基于永磁同步无齿轮曳引机的电梯节能驱动与控制系统设计与实现

【摘要】：电梯属于特种设备,对其核心部件曳引机及其控制的安全性与可靠性有着极高的要求,而永磁同步曳引机以其紧凑的体积、优良的控制性能和较高的效率在电梯领域中得到了广泛应用。 本文以江苏省科技支撑计划课题“电梯电力驱动与控制系统的节能核心技术研究”为背景,设计了以DSP TMS320F2812为控制核心的永磁同步电机驱动与控制系统。本文的主要工作有： 根据电梯工作原理和过程,对永磁同步曳引机控制系统的关键参数进行理论分析与计算,并在此基础上完成了主控制器、曳引机等核心器件的选型。 通过详细计算与论证,进行了控制系统硬件电路的总体方案设计。硬件部分主要包括：弱电控制板、强电系统板和霍尔传感器板。其中,弱电控制板为系统的控制核心,它通过霍尔传感器板采集电机的电流、电压与编码器信息,经过分析处理后通过控制强电系统板来调节曳引机的运行。为了便于维护与升级,采用模块化设计思想进行了硬件电路设计,主要包括核心控制电路、电源管理电路、主回路等十二个模块电路。对电磁兼容技术进行研究,并在此基础上设计并制作了驱动控制系统的电路板。 开展了控制软件的设计,编写了部分底层驱动代码。对各软件模块进行测试,并对整个永磁同步电机控制系统进行综合调试。 最后,完成了硬件电路各功能模块调试以及系统联调工作,配合能量回收系统进行电梯节能控制与驱动大系统的联调。实际调试结果表明,硬件系统具备优良的性能。 【关键词】：电梯 永磁同步电机 TMS320F2812 驱动与控制 模块化设计
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 引言7-8
• 1.2 国内外发展概况8-11
• 1.2.1 国外发展概况8-10
• 1.2.2 国内发展概况10-11
• 1.3 课题简介11-13
• 1.3.1 课题背景简介11-12
• 1.3.2 课题意义与应用前景12-13
• 1.4 本文的主要工作内容与章节安排13-15
• 2 系统总体设计15-36
• 2.1 电梯系统整体结构简介15-16
• 2.2 电梯的工况运行分析16-20
• 2.2.1 永磁同步曳引机的运行状态分析16
• 2.2.2 电梯系统的运行状态分析16-20
• 2.3 硬件系统总体结构设计20-21
• 2.4 核心器件的参数计算与选型21-36
• 2.4.1 主控芯片21-23
• 2.4.2 永磁同步曳引机(PMSM)23-24
• 2.4.3 电机编码器24-25
• 2.4.4 整流模块25-27
• 2.4.5 驱动模块27-28
• 2.4.6 母线电容28-33
• 2.4.7 电流传感器33-36
• 3 系统硬件设计36-59
• 3.1 弱电控制板36-52
• 3.1.1 核心控制电路37-41
• 3.1.2 电源管理电路41-44
• 3.1.3 调理电路44-49
• 3.1.4 缓冲驱动电路49-50
• 3.1.5 通讯电路50-51
• 3.1.6 IPM故障处理电路51-52
• 3.2 强电回路板52-58
• 3.2.1 主回路53-55
• 3.2.2 弱电信号接口电路55-56
• 3.2.3 开关电源56
• 3.2.4 保护系统56-57
• 3.2.5 能耗电路57-58
• 3.3 霍尔传感器电路板58-59
• 4 控制算法与软件设计59-68
• 4.1 空间矢量脉宽调制简介59-62
• 4.1.1 坐标变换与永磁同步电机建模59-61
• 4.1.2 空间矢量脉宽调制的实现61-62
• 4.2 系统程序设计62-68
• 4.2.1 主程序63-64
• 4.2.2 功能模块程序64-68
• 5 电磁兼容理论分析与PCB设计68-71
• 5.1 被动组件的高频特性68
• 5.2 永磁同步电机硬件控制系统的EMC分析68-71
• 5.2.1 信号返回路径理论68-69
• 5.2.2 硬件控制系统中信号反射的处理69-70
• 5.2.3 硬件控制系统中信号串扰的处理70
• 5.2.4 硬件控制系统中轨道塌陷的处理70
• 5.2.5 硬件控制系统中电磁干扰的处理70-71
• 6 电梯节能控制与驱动系统调试71-80
• 6.1 永磁同步电机控制系统调试71-79
• 6.1.1 电源系统调试71
• 6.1.2 核心控制电路基本功能调试71-72
• 6.1.3 通讯调试72-73
• 6.1.4 霍尔传感器调试73-75
• 6.1.5 ADC调试75-77
• 6.1.6 光电编码器调试77-78
• 6.1.7 电机系统联调78-79
• 6.2 电梯节能控制与驱动大系统联调79-80
• 总结与展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 附录A86-87
• 附录B87-88

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