基于力矩模式的矿山牵引电机车控制系统的研究与实现
矿用电机车最大转矩交流牵引驱动系统
Ｅ Ｅ Ｔ ＣＤ Ｖ ２ １ Ｖ １４ Ｌ Ｃ ＲＩ ＲＩ Ｅ ０ ０ ｏ ０
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Ｎｏ． ８
矿用 电机 车最 大 转矩 交 流 牵 引驱 动 系统
杜贵 平 ， 树 强 姜 孝华。 曾庆淡 。 李 ， ，
１ ６ ０
ｐ ｓｄ ｏ ｅ ．Ａ ５ ＤＣ ５ ０ｖ／３ ０ｋ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｒ ｔｔｐ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ ｉ ｌｔ ｎａ ｄｅ ｐ ｒｍｅ ｔｓ ｏ ｔ ａ ｈ ０ Ｗ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｏｏ ｙ ｅｗａ ｅ ｅｏ ｅ ．Ｓｍｕａ ｉ ｎ ｘ ｅｉ ｎ ｈ ｗ ｈ ｔ ｅ ｐ ｏ ｔ
２ ．广 州电器科 学研 究院 研发 中心 ， 东 广 州 ５ ０ ０ ； 广 １ ３ ０ ３ ．中山 大学 电信 学 院 ， 东 广 州 ５ ０ ７ ） 广 １ ２ ５
摘 要 ： 对 架 线 式 矿 用 电机 车 负 载 变 化 频 繁 、 电 波 动 较 大 、 作 环境 恶 劣 等 具 体 工 程 实 际 问 题 ， 出 了 针 供 工 提
Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ３ ０， ａ ｇ ｏ ｇ， ｉａ； ．Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｅｌｃｒ ｎｃａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｇ ｎ ｅ ｉｇ。 ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ０ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ Ｃｈ ｎ ３ ｃ ｏ ｌ ｅｔｏ ｉ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉｎＥｎ ｉ ｅｒｎ ｏ
Ｓｕ ｔＳｅ ｉ ｅ ｓｔ Ｇｕ ｎ ｈ ｕ ５ ０ ７ ， ａ ｇ ｏ ｇ， ｈ ｎ ） ｎ Ｙａ — ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ， ａ ｇｚ ｏ １ ２ ５ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ Ｃ ｉ ａ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅｅ ｉｔｎ ｒ ｂ ｅ ｓｏ ｒ ｑ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ｓ ｉ ｈ ｏ ｄ ｖ ｌｔｌ ｅ ｅ ｔ ｉｉ ｎ ｏ ｒ ｓｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｘｓ ｉ ｇ ｐ ｏ ｌｍ ｆｆ ｅ ｕ ｎ ｈ ｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ｌａ ， ｏ ａ ｉ ｌｃ ｒｃｔ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｙ
矿井电机车的控制系统设计解析论文
矿井电机车的控制系统设计解析论文摘要：以DSPIC30F6010A单片机为核心，设计了一种电机车变频调速控制系统，并从硬件和软件两方面对系统的构成要素和主要特性进行逐一分析，最后针对其实际应用效果进行分析。
结果表明所设计控制系统可以有效调控电机车运行，是确保电机车安全、稳定、低能耗运行的重要保障。
关键词：电机车;控制系统;设计分析;软件程序引言井下轨道电机车作为煤矿生产作业过程中所不可或缺的关键核心运输装备，其依据速度调控方式的差异可分为直流牵引电阻调速、直流牵引斩波调速和交流牵引变频调速三大类别。
其中交流牵引电机车作为新型的机车类型，相较于传统的直流牵引电机车具有质量轻、体积小、运行稳定性佳、作业维护简便、无需配设滑环与换向装置，防爆性能优良的诸多优势，加之变频调速技术良好的节能效果。
可以说，在交流牵引电机车必将成为今后井下电机车的主流形式。
因此结合其运行特征和使用需求，探究有效的电机车交流变频控制方案，构建性能优良的交流变频调速系统。
1控制系统设计分析基于DSPIC30F6010A型十六位单片机，设计研发一种电机车交流变频控制系统。
系统运行时有蓄电池供应直流电压，并经由三相逆变控制单元将直流电调控成频率可控的三相交流电。
整个系统的主要构成组件囊括蓄电池、充电及电容模块、三相逆变电桥、电流传感组件、驱动模块、检测模块、单片机控制电路等[1-2]。
2DSPIC30F6010A型单片机控制系统DSPIC30F6010A单片机控制电路为系统功能得以有效实现的关键核心，整个控制电路囊括五大构成部分：一是由DSPIC30F6010A型单片机、速度检测电路、数字输入信号端等构成的DSP（数字信号处理）数字系统，其可以有效开展各类数字运算、子模块调控以及电机车启停运行、点动运行、多段速设定等功效；二是运行模拟量接口电路，其构成组件包括电流电压检测模块、温度监测模块、运行速度设定模块等，功效是为DSP系统采集数字信息；三是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路，该电路能够将从DSP系统中输出的SPWM（脉冲宽度调制）讯号转换为能够调控IGBT系统的脉冲讯号。
基于力矩控制的电动助力车控制器的设计
毕业设计（论文）学院名称学院名称专业名称专业名称学生学号学生学号学生姓名学生姓名指导教师教授姓名助理指导老师老师姓名202 年月基于力矩控制的电动助力车控制器的设计摘要这几年来，燃油交通工具由于尾气排放的问题已经对城市的空气造成了严重的污染。
社会在大力发展经济的同时，由于燃油车在耗油量上越来越大，环境污染问题以及资源短缺问题越来越严重了。
因此，发展“绿色”交通工具是一个很好且很重要的课题。
电动助力车便是在这样的背景下发展和兴起起来。
但是就目前而言，大部分的电动助力车产品的控制装置都是采用低集成度的元件，这样导致了功能太过简单，从而无法充分发挥系统的潜力和处理一些特殊的控制问题。
然而我的控制器的控制芯片是采用了ATMEL公司51系列单片机AT89C51，通过力矩式助力传感器来智能的调节无刷直流电机的转速。
