机械电子式软起动装置控制系统的研究
|
摘要
本文通过对带式输送机的动态特性和机械电子式软起动装置工作原理的分析，建立了机械电子式软起动装置的数学模型，利用Matlab/Simulink对其进行了系统仿真。
在分析带式输送机的工作过程的基础上，对机械电子式软起动装置的控制系统进行了研究，对控制系统进行了硬件与软件设计。使用可编程控制器对变频器的输出频率进行控制，实现对调速电机转速的控制。调速电机与主电机的转速经差动行星轮系的速度合成，可使传动系统在很大范围内无级调速，实现对负载的可控起动。
以带式输送机实验台为负载进行了机械电子式软起动装置的模拟试验，对传感器进行了选型设计，对试验数据进行了采集与分析，确定了合理的起、制动速度曲线，求出双电机驱动功率的最佳配比。
通过系统建模仿真与实验室模拟试验，结果表明，机械电子式软起动装置能够有效的控制带式输送机起停过程的加速度，降低驱动电机的启动电流，实现带式输送机的平稳起动与停车。
In the thesis, the mathematical model of mechatronics soft start equipment is constructed by the analysis of belt conveyor's dynamic properties and the working theory of the mechatronics soft start equipment, the system simulation is conducted in Matlab/Simulink.
On the basis of analyzing the working process of belt conveyor, the control system of the mechatronics soft start equipment is studied , the hardware and software are designed for control system. The programme logic controller is utilized to control the inverter's output frequency which accomplishes controlling the velocity of speed-controlling asynchronous moter .The velocity between main asynchronous moter and speed-controlling asynchronous moter is composed by way of the differential planetary gear train , the tranmission system is made to regulate velocity stepless in large scope which succeed in controlling starting progress of load.
The Simulated test of the mechatronics soft start equipment is made regarding the experimental platform of belt conveyor as load, the sensor design is had for selecting type ,the testing datum are gatherd and analyzed, the rational curve of velocity in the starting and braking progress are gained ,the best matching ratio of driving power for the double asynchronous moters is found.
By means of system simulation and simulated test in laboratory ,the result indicates that mechatronics soft start equipment can control the acceleration of belt conveyor in the starting and braking process and reduce the startup current for driving moter which achieves the belt conveyor starting and braking steadily.
在分析带式输送机的工作过程的基础上，对机械电子式软起动装置的控制系统进行了研究，对控制系统进行了硬件与软件设计。使用可编程控制器对变频器的输出频率进行控制，实现对调速电机转速的控制。调速电机与主电机的转速经差动行星轮系的速度合成，可使传动系统在很大范围内无级调速，实现对负载的可控起动。
以带式输送机实验台为负载进行了机械电子式软起动装置的模拟试验，对传感器进行了选型设计，对试验数据进行了采集与分析，确定了合理的起、制动速度曲线，求出双电机驱动功率的最佳配比。
通过系统建模仿真与实验室模拟试验，结果表明，机械电子式软起动装置能够有效的控制带式输送机起停过程的加速度，降低驱动电机的启动电流，实现带式输送机的平稳起动与停车。
In the thesis, the mathematical model of mechatronics soft start equipment is constructed by the analysis of belt conveyor's dynamic properties and the working theory of the mechatronics soft start equipment, the system simulation is conducted in Matlab/Simulink.
On the basis of analyzing the working process of belt conveyor, the control system of the mechatronics soft start equipment is studied , the hardware and software are designed for control system. The programme logic controller is utilized to control the inverter's output frequency which accomplishes controlling the velocity of speed-controlling asynchronous moter .The velocity between main asynchronous moter and speed-controlling asynchronous moter is composed by way of the differential planetary gear train , the tranmission system is made to regulate velocity stepless in large scope which succeed in controlling starting progress of load.
The Simulated test of the mechatronics soft start equipment is made regarding the experimental platform of belt conveyor as load, the sensor design is had for selecting type ,the testing datum are gatherd and analyzed, the rational curve of velocity in the starting and braking progress are gained ,the best matching ratio of driving power for the double asynchronous moters is found.
By means of system simulation and simulated test in laboratory ,the result indicates that mechatronics soft start equipment can control the acceleration of belt conveyor in the starting and braking process and reduce the startup current for driving moter which achieves the belt conveyor starting and braking steadily.
