項目組長組員皮帶傳輸機的伺服控制系統工程實踐搜集整理

1/30皮帶傳輸機的伺服控制系統2023/2/5目錄1234系統總體概述系統指標的詳細描述風險評估標準要求及文檔搜集整理2/30皮帶傳輸機的伺服控制系統2023/2/52023/2/5皮帶傳輸機的伺服控制系統3/30目錄

成本分析5678開發已有的經驗和知識常用術語參考文獻1系統總體概述123系統開發的目的意義系統總體描述項目開發計劃搜集整理皮帶傳輸機的伺服控制系統4/302023/2/51.1系統開發的目的意義

皮帶傳輸機是一種連續、快速、高效的物料傳輸設備，廣泛應用于煤炭、電力、建材、化工、機械、輕工業等行業的物料傳輸系統。一般皮帶傳輸機的電氣控制系統采用硬接線方式的繼電器控制系統，設備故障率高、可靠性低、體積大、維修和改造不方便，這種傳統的控制系統由于存在許多缺陷而逐步被淘汰。隨著科學技術的不斷發展，伺服控制技術不斷成熟，它被更多的應用到智能控制、自動控制等領域，成為現代裝備、自動化設備不可缺少的一項重要技術。伺服電機不但能夠實現準確的速度控制，而且能夠實現精準的角度（位置）控制，具有較強的動態性能。為了滿足人們對各個領域基礎制造的高要求，生產企業就需要采用先進的生產和建造控制系統。所以本次工程實踐將以皮帶傳輸機為背景，制作一套通用的伺服控制系統。基于DSP的全數字交流永磁同步電機伺服控制系統，容易實現高性能控制策略和先進的控制算法，且易實現控制策略和控制指標的改變，所以已逐漸成為交流伺服控制系統的發展趨勢。本次工程實踐通過對基于DSP的伺服電機控制系統進行設計、仿真和實驗，來完成系統所要達到的功能要求。皮帶傳輸機的伺服控制系統5/302023/2/51.2系統總體描述

本系統是一個基于DSP的皮帶傳輸伺服控制系統，可以實現不同載荷時的精準速度控制和位置控制，并可以通過優化PID參數來提高載荷突變時系統的穩定性，縮短系統響應時間。考慮到實驗室所提供的設備，本裝置定位于輕型皮帶傳輸控制，可用于電子、機械、包裝等行業的小型物料傳輸系統。本系統結構上主要由觸摸屏、伺服驅動器和伺服電機組成。觸摸屏用于系統運行狀態的顯示和控制命令的下發，伺服驅動器根據觸摸屏的控制命令產生相應的電機控制信號，伺服電機根據伺服驅動器的控制信號做出對應的動作來達到相應的控制要求。控制上采用電流環、速度環和位置環的三閉環結構產生系統所需要的控制信號，控制策略利用傳統的PI控制，驅動信號由空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）方式生成。同時，伺服驅動器的DSP控制模塊還會監控整個系統的運行狀態，當系統產生過流、欠壓過壓、過熱等故障時，DSP會立即封鎖PWM信號，使電機處于制動狀態，從而實現保護功能。皮帶傳輸機的伺服控制系統6/302023/2/51.3項目開發計劃皮帶傳輸機的伺服控制系統7/302023/2/52系統指標的詳細描述123系統組成性能、指標要求搜集整理伺服驅動器內部主電路及其控制回路皮帶傳輸機的伺服控制系統8/302023/2/52.1系統組成

系統包括觸摸屏，485通訊，伺服驅動器，單相交流永磁同步電機，編碼器。實際運行過程中，可以直接在觸摸屏上選擇“勻速傳送”并設定速度；或選擇“定位傳送”并設定位置。

伺服驅動器：SD600-S2-R20

交流永磁同步電機：SME06-2TR20-U2NH

觸摸屏：VI10-043S

光電編碼器：ENCB-L05-PHL皮帶傳輸機的伺服控制系統9/302023/2/52.2性能、指標要求本系統性能指標主要包括位置精度、速度控制范圍、速度超調量。位置精度：（1圈）速度超調量：≤20%速度控制范圍：1：5000（即最大3000rpm，最小0.6rpm）編碼器線數：10000p/r皮帶傳輸機的伺服控制系統10/302023/2/52023/2/5皮帶傳輸機的伺服控制系統11斷電保護：電動機在無勵磁或突然斷電時，失電制動器工作，保持電動機軸不會旋轉，避免造成設備或人身傷害，在電動機正常工作時，失電制動器通電保持自由狀態。過載保護：當伺服電機和伺服驅動器過載時可對其進行保護。2.3伺服驅動器內部主電路及其控制回路驅動器主電路及控制回路

主電路包括單相無控整流，啟動電阻，濾波電感，單相PWM逆變器。

輸入220V/50Hz皮帶傳輸機的伺服控制系統12/302023/2/5

速度控制回路包括速度控制器，電流控制器，編碼器，編碼信號調理器，PWM調理器及IGBT驅動。

速度參考值由觸摸屏手動輸入得到，電流控制器的反饋來自逆變器輸出電流，編碼信號調理器接收光電編碼器檢測到的電機轉角并計算得到電機轉速信號。

速度控制器用P控制，電流控制器用PI控制。皮帶傳輸機的伺服控制系統13/302023/2/5

位置控制回路為三閉環形式，相對速度控制增加了位置控制器。位置控制器的參考值由觸摸屏手動輸入得來。光電編碼器檢測到的電機轉角信號經編碼信號調理器調制成標準形式再反饋到位置控制器。