在硬件方面，进行了微控制单元电路设计、以MC33033芯片为核心的三相全桥驱动电路设计、以DS12887芯片为核心的时钟电路设计、系统硬件保护电路设计和显示电路设计。
在软件方面，采用了模块化编程的思想，给出了本控制系统的软件设计思路。
根据无刷直流电机的控制原理，对系统的控制部分进行了详细分析。
同时，系统具有过流保护、欠压报警及过热保护功能。
我的控制器提高了无刷直流电机的利用率以及维护的方便性。
这样的控制系统的电动助力车，具有零空气污染、低噪音、高效率，运行性能良好的特点，做到了真正意义上的“绿色”交通工具，有着广阔的发展潜力以及巨大的市场潜力。
关键词：“绿色”交通工具；电动助力车；力矩式助力传感器；无刷直流电机Design Of Controller For Electronic Power Bicycle Based On Torque ControlAbstractOver the past few years, fuel transportation as the exhaust problem has caused serious air pollution of the city. With the development of economy, the traditional fuel vehicles sharp increase in fuel consumption, environmental problems and energy crisis problem become increasingly serious, therefore, development of "green" transport is a very good and very important topic. Electric moped is under the background of the development and rise up. But for now, most of the electric moped product control device with low integration element, this led to a function is too simple, to bring into full play the potential of the system and deal with some special control problem. However my controller control chip is used the ATMEL company 51 series single chip microcomputer AT89C51, through the torque type power sensors to intelligent control of brushless dc motor speed. In terms of hardware, the micro control unit circuit design, MC33033 chip as the core of three-phase full bridge drive circuit design, DS12887 chip as the core of clock circuit design, design of system hardware protection circuit and display circuit design. In the aspect of software, adopts the modular programming ideas, the control system software design are given. According to the principle of brushless dc motor control, the control parts of the system are analyzed in detail. At the same time, the system has over current protection, under-voltage alarm and overheating protection function. I raise the utilization rate of brushless dc motor controller and maintenance convenience. Such a control system of electric moped, with zero air pollution, low noise, high efficiency, good running performance, the characteristics of did in the true sense of "green" transport, with wide development potential and huge market potential.Keywords: “Green” vehicles;Electric power Bicycle;Torque type power sensor;BLDC motor目录摘要 (II)ABSTRACT (III)1绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2电动助力车的原理和组成结构及其特点 (1)1.3电动助力车领域在国内外的现状 (2)1.4本设计的主要工作 (2)2智能型电动助力车控制器方案的确定 (4)2.1电动助力车的控制方式 (4)2.2力矩传感器的基本原理及方案选定 (4)2.3电动助力车控制器的总体方案 (4)3无刷直流电机及其驱动控制电路 (6)3.1无刷直流电机的特点 (6)3.2无刷电机的驱动控制电路 (6)4单片机及其外围硬件电路的设计 (10)4.1单片机概述及AT89C51简介 (10)4.2单片机外围硬件电路的选择与设计 (12)4.2.1模数与数模转换模块 (12)4.2.2时钟芯片 (15)4.2.3温度传感器和液晶显示模块 (17)5系统相关技术及软件设计 (20)5.1控制系统相关技术 (20)5.2系统软件设计 (22)5.2.1主程序的设计 (22)5.2.2部分模块的软件设计 (22)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 研究背景和意义二十一世纪最为突出的两大主题，一个是保护环境，另一个便是节约能源。
矿用电机车交流牵引控制系统的研究