引文
[1] 陈伯时，电力拖动自动控制系统，北京，机械工业出版社，1991，3
[2] 侯友夫，带式输送机可起启动系统动态特性的理论研究，徐州，中国矿业大学学报，1998，9(3)，76～81
[3] 杨复兴编译，胶带输送机结构、原理与计算，北京，煤炭工业出版社，1983，5
[4] 苏彦民，电力拖动系统的微型计算机控制，西安交通大学出版社，1987，9
[5] 马小亮，大功率交—交变频凋速及矢量控制技术，机械工业出版社，1991，12，132～174
[6] 王沫然，Simulink4建模及动态仿真，西安，电子工业出版社 2002，1
[7] 唐光荣，微型计算机应用技术，北京，清华大学出版社，2000，8
[8] 范影乐，MATLAB仿真应用详解，北京，人民邮电出版社，2001，7
[9] 任国全，CST在大柳塔煤矿主井带式输送机中的应用，中国煤炭，2000，26(5)，13～15
[10] 王家华，CST可控驱动装置在煤矿胶带机上的应用，煤炭设计，1999，(3)，15～18
[11] 王希平等，带式输送机可控起动系统的模糊控制，煤矿自动化 2000，(4)，42～45
[12] 宋伟刚，大型带式输送机起动过程的仿真，东北大学学报，1998，6(2)，132～137
[13] 熊世和等，机电系统计算机控制技术，西安，电子科技大学出版社，1993，5
[14] 毛宗源等，电力拖动控制系统数字仿真，广东，华南理工大学出版社，1991，11
[15] 薛定宇，基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，北京，清华大学出版社，2002，1
[16] 周绍英等，交流调速系统，北京，机械工业出版社，1998，2
[17] 何克忠等，计算机控制系统，北京，清华大学出版社，1998，4
[18] 戴绍诚等，高产高效综合机械化采煤技术与装备，北京，煤炭工业出版社，1999，3
[19] 机械工业部北京起重运输机研究所编．《DTⅡ型固定带式输送机设计选用手册》，北京，冶金工业出版社，1994，(10)
[20] E. J. O' Donoran，动态分析——对所有输送机都有利，“带式输送机动态分析及输送机接头改进”译文集，中煤工程设计咨询集团沈阳设计研究院，2000，(10)
[21] 谢锡纯，矿山机械与设备，北京，中国矿业大学出版社，2001，5
[22] 饶振刚，行星传动结构设计，北京，国防工业出版社，1994，6
[23] 李家荣等，三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真，连云港，淮海工学院学报，2001，10(2)，15～18
[24] 黎英等，基于MATLAB\SIMULINK的异步电动机的建模与仿真，电气传动自动化，1998，21(3)，25～29
[25] 周荣振，用MATLAB\SIMULINK进行交流调速系统的仿真，武汉，湖北工学院学报，1998，13(3)，52～55
[26] 陈特放等，基于MATLAB\SIMULINK的异步电动机直接转矩控制系统的建模与仿真，机车电自动化，1998，(2)，45～48
[27] 宋伟刚，散状物料带式输送机设计，沈阳，东北大学出版社，2000，4
[28] 任吉林等，MATLAB环境下变频器系统仿真的研究与实现，计算机仿真，2000，17(5)，62～65
[29] 都维刚等，大型带式输送机的动态设计理论与仿真，哈尔滨：黑龙江矿业学院学报，1998，8(4)，32～38
[30] 朱敏奇等，长距离带式输送机软起动技术，金属矿山，总第278期，1998，(8)，33～37
[31] 周满山等，行星机构软起动系统的研究，煤矿自动化，1999，(1)，15～19
[32] 冯猛智等，胶带输送机软起动控制系统的研制与应用，煤炭科学技术，1998，26(2)，22～26
[33] 蒋奇等，液力偶合器应用于带式输送机软起动的性能研究，煤矿机械，1998，(8)，15～17
[34] 谈士力等，微机与变频器通讯程序设计，机床与液压，2000，(6)，43～47
[35] 刘顺安等，大功率带式输送机软起动装置实验台的研究，农业工程学报，2000，16(4)，33～37
[36] 卢秀源，胶带输送机软起动装置，煤矿设计，1998，(10)，12～14
[37] 罗琴华，交流电机软起动，江西电力，1997，(2)，15～18
[38] 王里等，下运长胶带输送机软起动与电制动，煤炭科学设计，1996，24(11)，30～35
[39] 夏炎，矿山主提升带式输送机的软起动设计，矿山机械，2000，(9)，55～57
[40] 马刚，煤矿用带式输送机软起动技术及其应用，煤矿机电，1996，(5)，18～21
[41] 马福喜，微机控制软起动液力拖动单元的研制与应用，矿山机械，2001，(2)，41～44
[42] 马金锋，带式输送机软起动的理论分析与应用，煤质技术，2001，(4)
[43] 黄明云等，带式输送机软起动的设计原则，起重运输机械，2001，(1)，35～37
[44] 周满山，带式输送机用油膜离合器的软起动研究，工程机械，1997，(10)，45～47
[45] 王国田，带式输送机软起动及功率平衡的电气控制，煤矿机电，1996，(5)，23～25
[46] 李友泉，基于PLC和变频器的多电机同步控制，煤矿业自动化，2000，22(3)，61～65
[47] 郑学明，变频调速器在下运带式输送机中的应用，煤矿机电，1996，(4)，33～36
[48] 陈立定，Windows98下单台微机控制多台变频器的实现，制造技术与机床，2001，(4)，11～15
[49] 陈少波，带PID功能的变频器在恒压供水系统中应用，自动化与仪表，2000，15(1)
[50] 高进，变频器在自动控制系统中的应用，化工自动化及仪表，1998，25(6)，36～39