位置控制器和速度控制器用P控制，電流控制器用PI控制。皮帶傳輸機的伺服控制系統14/302023/2/53風險評估

由于相關問題所造成的損失不容易估計，所以沒有對具體問題可能造成的損失進行量化估計。1.時間的超預算分析

成員對伺服系統及其控制不夠了解，開發過程耗費大量時間時間導致任務超期，不能及時完成。2.硬件成本的超預算分析

調試過程中的磨損、老化甚至部分器件燒毀，會帶來額外的損失，增

加硬件成本。皮帶傳輸機的伺服控制系統15/302023/2/5風險評估33.產品知識產權的保密性分析

使用DSP編程可能會導致程序被盜，從而降低產品的市場競爭力。解決辦法：自主開發硬件電路，使用FPGA存放程序的關鍵部分。4.投入市場過程中的風險分析

曾強系統的“通用性”，使其各個方

面的控制指標都有調整和伸縮的可能，以

便應用于別的領域，比如：食品生產線、

文字圖形打印等。這樣也降低了系統在皮

帶傳送領域如果競爭力不足所帶來的風險。皮帶傳輸機的伺服控制系統16/302023/2/5

標準要求及文檔（安規，文檔，開發環境，品質數據）44.1安全規范（1）GB/T2423.(1.2.3)-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗A:低溫B:高溫,C:恒定濕熱試驗；（9）GB14711-93中小型旋轉電機安全通用要求。（7）GBT7345-2008控制電機基本技術要求；元器件的焊接和電路板的測試（6）GB/T12325-2008電能質量；（2）GB/T17626.14-2005電磁兼容試驗和測量技術電壓波動抗擾度試驗;（4）GB16179-1996安全標志使用導則；（5）GB4208-2008外殼防護等級（IP代碼）；（3）IEC60990-1999接觸電流和保護導體電流的測量方法；（8）GBT7344-1997交流伺服電動機通用技術條件；皮帶傳輸機的伺服控制系統17/302023/2/5

標準要求及文檔（安規，文檔，開發環境，品質數據）44.2安裝環境要求(1)有通風口或換氣裝置的室內場所；(2)環境溫度10℃~40℃；(3)盡量避免高溫多濕場所；(4)避免陽光直曬；(5)遠離易燃、易爆和腐蝕性氣體、液體；(6)無灰塵、飄浮性的纖維及金屬微粒；(7)安裝平面堅固、無振動；(8)遠離電磁干擾源。皮帶傳輸機的伺服控制系統18/302023/2/5

標準要求及文檔（安規，文檔，開發環境，品質數據）44.3開發環境整仿真軟件：Matlab/Simulink程序調試軟件：CCS6.0（CodeComposerStudio）本項目采用兩電平通用實驗平臺來產生控制電機所需的電壓，電流等信號，系統仿真在Matlab/Simulink軟件里面進行模擬，對方案的可行性進行驗證，以達到指定的實驗效果。皮帶傳輸機的伺服控制系統19/302023/2/5

標準要求及文檔（安規，文檔，開發環境，品質數據）44.4品質數據（1）伺服驅動器和電動機的電路保護；過電流保護；電壓保護：過電壓、欠電壓保護，失壓保護；過載保護：電機過熱保護，反時限保護；其他保護：反接保護、制動電阻過熱保護；（2）抗干擾能力以及實驗中對測試設備、線路的干擾皮帶傳輸機的伺服控制系統20/302023/2/5

成本分析5皮帶傳輸機的伺服控制系統20/302023/2/56開發已有的經驗和知識知識123123軟件部分控制部分硬件部分搜集整理皮帶傳輸機的伺服控制系統22/302023/2/5

軟件部分6.1對主電路和驅動電路進行仿真可利用CCS進行編程和調試會用AD設計并畫出PCB板可進行人機界面的設計皮帶傳輸機的伺服控制系統23/302023/2/5

控制部分6.2PIDSVPWM控制皮帶傳送的速度和位置將逆變系統和電機看作一個整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實時控制皮帶傳輸機的伺服控制系統24/302023/2/5

空間矢量PWM(SVPWM)以兩電平換流器為例：開關管不同的狀態組合會在交流側產生不同的交流電壓，兩電平換流器共有種開關狀態。六個非零矢量把平面空間劃分為六個的扇形區出現階梯是因為c點和N點間有三次諧波相電壓有三次諧波，線電壓無三次諧波。皮帶傳輸機的伺服控制系統25/302023/2/5

空間矢量PWM(SVPWM)每60°劃分為一個區域每個區域中的矢量用相鄰的兩個邊矢量來合成矢量作用的時間皮帶傳輸機的伺服控制系統26/302023/2/5

SVPWM與SPWM的比較●SPWM較SVPWM簡易；●SPWM輸出相電壓和線電壓均為正弦波，而SVPWM輸出線電壓為正弦、相電壓含有豐富的三次諧波。●在一個基波周期內，SVPWM有120°不導通區，開關損耗小。●SVPWM的直流電壓利用率為1，比SPWM的0.866高出15％。控制電機一般采用SVPWMSPWM（開關損耗大）SVPWM（開關損耗小）皮帶傳輸機的伺服控制系統27/302023/2/5

硬件部分6.3選擇主電路元件的參數和相應的型號搭建硬件平臺元器件的焊接和電路板的測試皮帶傳輸機的伺服控制系統28/302023/2/5

常用術語7整流器（rectifier）逆變器（inverter）伺服系統(servomechanism)伺服驅動器(servodrives)永磁同步電機（PMSM）觸摸屏(touchscreen)矢量控制（vector

control，VC）SVPWM空間矢量脈寬調制PID控制皮帶傳輸機的伺服控制系統29/302023/2/52023/2/58參考文獻[1]SD600系列交流伺服系統使用手冊V1.2.偉創電氣.[2]VI10觸摸屏使用手冊.偉創電氣.[3]羅華.基于DSP28335的交流伺服系統設計與實現[D].武漢：武漢理工大學.2