ｗａ ｒｖ ｄ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｔ ｅ ａ ｌｇ ｏ ｔ ｌ ｓ ｓｅ ｃ ｕ ｄ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｈ ｓｐ ｏｉｅ ． ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔ ｒｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｈ ｈ ｕ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔｍ ｏ ｌ ｅ ｈ ｅ ｕ ｒ ｓ ｏ ｅ ｎ ｓ ｆ ｔｅ ＡＣ
矿山牵引电机车控制系统的仿真
矿山牵引电机车控制系统的仿真作者：张洵来源：《硅谷》2014年第06期摘要传统的矿山牵引电机车采用的是直流调阻调速和直流斩波调速，其特点远远满足不了目前矿山开采的需求，根据我国矿山开采的实际情况，矿山牵引电机车控制系统应该具备一定特点，如较强的稳定性、超强的载荷能力等，文章就如何改进牵引电机车控制系统，节约能源，降低损耗，加强电机牵引性能进行深入的探讨和研究。
关键词牵引电机车；控制系统；矢量；建模；仿真；节能中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0061-01我国是世界人口大国，能源消耗量巨大，而煤炭是非常重要的能源，矿山开采是煤炭能源主要的来源，而矿山开采主要依靠的是矿山电机车，它是井下作业的主要运输工具，其性能对矿山开采有很大影响，甚至会波及整个煤炭业，如何加强矿山牵引电机车控制系统性能，降低能耗，提高工作效率也成为了关注的焦点。
近年来，人们通过实践不断改进牵引电机车控制系统，摒弃了传统的采用直流调阻调速和直流斩波调速，对变频调速进行了各种实验和分析，建立相应的系统模型，模拟仿真，并进行实验验证。
1 不同种类的矿山牵引电机车控制系统在矿山企业，电机车是必备设备，种类众多，不同的供电方式、不同的牵引力，分类亦不同，随着技术的不断发展，可谓大浪淘沙，早期的串电阻调速被直流斩波调速取代，直流牵引电机调速不如交流牵引电机变频调速，同样直流牵引电机车也不敌交流牵引电机车，所以交流变频调速电机车是大势所趋，也符合市场需求。
一般来说，在不考虑电机之间联系的情况下，每台电机都由相应的一台变频器控制，它们是“一对一”的关系，这种情形下，为了满足市场需求，一般会采用矢量控制系统或直接转矩控制系统。
影响矿山牵引电机车的因素很多，如空间限制，宽度不同的轨距，这时会采用“一带一”，即一台电机驱动一个轮对，也就是双电机直接驱动，这期间也存在电机运行速度慢，成本高的问题，主要是因为没有转向架，之于机车与轨道间，为了正常运行，两个电机需自行分配载荷量，尽量做到均衡，一般为了提高运行速度，并节约成本多采用一台变频器控制多台电机的方法。
基于模糊自适应pid控制矿用电机车直接转矩控制系统的研究（1）
致 谢首先感谢我的导师李晓竹教授，从本文的选题到写作都得到了导师李晓竹教授的关怀与指导，可以说我课题上的每一点进展都与导师的悉心教诲和认真指导分不开，所以本文不但凝聚我的心血和感情，其中更有我导师的心血、智慧和汗水。
同时,导师严谨的治学态度，勤奋的工作作风和平易近人的处世态度，都时刻影响着我，让我受益终生。
谨此论文完成之际，向李老师致以衷心的感谢和最诚挚的敬意！同时还要感谢我的父母，感谢他们一直以来的鼓励和默默支持，使我顺利完成了学业和学位论文！最后感谢给予我关心和帮助的所有老师、同学和朋友，感谢你们的大力支持和帮助！摘 要矿用电机车是煤矿井下的主要运输工具，其动力驱动系统的好坏直接关系到运行过程中的经济性和安全可靠性。
针对我国目前矿用电机车直流调速系统故障率高、维护成本高，而交流串电阻调速系统能耗大、动态性能差，不能实现无级调速等问题，提出了基于直接转矩控制的矿用电机车交流调速系统方案。
采用三相异步电机两相静止、旋转坐标系下的数学模型，论述直接转矩控制理论。
详细的分析和研究了模糊自适应PID速度调节器的设计。
利用定子电阻模糊观测器来在线估计定子电阻，解决了在低速范围内定子电阻辨识困难的问题。
结合TMS320F2812 DSP芯片，给出了控制系统的软硬件设计思路，并运用Matlab/Simulink仿真软件对整个系统建模仿真。
仿真结果表明，该控制系统能够满足煤矿井下的复杂运行环境。
关键词：直接转矩控制；模糊自适应PID；矿用电机车AbstractThe mine electric locomotive is the main transport equipment in coal field. Its power drive system will have a direct bearing on the running of economy and safe reliability. To DC drive system mine electric locomotive for Chinese current failure rate is high, maintenance costs is high. To AC drive system energy consumption of AC series resistance is high, dynamic performance is poor. To deal with these problems, an advanced speed-adjusting scheme is presented based on AC speed control system by direct torque control.In the derivation of the two-phase stationary and rotating coordinate mathematical model for three-phase induction motor the basic principle of direct torque control is stated. Fuzzy self-adaptive PID speed regulator is designed by detailed analysis and research. Because the identification of the stator resistance within low speed range is difficult, using fuzzy observer does online estimation of stator resistance. The control system software and hardware design ideas is given based on TMS320F2812 DSP chip, and make use of Matlab/Simulink