[51] A. J. Surtees, Longitudinal Stresses Occurring in Long Conveyor Belts During and Stoping, Bulk Solids Handling, Vol. 6, No. 4
[52] M. Hager, H. Simonsen. Calculation and Design of Belt Conveyors for Bulk Material. BRAUNKOHLE, 2000, 52(3)
[53] L. K. Nordell, The channer 20km overland—A Flagship of Modern Belt Conveyor Belts at High Speed, Bulk Solids Handling, Vol. 11, No. 4, November 1991, p781—792
[54] International Standard IS09856: Conveyor Belts-Determination of elastic modulus, First editon, 1989
[55] A. Harrision and A. W. Roberts, Technical Requirements for Operating Conveyor Belts at High Speed, Bulk Solids Handling, Vol.4, No. 1, 1984
[56] Funke. H; Zum dynamischen verhal ten von Forderbandanlagen beim Anfahren und stillsetzen unter Berueksichtigung der Bewegungswiderstande: Dissertation TU Hannver, 1973
[57] International Standard IS05048: Continuous Mechanical Handling Equipment: First Edition 1979．
[58] Rockwell Automation introduces new DODGE Clutch-only Controlled Start Transmission Product Greenville, November 03, 2000
[59] Starting system and using a hybrid permanent magnet/induction machine US4830412 (美国专利)
[60] L. K. Nordell, Steel Cord Belt & Splice Construction Modernizing Their Specifications, Improving Their Economics, Bulk Solids Handling , Vol. 13, No. 4
[2] 侯友夫，带式输送机可起启动系统动态特性的理论研究，徐州，中国矿业大学学报，1998，9(3)，76～81
[3] 杨复兴编译，胶带输送机结构、原理与计算，北京，煤炭工业出版社，1983，5
[4] 苏彦民，电力拖动系统的微型计算机控制，西安交通大学出版社，1987，9
[5] 马小亮，大功率交—交变频凋速及矢量控制技术，机械工业出版社，1991，12，132～174
[6] 王沫然，Simulink4建模及动态仿真，西安，电子工业出版社 2002，1
[7] 唐光荣，微型计算机应用技术，北京，清华大学出版社，2000，8
[8] 范影乐，MATLAB仿真应用详解，北京，人民邮电出版社，2001，7
[9] 任国全，CST在大柳塔煤矿主井带式输送机中的应用，中国煤炭，2000，26(5)，13～15
[10] 王家华，CST可控驱动装置在煤矿胶带机上的应用，煤炭设计，1999，(3)，15～18
[11] 王希平等，带式输送机可控起动系统的模糊控制，煤矿自动化 2000，(4)，42～45
[12] 宋伟刚，大型带式输送机起动过程的仿真，东北大学学报，1998，6(2)，132～137
[13] 熊世和等，机电系统计算机控制技术，西安，电子科技大学出版社，1993，5
[14] 毛宗源等，电力拖动控制系统数字仿真，广东，华南理工大学出版社，1991，11
[15] 薛定宇，基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，北京，清华大学出版社，2002，1
[16] 周绍英等，交流调速系统，北京，机械工业出版社，1998，2
[17] 何克忠等，计算机控制系统，北京，清华大学出版社，1998，4
[18] 戴绍诚等，高产高效综合机械化采煤技术与装备，北京，煤炭工业出版社，1999，3
[19] 机械工业部北京起重运输机研究所编．《DTⅡ型固定带式输送机设计选用手册》，北京，冶金工业出版社，1994，(10)
[20] E. J. O' Donoran，动态分析——对所有输送机都有利，“带式输送机动态分析及输送机接头改进”译文集，中煤工程设计咨询集团沈阳设计研究院，2000，(10)
[21] 谢锡纯，矿山机械与设备，北京，中国矿业大学出版社，2001，5
[22] 饶振刚，行星传动结构设计，北京，国防工业出版社，1994，6
[23] 李家荣等，三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真，连云港，淮海工学院学报，2001，10(2)，15～18
[24] 黎英等，基于MATLAB\SIMULINK的异步电动机的建模与仿真，电气传动自动化，1998，21(3)，25～29
[25] 周荣振，用MATLAB\SIMULINK进行交流调速系统的仿真，武汉，湖北工学院学报，1998，13(3)，52～55
