基于步进电机闭环驱动的排缆机构控制的研究

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1、摘要摘要本课题根据工程实际需要，针对一种卷扬机排缆机构进行设计。系统以步进电机为执行单元，利用微控制器的智能化控制功能，通过传感器对卷扬机工况的实时传递，对排缆机构形成闭环控制，实现了收线与排线的同步。论文对步进电机的细分驱动技术，开环控制策略以及闭环控制策略的研究发展进行了分析与讨论。驱动控制采用开环运行时，由于没有反馈环节，输入能量和输出能量很难完全平衡，在电机运行时，往往出现振荡、失步和高频运行时输出力矩较小等问题。在此方式下直接驱动排缆丝桥，运行噪声大，控制精度低，从而影响排缆的精确度。在开环系统中加入位置和速度反馈环节，

2、调节系统的状态参量，构成一个自同步闭环控制系统。由于在闭环控制中，电机的驱动通过对反馈来的位置信息来决定电机绕组通电状态，所以在运行过程中，使系统的稳定性增强；响应速度加快；高频运行区域展宽。卷扬机排缆机构由干簧管阵列位移传感器、信号采集电路、微处理器单元，步进电机及其驱动器，旋转编码盘，排缆钢叉和排缆丝桥等部分组成。通过微处理器ST89C54RD+，对混合式二相步进电机进行闭环控制。应用大功率的电机驱动专用芯片设计了细分驱动系统，实现电机的恒流控制、正反转、过流保护以及多档位细分等功能。以基于干簧管阵列的位置检测传感器为反馈单元

3、，设计步进电机的闭环控制。建立了步进电机数学模型，针对步进电机高度非线性的特点，设计了应用于步进电机闭环控制的参数模糊自整定PID控制器。通过Simulink仿真，分别分析了PID控制、模糊PID控制在步进电机跟踪给定位置时系统的响应情况。针对卷扬机所工作的场合恶劣的环境条件，在控制器的设计中充分考虑了防灰尘，抗腐蚀性气体的措施，特别是抵抗现场各种噪声和电磁干扰的措施。从系统的电磁兼容性设计出发，．在干扰源的抑制，电磁干扰耦合途径的切断方法，提高敏感器件的抗干扰性能等多方面提高控制器的电磁兼容性的能力。关键词排缆机构，细分驱动，位

4、移传感器，模糊自整定PID控制，电磁兼容硕士学位论文ABSTRACrABSTRACTFortheneedofproject，thepaperdesignanself-aligningdeviceofwendlass．Thesystemtakesteppermotorforexecutionunit，useintelligentizecontrolfunctionofcontroller，andreal-timetransferworkconditionofwendlass，tomakeaclose—cyclecontrolofse

5、lf-aligningdevice，andachievethepurposeofsynchronizeoftakeupandwindingdisplacement．ThePaperanalyzeanddisgussSubdividedrivetechnic，open—loopcontrolandclosed-loopcontr01．Whenadoptopen-loop，becauseoflackoffeedbackinputenergeandoutputenergecan’tstrikeabalance．Inthetimeofwo

6、rkofmotor，thesystemalwayshavesomemattersuchassurge，losestepandtheoutputtorqueissmall．AndthesystemCan’tfindagoodprosessofraisingspeed，SOitsresponsecharacteristicispoor，andhaveapoorabilityofresistthewaveoflaod．Todriveleadingscrewinopen—loopwillmadealoudyawp，．andhavealow

7、controlprecision，consequentlymadeself-aligningdevicehavealowprecision．Insertfeedbacktacheofplaceandvelocityintheopen-loopsystemcana由ustparameterofstateandcreataself-in-phaseclose—loopsystem．becauseofthedriveofmotorcanmakedecisionofwindingcurrentestatebyinformationofpl

8、acethatgetbyfeedback，SOthesystemhaveacharacteristicofhighstabilityandresponsespeedandwideareaofhighfrequency．Theself-alignin