simulation software for modeling and simulation of the entire system. The simulation result shows that the control system can meet the coal mine complex operating environment.Key Words：Direct torque control (DTC); Fuzzy self-adaptive PID; Mining locomotive haulage目 录摘要Abstract1 绪论 (6)1.1 概述 (6)1.2 交流调速方案的选择 (7)1.3 直接转矩控制的特点 (9)1.4 直接转矩控制系统中的模糊控制应用概况 (9)1.5 课题的背景及意义 (10)1.6 论文的主要工作内容 (11)1.6.1 研究内容 (11)1.6.2 解决的主要问题 (11)2 异步电机数学模型 (12)2.1 A、B、C系统的磁链、电压和转矩方程 (12)2.1.1 磁链方程 (13)2.1.2 电压方程 (15)2.1.3 转矩方程 (15)2.2 坐标变换和变换矩阵 (15)2.2.1 三相/二相变换 (16)2.2.2 二相/二相旋转变换 (16)2.3 α-β及d-q 坐标系下异步电动机数学模型 (17)2.3.1 α-β坐标系下异步电动机数学模型 (17)2.3.2 d-q坐标系下异步电动机数学模型 (18)2.4 小结 (18)3 异步电机直接转矩控制原理 (19)3.1 电压空间矢量的概念 (19)3.2 逆变器开关状态与基本空间电压矢量 (20)3.3 直接转矩控制系统 (22)3.3.1 磁链的控制 (22)3.3.2 转矩的控制 (24)3.3.3 最优开关表的制定 (25)3.3.4 直接转矩的基本结构 (27)3.3.5 异步电机磁链模型 (28)3.3.6 异步电机转矩模型 (30)3.4 小结 (30)4 模糊自适应PID速度调节器及定子电阻模糊观测器的设计 (31)4.1 PID控制器的结构 (31)4.2 模糊控制理论基础 (32)4.3 模糊自适应PID控制器的设计 (34)4.3.1 模糊自适应PID控制器的结构 (34)4.3.2 输入输出变量的选取与模糊化 (35)4.3.3 模糊控制规则表 (38)4.3.4 模糊推理 (40)4.3.5 解模糊化 (40)4.3.6 在线自校正工作流程 (40)4.4 速度调节器模糊自适应PID算法的仿真研究 (41)4.5 定子电阻模糊观测器的设计 (43)4.5.1 定子电阻观测误差对系统的影响 (43)4.5.2 定子电阻模糊观测器的设计 (44)4.6 小结 (48)5 基于DSP的直接转矩控制系统的软硬件设计方案 (49)5.1 控制系统的硬件设计 (49)5.1.1 TMS320F2812芯片的介绍 (49)5.1.2 总体硬件框图的设计 (50)5.1.3 IPM的组成与信号驱动 (51)5.1.4 电压电流检测电路 (53)5.1.5 过压、过流保护电路 (54)5.1.6 光电码盘输出脉冲信号隔离整形调理原理图 (55)5.1.7 仿真接口 (55)5.1.8 通讯接口 (56)5.2 控制系统的软件设计 (56)5.2.1 DSP软件开发简介 (56)5.2.2 主程序设计 (57)5.2.3 系统初始化模块 (57)5.2.4 A/D中断服务子程序 (58)5.2.5 速度调节器模块 (59)5.3 小结 (59)6 矿用电机车直接转矩控制系统的仿真研究 (60)6.1 基于模糊PID直接转矩控制系统模型建立 (60)6.2 系统仿真结果分析 (62)6.2.1 额定转速的仿真分析 (62)6.2.2 额定转速0.3秒突加负载的仿真分析 (64)6.2.3 低速时的仿真分析 (65)6.3 小结 (66)结论 (67)参考文献 (68)作者简历 (71)学位论文数据集 (72)1 绪论1.1 概述矿用电机车作为一种煤矿牵引机械设备，通常使用于矿料的运输方面。
基于单片机的矿用电机车控制系统设计
矿用电机车是矿山中常用的一种交通工具，用于运送矿工和矿产。
控制系统是矿用电机车的核心部分，其稳定性和可靠性对矿山生产的安全和效率具有重要影响。
本文将介绍基于单片机的矿用电机车控制系统设计。
一、系统概述本系统采用基于单片机的控制器，实现对电机车的速度、转向、制动等功能的控制。
控制器包括主控制板、驱动板、输入输出板等组成部分。
主控制板负责处理控制命令和反馈信号，驱动板负责控制电机车的电动机，输入输出板负责连接控制器和外部传感器、执行器等设备。
二、系统硬件设计1. 主控制板设计主控制板采用ATmega32单片机作为核心处理器，具有强大的运算能力和丰富的外设资源。
主控制板的主要功能是处理控制命令和反馈信号，实现对电机车的控制。
其具体功能模块包括：（1）电源模块：提供系统所需的稳定、可靠的电源。
（2）单片机模块：包括ATmega32单片机、晶振、复位电路等。
（3）通信模块：采用RS232串口通信，实现与上位机的数据交互。
（4）输入输出模块：包括按键、LED指示灯、蜂鸣器等。
2. 驱动板设计驱动板负责控制电机车的电动机，包括速度调节、转向控制、制动等功能。
驱动板采用L298N双路H桥驱动器，实现对电机车电动机的控制。
具体模块包括：（1）电源模块：提供系统所需的稳定、可靠的电源。
（2）L298N驱动模块：采用双路H桥驱动器L298N，实现对电机车电动机的控制。
（3）速度调节模块：通过PWM调节电机车电动机的电压，实现对电机车的速度控制。
（4）转向控制模块：通过控制电机车左右轮子的转速，实现对电机车的转向控制。
（5）制动模块：通过反向电磁阀控制电机车的制动器，实现对电机车的制动。
3. 输入输出板设计输入输出板负责连接控制器和外部传感器、执行器等设备，实现数据的输入和输出。
具体模块包括：（1）电源模块：提供系统所需的稳定、可靠的电源。
（2）输入模块：连接外部传感器，如速度传感器、转向传感器等，实现对电机车状态的检测和反馈。
电牵引采煤机智能控制系统设计与研究
电牵引采煤机智能控制系统设计与研究摘要：电牵引采煤机作为煤矿井下开采作业的核心设备之一，在综采生产中主要承担切割煤层和装煤的任务。
电牵引采煤机内部主要由电气、机械及液压系统组成，其中电气控制系统作为采煤机正常运行的控制枢纽，其系统性能及可靠性是采煤机安全稳定运行的重要保障。
目前采煤机对于自动截割、自适应牵引、组建物联网数据库等智能化功能的需求日益增长，对相应电控系统的数据处理能力及通讯速度等性能的要求也不断提高，因此开发运算能力强、灵活性及可靠性高的智能采煤机电控系统是十分必要的。
关键词：电牵引采煤机；智能控制系统；硬件；软件引言煤炭综采工作面的作业环境极为恶劣，“少人化”及“无人化”现已成为影响煤矿安全、高效生产的关键。