[26] 陈特放等，基于MATLAB\SIMULINK的异步电动机直接转矩控制系统的建模与仿真，机车电自动化，1998，(2)，45～48
[27] 宋伟刚，散状物料带式输送机设计，沈阳，东北大学出版社，2000，4
[28] 任吉林等，MATLAB环境下变频器系统仿真的研究与实现，计算机仿真，2000，17(5)，62～65
[29] 都维刚等，大型带式输送机的动态设计理论与仿真，哈尔滨：黑龙江矿业学院学报，1998，8(4)，32～38
[30] 朱敏奇等，长距离带式输送机软起动技术，金属矿山，总第278期，1998，(8)，33～37
[31] 周满山等，行星机构软起动系统的研究，煤矿自动化，1999，(1)，15～19
[32] 冯猛智等，胶带输送机软起动控制系统的研制与应用，煤炭科学技术，1998，26(2)，22～26
[33] 蒋奇等，液力偶合器应用于带式输送机软起动的性能研究，煤矿机械，1998，(8)，15～17
[34] 谈士力等，微机与变频器通讯程序设计，机床与液压，2000，(6)，43～47
[35] 刘顺安等，大功率带式输送机软起动装置实验台的研究，农业工程学报，2000，16(4)，33～37
[36] 卢秀源，胶带输送机软起动装置，煤矿设计，1998，(10)，12～14
[37] 罗琴华，交流电机软起动，江西电力，1997，(2)，15～18
[38] 王里等，下运长胶带输送机软起动与电制动，煤炭科学设计，1996，24(11)，30～35
[39] 夏炎，矿山主提升带式输送机的软起动设计，矿山机械，2000，(9)，55～57
[40] 马刚，煤矿用带式输送机软起动技术及其应用，煤矿机电，1996，(5)，18～21
[41] 马福喜，微机控制软起动液力拖动单元的研制与应用，矿山机械，2001，(2)，41～44
[42] 马金锋，带式输送机软起动的理论分析与应用，煤质技术，2001，(4)
[43] 黄明云等，带式输送机软起动的设计原则，起重运输机械，2001，(1)，35～37
[44] 周满山，带式输送机用油膜离合器的软起动研究，工程机械，1997，(10)，45～47
[45] 王国田，带式输送机软起动及功率平衡的电气控制，煤矿机电，1996，(5)，23～25
[46] 李友泉，基于PLC和变频器的多电机同步控制，煤矿业自动化，2000，22(3)，61～65
[47] 郑学明，变频调速器在下运带式输送机中的应用，煤矿机电，1996，(4)，33～36
[48] 陈立定，Windows98下单台微机控制多台变频器的实现，制造技术与机床，2001，(4)，11～15
[49] 陈少波，带PID功能的变频器在恒压供水系统中应用，自动化与仪表，2000，15(1)
[50] 高进，变频器在自动控制系统中的应用，化工自动化及仪表，1998，25(6)，36～39
[51] A. J. Surtees, Longitudinal Stresses Occurring in Long Conveyor Belts During and Stoping, Bulk Solids Handling, Vol. 6, No. 4
[52] M. Hager, H. Simonsen. Calculation and Design of Belt Conveyors for Bulk Material. BRAUNKOHLE, 2000, 52(3)
[53] L. K. Nordell, The channer 20km overland—A Flagship of Modern Belt Conveyor Belts at High Speed, Bulk Solids Handling, Vol. 11, No. 4, November 1991, p781—792
[54] International Standard IS09856: Conveyor Belts-Determination of elastic modulus, First editon, 1989
[55] A. Harrision and A. W. Roberts, Technical Requirements for Operating Conveyor Belts at High Speed, Bulk Solids Handling, Vol.4, No. 1, 1984
[56] Funke. H; Zum dynamischen verhal ten von Forderbandanlagen beim Anfahren und stillsetzen unter Berueksichtigung der Bewegungswiderstande: Dissertation TU Hannver, 1973
[57] International Standard IS05048: Continuous Mechanical Handling Equipment: First Edition 1979．
[58] Rockwell Automation introduces new DODGE Clutch-only Controlled Start Transmission Product Greenville, November 03, 2000
[59] Starting system and using a hybrid permanent magnet/induction machine US4830412 (美国专利)
[60] L. K. Nordell, Steel Cord Belt & Splice Construction Modernizing Their Specifications, Improving Their Economics, Bulk Solids Handling , Vol. 13, No. 4