control
method based on electric hoists
LT Wan-, Xuin
(College of Mechanical Engineering, Tongji University. Shanghai 201804,China)
Abstract: By applying the inner-ring rotational speed of belting torques, a close-looped magnetic-chain
vector control method is initially developed to govern the driving motor of electric chain hoists. Subse-
quently, the system simulation is conducted using MATLAB M. Consequently, it is found from the simula
tion results that, this control method can meet the properties of electric hoists, requirements from opera
tors and demands on operational efficiency
Key words variable-frequency governing; vector control; Simulink-enabled simulation
工厂运输是协调生产的重要环节和工厂设施的重要组成部分,小吨位物料的运输主要采用电动葫芦,
它的效率直接影响着生产成本和生产效率.环链电动葫芦是1种小型起重设备,具有结构紧凑、体积小、质
量轻、操作方便、安全可靠等特点,广泛应用于仓库、码头、建筑业以及现代化生产流水线上,尤其适用于空
间狭小的工作场所.环链电动葫芦对驱动电机的调速要求很高,采用带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控
制方法对环链电动葫芦驱动电机进行调速,能够使电机获得良好的调速性能
1交流异步电动机矢量控制变频调速系统
环链电动葫芦的驱动电机主要采用三相异步电动机进行驱动.由于三相异步电动机是1个多变量、非
线性、强耦合系统,对它进行精确的数学描述很困难12,为了提高运动控制系统响应的快速性及准确性,
必须对其进行简化解耦,使其成为1个线性、解耦的系统,其中简化解耦的有效方法就是矢量坐标变化方
法,本文采用带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制方法,将异步电动机等效成直流电动机从而进行转速
转矩等物理量的控制
矢量变换是简化交流电动机复杂模型的重要数学方法,是交流电动机矢量控制的基础,矢量变换是
组矩阵的表达式[
相静止坐标系等效成两相旋转坐标系的矩阵变换如下
作者简介:李万莉(1965-),女,教投,博士生导师,工学博士.E-mail:cnlwi(@tongi.edu.cn
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中国工程机械学报
第7卷
cos o cos( 9-
cos( 9
=/---sin p
P
sin( 9+-
式中:ia,i。分别为转子坐标系d,q轴的两相对称绕组的电流;o是为了便于逆变换而增加的一相零序
分量;9为旋转坐标系与静止坐标系的位置角;A,is,i为三相对称绕组的电流
经过矢量坐标变换,异步电动机的矢量控制方程式如下:
Tr p+
式中:T。为电动机输出转矩;。为电动机极对数;Lm为定、转子绕组间的互感;L-为转子绕组的自感;9
为电动机转子磁链;a为电动机角速度;T-=Lm/R-,为转子电磁时间常数,R-为转子一相绕组电阻;i
ia分别为定子电流的转矩分量和电磁分量;?为微分算子.矢量控制通过坐标变换将交流异步电动机模
型等效为直流电动机,实现了电机转矩和电机磁通的解耦,达到对瞬时转矩的控制
2带转矩内环的转速、磁链闭环异步电动机矢量控制系统
2.1带转矩内环的转速、磁链环矢量控制系统的电气原理?
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的电气原理如图1所示.
电流变换和
磁链观测
ASR
ATR
电流滞
2/3s
、「环控制
M
PWM
逆变器
图1带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统电气原理图
Fig 1 Sketch map of vector-control system with a torque of the inner ring speed, closed-loop flux
在图1中,ASR为速度调节器,ATR为转矩调节器, APSIR为磁链调节器,2/38(r为旋转坐标系,8
为静止坐标系)为三相静止坐标系与二相旋转坐标系的变换环节,FBS为测速反馈环节,主电路采用了电
流滞环控制型逆变器.在控制电路中,采用了转速调节器、转矩调节器及磁链观测环节.转速调节器ASR
的输出是转矩调节器ATR的给定转矩T。“,而转矩的反馈信号T。是通过矢量控制方程式计算得到的
电路中的磁链调节器 APSIR用于对电动机定子磁链的控制,并设置了电流变换和磁链观测环节.ATR和
Apsir的输出分别是定子电流的转矩分量和励磁分量m,和经过27/38变换后得到三相定子
所需的三相电流.
2.2带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统设计-?
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统以SPMC75系列单片机作为主控MCU,SPMC75单片机
是凌阳科技公司新推出的高性能变频微控制单元(MCU),具有变频专用的PWM发生模块和较高的运算
处理能力,适用于小体积、嵌入式的变频系统.本系统采用SPMC75F2313A型号的单片机结合凌阳科技公
司推出的相应的变频评估套件在凌阳'nSP集成开发环境(IDE)中进行系统的开发.评估套件拥有驱动
变频电机所需要的评估电路板,可以直接驱动1500W以下的三相变频电机,包括三相交流感应电机和无
刷直流电机,或是以这种电机为驱动元件的压缩机等部件.同时,还提供了键盘输人电路、显示电路、电可