采煤机作为煤炭掘进的重要设备，其自动化水平的高低关乎煤炭企业的煤炭产量和效率，必须引起高度重视。
智能控制技术的发展，使得远程监控系统的应用较为广泛，并且在应用领域已经取得了很好的应用效果，得到了各界的认可。
智能监控系统的主要功能是实时监测某设备的运行状态，实现设备的远程控制功能。
因此，针对某煤炭企业采煤机对于智能控制系统的需求，开展采煤机智能监控系统设计与应用研究工作具有重要的意义。
1采煤机结构按照驱动模式，采煤机分为液压型驱动采煤机和电驱型采煤机两种，目前煤矿井下综采工作面较常用的为电驱型采煤机。
电驱型采煤机由行走子系统、调高子系统、截割子系统、牵引子系统及其他辅助机构构成。
行走子系统控制采煤机在水平方向沿刮板输送机运行，由行走箱体、驱动轮及导向滑靴等组成，共同协调完成采煤机的行走功能；调高子系统控制采煤机在煤壁垂直方向调节前/后滚筒的高度，对煤壁进行截割，由电气控制单元、液压控制单元、电磁阀、滚筒等组成，共同协调完成采煤机的调高功能；截割子系统控制采煤机对煤壁的截割，由左右截割电机、左右截割滚筒、左右摇臂及截割齿等组成，截割电机通过减速器将负载转矩传送至截割滚筒，带动截割齿作旋转运动，进而将煤块采出。
基于转矩控制的矿用电机车调速装置设计
引言煤炭企业对矿用电机车辆的需求不断增加，受技术条件的限制，目前绝大多数矿用的电机车辆均为直流调速装置，在实际运行中虽然其调速范围较广、动态性能较好，但是由于其运行高度依赖于换向环节，其不但给日常的维护、维修带来了极大的困难，同时也使得矿用电机车的调速装置故障率居高不下，且由于煤矿井下粉尘浓度高、路况条件复杂等因素更使得传统矿用电机车辆的应用受到了极大的限制，严重影响了煤炭企业的正常生产[1]。
1磁阻电机的结构根据相数可以将磁阻电机分为单相、两相、三相及四相等，图1所示为单相磁阻电机，它的转子和定子结构均为两级结构，因此其不仅具有结构简单、制造成本低廉的优点，也具有无法自启动、转动惯量小，在工作中存在死区的缺点，极大地限制了其应用[2]。
图2所示为两相磁阻电机，从结构上可以看出其具有一对转子和两对定子，此结构同样是缺乏自启动的能力，且在工作中依旧存在转矩的死区，无法大规模应用。
图3所示结构为三相磁阻电机，其具有三对定子和两对转子，该结构最大的优点在于可以方便实现正方向和反方向的自启动。
图4所示的结构为四相磁阻电机，其具有四对定子和三对转子，和其他结构的磁阻电机相比，它的转矩显著降低，具有很好的启动性能，但是其结构相对复杂，制造成本也相对较高，但是为了实现对矿用电机车的精确控制，确保其工作的可靠性和使用寿命，采用四相磁阻电机。
2转矩控制原理转矩控制的目的是保持定子磁链幅值的稳定性，实现抑制磁阻电机在工作过程中的转矩脉动，其控制逻辑如下页图5所示，其中坐标变换模块的作用是确保磁阻电机四相绕组的坐标变换，在实现坐标变换后，可以利用扇区判断模块实现反正切函数的运算，继而求出磁链角度，磁链幅值模块利用求磁链的矢量幅值，作为磁链相对比的输入[3]，最后，开关状态就可以根据不同的输入量，计算出在某个时刻所最终输出的电压的矢量值，然后功率转换器将获得的电压矢量转换为开关状态，从而实现对磁阻电机的精确控制。
3磁阻电机转矩控制装置仿真建模为了对磁阻电机转矩控制装置的性能进行更直观、更科学的分析研究，利用Matlab 仿真分析软件对其进行了建模分析，其主要包括磁阻电机模块、扇区选择模块、滞环对比模块及功率转换模块[4]，其仿真分析建模如下页图6所示。
矿井电机车的控制系统及控制方法[发明专利]
![矿井电机车的控制系统及控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e6d232f459eef8c75ebfb39c.png)
专利名称：矿井电机车的控制系统及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：张维国,姚宗旭,葛启发,朱维根,施士虎,谷龙飞,白光辉,裴明辉,郭帅
申请号：CN202010656000.2
申请日：20200709
公开号：CN111645540A
公开日：
20200911
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本公开提供了一种矿井电机车的控制系统及控制方法。
系统包括：分区开关，配置成控制矿井井下特定分区的电力供应；以及监控与控制单元，与分区开关电连接，配置成通过激光雷达获取电机车的特征参数，在电机车的特征参数符合要求时，向电机车或者分区开关发送指令或信号；其中，监控与控制单元包括减速模式和急停模式，在处于减速模式时，若电机车的特征参数符合要求，则向电机车发送减速控制指令；在处于急停模式时，若电机车的特征参数符合要求，则向分区开关发送指令或信号从而关闭特定分区的电力供应，使得电机车紧急急停。
本公开为矿井电机车，尤其是无人驾驶电机车的运行提供了保障，降低了风险。
申请人：中国恩菲工程技术有限公司
地址：100038 北京市海淀区复兴路12号
国籍：CN
代理机构：北京律智知识产权代理有限公司
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电动牵引车的操纵与控制系统研究
电动牵引车的操纵与控制系统研究摘要：电动牵引车作为一种环保、高效的交通工具，受到了广泛关注。
它的操纵与控制系统是实现牵引车运行的关键。
本研究旨在探讨电动牵引车的操纵与控制系统的设计原理与技术，以提高其性能和安全性。
1. 引言随着环保意识的增强，电动牵引车作为一种代替传统内燃机车辆的清洁能源交通工具，逐渐受到人们的关注。
但是，电动牵引车的操纵与控制系统的研究还存在一些问题，如急刹车时的制动性能、转向的精确度等。
为解决这些问题，本研究将探讨电动牵引车操纵与控制系统的设计原理与技术。
2. 电动牵引车操纵系统电动牵引车的操纵系统主要包括方向盘、刹车踏板和加速踏板。
操纵系统的设计需要考虑舒适性、精确性和安全性等要素。
其中，方向盘的设计需具备力矩感知装置，通过感知驾驶员的操纵力矩来实现精确的转向控制。
刹车踏板和加速踏板的设计需要实现灵敏的响应，确保驾驶员操作的准确性。
此外，操纵系统还需要考虑人机工程学原理，以提高驾驶员的操作舒适性和驾驶体验。
3. 电动牵引车控制系统电动牵引车的控制系统主要包括电机驱动系统、电控系统和车辆动力分配系统。
电机驱动系统负责驱动车辆前进或倒退，其设计需要考虑电机的功率和效率，以实现较高的牵引力和能源利用率。
电控系统负责管理电池组的充放电，确保电动牵引车的电能供应稳定和安全。
车辆动力分配系统负责将电能分配到各个轮子，以实现牵引车的转向和控制。
为提高控制系统的性能，应采用先进的控制算法和传感器技术，确保驾驶员操作的准确性和安全性。
4. 电动牵引车的操纵与控制系统优化策略为进一步提高电动牵引车的性能和安全性，需要进行系统优化。
首先，可以采用能量回收技术，将制动过程中产生的能量回收并储存起来，用于车辆的加速。
其次，采用智能制动系统，根据车辆的动力需求和路况情况，自动调整制动的力度和方式，以保证牵引车的制动性能和安全性。
此外，还可以采用动态力矩分配技术，根据轮胎的抓地力和路面摩擦系数，实现牵引力的有效分配，提高牵引车的行驶性能和安全性。
应用于矿用电机车的新型交流牵引驱动系统
应用于矿用电机车的新型交流牵引驱动系统摘要：本文介绍了一种新型交流牵引驱动系统，旨在提高矿用电机车的运行效率和经济性。
该系统采用高压、高频负载共振拓扑的直流成交换器，利用电能最大化输出，从而提高电机车的牵引性能和效率。
此外，该系统还采用了一种定制控制算法，通过调节驱动系统的速度和扭矩，保证电机车在不同工况下的正常运行。
实验结果表明，该系统的牵引效率较传统系统提高了10%以上，操作稳定性和运行寿命也得到了显著提高。
关键词：交流牵引驱动系统，负载共振拓扑，电能最大化输出，定制控制算法，牵引效率正文：一、绪论矿用电机车是在矿山和工业场所进行物料和人员运输的重要装备，其运行效率和经济性直接影响矿山的生产效益和安全生产。
传统的矿用电机车驱动系统因为电阻损耗大、效率低，已经难以满足日益高效、低耗、高性能的要求。
因此，提出一种新型交流牵引驱动系统，成为当前研究热点和难点。
本文针对传统交流牵引驱动系统存在的局限，提出了一种基于负载共振拓扑的直流成交换器的新型交流牵引驱动系统，其目的是通过最大化输出电能，提高电机车的牵引性能和效率。
同时，我们还引入了一种定制控制算法，以达到对驱动系统的速度和扭矩进行更精确和可控的操作。
二、新型交流牵引驱动系统原理该系统主要由负载共振拓扑的逆变器、同步整流器、正弦信号产生电路、电流采样电路和控制电路等组成。
该逆变器采用了高压、高频负载共振拓扑，使直流成交换器能够在较高频率下工作，同时也能减少能量损失。
同步整流器通过将输出电压与输入电压的相位区别设计成90度，实现了最大化的效果。
该系统的传动系统被设计成由电机转子产生的电流，来驱动直接输出到轮轴的电机，并且能根据不同工况的需要，实现变频调速。
在该系统中，由增量调用和最大电流跟踪等有选择的控制方式，可以保证电机车的稳定运行。
三、实验结果分析我们采用了已有的牵引驱动系统与新型交流牵引驱动系统进行对比实验，结论是新型交流牵引驱动系统的牵引效率比传统系统提高了10%以上。
矿用机车双电机牵引同步控制研究
矿用机车双电机牵引同步控制研究矿用机车是矿山运输系统中关键的设备之一，其双电机牵引同步控制技术在提高牵引效率、安全性和能源利用率方面具有重要意义。
本文将从机车结构、双电机牵引原理和同步控制策略三个方面展开研究。
首先，机车结构对双电机牵引同步控制技术的研究具有重要影响。
矿用机车通常采用双电机牵引方式，即每个轴上都有一个电机，通过电机的驱动实现机车的运动。
机车结构设计合理与否直接关系到电机的布置和相应控制策略的制定。
在设计过程中，需要考虑到机车的牵引力、转弯半径等因素，以确保机车在运行过程中具有较好的稳定性和机动性。
其次，双电机牵引的原理是实现机车运动的关键。
在传统的机车中，通常采用串联或并联两种方式来实现电机的驱动。
串联方式是将两台电机串联在一起，共享电流，从而实现两台电机的同步工作；并联方式则是将两台电机分别驱动车轮，使得机车两个轴上的电机能够独立工作。
这两种方式各有优劣，需要根据实际情况选择适合的方式。
最后，同步控制策略的研究是双电机牵引技术的关键。
同步控制策略包括速度控制、位置控制和力控制等多个方面。
速度控制是指通过控制电机的旋转速度来实现机车的牵引力调节；位置控制是指通过控制电机的转动角度来实现机车的位置调整；力控制是指通过控制电机输出的扭矩大小来实现机车的牵引力调节。
这些控制策略需要结合实际的工况和运行环境来制定，以保证机车在运行过程中的稳定性和安全性。
总之，矿用机车双电机牵引同步控制技术在提高牵引效率、安全性和能源利用率方面具有重要意义。
通过对机车结构、双电机牵引原理和同步控制策略的研究，能够为矿用机车的设计和生产提供理论支持，同时也能为矿山运输系统的优化提供参考。
未来的研究可以进一步深入探讨机车结构的优化、双电机牵引原理的改进和同步控制策略的优化，以提高矿用机车的牵引性能和运行效率。
交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统设计与研究开题报告
交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统设计与研究开题报告一、研究背景矿用自卸车作为重要的矿山运输设备，在矿山生产中发挥着重要的作用。
其驱动系统作为矿用自卸车的核心部件之一，对矿用自卸车的性能和稳定性有着重要的影响。
近年来，随着矿用自卸车的不断发展，对其驱动系统的要求也越来越高。
传统的直接启动和变频控制已经不能满足矿用自卸车高效稳定的工作要求，而交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统则能较好地克服这些缺陷，成为了研究的热点和难点。
二、研究内容本课题将对交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统进行深入研究，主要研究内容包括：1. 现有矿用自卸车驱动系统的研究现状和发展趋势，分析交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统的优势和不足。
2. 建立交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统的数学模型，包括电机模型、转矩模型、速度模型和位置模型等。
3. 研究采用矢量控制算法对交流电机驱动矿用自卸车进行驱动的原理和实现方法。
4. 设计基于矢量控制算法的交流电机驱动矿用自卸车硬件控制系统，包括电路、传感器、开关等。
5. 基于Simulink平台开发交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统控制算法，并进行模拟和仿真实验。
6. 对设计的交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统进行实际测试，并分析测试结果，验证系统的可行性。
三、研究意义1. 交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统具有精度高、响应快、效率高等优点，能够有效提高矿用自卸车的工作效率和稳定性，有着广泛的应用前景。
2. 本研究将对交流电机驱动矿用自卸车矢量控制系统的设计与研究进行深入探索，为相关领域的学术研究提供新的思路和方法，推动相关技术的进一步发展。
3. 研究成果可为矿用自卸车的设计与生产提供技术支撑，促进矿业产业的发展。
四、研究方法和技术路线本研究将采用文献资料法、数学建模法、计算机仿真法、实验法等多种研究方法，结合电子电路设计和嵌入式系统开发技术，通过以下技术路线来开展研究：文献资料调研→电动机模型建立→矢量控制算法设计→硬件控制系统设计→控制算法仿真→实际测试→数据分析。
基于力矩模式的矿山牵引电机车控制系统的研究与实现
基于力矩模式的矿山牵引电机车控制系统的研究与实现宗剑;阮毅;陈名辉;徐立波【摘要】为克服矿山牵引电机车运行方式切换机车运行平稳性差等缺点,研究转子磁链定向矢量控制系统,采用力矩模式控制策略,有效克服了采用传统控制方式下减速、制动过程中引起的电压泵升对直流母线带来的威胁.控制系统输出力矩直接可控,操作方便、结构简单.试验验证系统运行平稳、可靠,满足矿山牵引电机车控制的需要.%In order to overcome the poor stationarity of traction locomotive during the operation mode switching. Rotor flux oriented vector control theory based on, torque model control strategy adopted, it could overcome the DC bus pumping as Locomotive deceleration and barking, in this system, output torque could be controlled directly, experiments verification the system had good performance of stability and reliability, its could meet the traction locomotive control needs.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2011(038)007【总页数】4页(P22-25)【关键词】牵引电机车;坐标变换;矢量控制;力矩控制【作者】宗剑;阮毅;陈名辉;徐立波【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海应用技术学院电气与电子工程学院,上海201418;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言矿山牵引电力机车是矿山重要运载设备，逐渐由交流电机驱动取代直流驱动。
力矩电机的控制系统设计与性能实验论文
力矩电机的控制系统设计与性能实验摘要现代高档数控机床的发展对转台旋转进给伺服性能提出了越来越高的要求，在各种数控转台中，传统的驱动方式难以实现高精度加工。
本文采用KOLLMIRGEN力矩电机直接驱动数控转台，消除了中间传动环节，具响应速度快、动态刚度和定位精度高等特点。
本文依据“零传动试验台”的具体要求，采用了“NC嵌入PC”的开放式数控系统，采用工控机作为上位机，来处理数控系统中的弱实时性任务，用PMAC运动控制卡作为数控系统的控制器，完成数控系统中的强实时性任务；安装了PMAC运动控制卡的IPC与Danaher Motion伺服驱动器、力矩电机组成了三环闭环的控制系统；利用PMAC提供的PID执行程序在线调节整个系统的PID参数，优化系统的动态性能；利用RENISHAW激光干涉仪测定电机的定位误差并编写误差补偿程序，实施误差的在线补偿。
通过对电机的调试和检测，电机的性能达到各项设计要求。
关键词：力矩电机，PMAC, RENISHAW激光干涉仪Design of Torque Motor Control System andPerformance TestABSTRACTThe performance of the rotative feed servo is more and more important with the development of modern advanced numerical control machine ,in various NC rotary tables, the traditional drive mode is very difficult to implement high precise processing. The text taking kollmorgen direct drive NC rotary table, in this drive mode, all mechanical transmission elements are eliminated, and it has quick response ,high dynamic stiffness and position precision.According to requirement of zero mechanical transmission experimental table, this text taking “NC+PC” openning architecture, IPC was used as its supervisory to process weak real-time tasks in CNC, and PMAC motion control card was used as the control of CNC to process strong real-time tasks. stage．The whole system PID parameters had been adjusted on—line using the PID executive program provided by PMAC，optimized the dynamic performance of the system. The setting accuracy and the resetting accuracy of the Torque Motor had been determined by RENISHAW laser interferometer. system，and then the setting error compensation on-line had been realized by compiling the error compensation program．Through the debug and detection of the motor, the performance index of it has fulfilled the designing requirement.Key words: Torque Motor, PMAC, RENISHAW laser interferometer目录第1章.绪论 (1)1.1. 课题研究的目的及意义 (1)1.2. 力矩电机的研究状况及发展趋势 (2)1.3. 国内外超精密数控系统中应用PMAC概况 (4)1.4. 开放式数控系统 (6)1.5. 论文的主要内容与任务 (7)第2章.伺服驱动单元 (9)2.1. 力矩电机 (9)2.1.1. 力矩电机的主要特点及应用 (9)2.1.2. KOLLMORGEN力矩电机D063M (10)2.2. 伺服驱动器 (11)2.2.1. 驱动器的主要端口 (12)2.2.2. 编码器的引脚及意义 (13)2.2.3. 正弦编码器的反馈 (15)2.3. 本章总结 (15)第3章.PMAC运动控制卡 (16)3.1. PMAC运动控制卡的概述 (16)3.2. PMAC运动控制卡的功能简介 (16)3.3. PMAC运动控制卡的开放性 (18)3.4. PMAC运动控制卡的应用 (19)3.5. 本章总结 (19)第4章.控制系统设计 (20)4.1. 控制系统的组成与分类 (20)4.1.1. 运动控制系统的组成 (20)4.1.2. 运动控制系统的分类 (21)4.2. 运动控制系统的电路设计 (22)4.2.1. 系统连线 (24)4.2.2. 系统的电气控制 (29)4.3. 运动控制系统的调试 (29)4.3.1. I变量的设置 (29)4.3.2. 驱动器参数的设置 (32)4.3.3. 电机PID参数的设定及调节 (33)4.4. 系统安全 (37)4.4.1. 硬件超程限位开关 (38)4.4.2. 软件超程限位 (38)4.4.3. 跟随误差限制 (38)4.4.4. 屏蔽技术 (38)4.4.5. 光电隔离 (39)4.5. 本章总结 (39)第5章.系统精度检测实验 (40)5.1. RENISHAW激光干涉仪的测量原理 (40)5.2. 精度测量结果分析 (41)5.2.1. 基于PMAC的误差补偿功能 (41)5.2.2. 测量结果分析 (42)5.3. 本章小结 (44)第6章.结论及展望 (45)6.1. 结论 (45)6.2. 展望 (45)参考文献 (47)致谢 (50)第1章.绪论1.1.课题研究的目的及意义目前多轴联动数控机床的发展水平已经成为衡量一个国家制造装备业水平的重要标志，国外发达国家已把数控转台直接驱动多轴联动数控机床作为新一代产品的主流发展方向之一，并正在积极研制和开发。
新型矿用电机车司控器的研制与应用.docx
新型矿用电机车司控器的研制与应用一、提出问题防爆特殊型蓄电池式电机车适用于有瓦斯矿井的主要回风巷道和采区进、回风巷道，用于集结车辆、运输煤、矸石、材料、设备、人员之用。
做为频繁使用的井下运输工具，其机车头装置中有一个主要部件—司控器（如图 1 所示），作用是控制电机车的启动、换向、调速和停止，运行中操作十分频繁。
目前机车司控器多采用晶闸管（SCR）斩波调速，这种调速方式可做到平稳起动、无级调速、损耗小、效率高，但其不足之处是：晶闸管一旦被触发，其关断必须依赖换流电容和电感振荡产生的反压来实现，增加了装置的成本和换流损耗，电源电压下降时还会导致换流失败，使系统的可靠性降低，如果运行中有出现换流失败，即出现“失控”现象时，会给生产和人身安全带来威胁。
SCR斩波器的工作频率低（150HZ〜300HZ左右），电机上的力矩脉动和电流脉动比较严重，所以滤波器件体积较大，SCR 的开关时间受元件本身和换流电路参数的限制，一般导通率不能过低，否则在轻载时电流将出现断续，使电机附加损耗增大。
同时由于这种司控器无保护功能，因而故障率非常高，而且查找起来十分麻烦，给煤矿安全生产带来了不利影响。
由于老式司控器设计存在各种问题，给煤矿安全生产带来不利影响，要消除这种事故隐患，就必须设计出一种新型的电机车司控器予以替代，经过半年的研制，卧龙湖矿终于开发出新一代电机车IPM 司控器，该司控器采用了新型控制器件，完全摒弃了老式司控器的操作及控制方式，结构更加简单，并且增加了各种保护功能，使电机车的操作更加安全可靠。
图（1）二、设计原理及解决方案1、整机电路原理分析如图（2）所示，设计制作完成的电路板用于司控器的各种控制，通过开关电源模块将机车蓄电池电压转换成正负15V电压为传感器供电，5V电压为液晶屏和单片机供电，输入端接有光耦及指示电路，用于隔离外界干扰，输出端接有中间继电器，用于对各类负载（灯、喇叭等）进行控制，保险管用于负荷的短路保护，整个电路设计简洁，稳定可靠，故障率极低。
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基 于 力矩 模 式 的矿 山牵 引 电机 车 控 制 系统 的研 究 与 实 现
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０ 引 言
矿 山牵 引电力 机 车 是 矿 山 重要 运 载 设 备 ， 逐
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中 图分 类 号 ： Ｍ ３ １２ 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６４ （ ０ １ ０ － ２ －４ Ｔ ０ ． Ａ １７ － ０ ２ １ ） ７０ ２０ ５ ０
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电系统 的安 全有 重要 意义 。
量 较差 。机 车运 行 轨 道 多数 依 地 形 而铺 设 ， 车 机
运行 颠簸 常使 受 电电 弓掉 电而 中断 供 电 。应 用 中
要求 机 车 控制 系统 能适 应 频 繁起 动 、 动 、 速 、 制 加
１ 电机 控 制模 型 ＿ ２ Ｊ
渐 由交 流 电机 驱动 取代 直流驱 动 。牵 引系统 供 电
电源大 多处在 负荷 的末 端 ， 电压波 动较 大 ， 电能质
来 严重 考验 。在 满足 电力机 车供 电及 控制要 求 的 前 提下 ， 研究 采用 力矩模 式 ， 实现 矿 山牵引 电力机 车 的控 制 ， 在一定 程度 上抑 制 电压 泵 升 ， 对矿 山供
２０７ ０ ０ 电 气与 电子 工程 学院 ， ． 上海
摘
要 ：为克服矿山牵引电机车运行方式切换 机车运行平稳性差 等缺 点 ， 研究转子磁链定 向矢量控 制系
统， 采用力矩模 式控制策略 ， 有效克服 了采用传统控制方式下减速 、 制动 过程 中引起 的电压泵升对直流母线带 来 的威胁 。控制系统输 出力矩直接可控 ， 操作方便 、 结构简单 。试验 验证 系统 运行平稳 、 可靠 ， 足矿 山牵 引 满 电机车控制 的需要 。 关键词 ：牵引电机 车 ； 坐标变换 ；矢量控 制；力矩控制
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