2024-07-01
电动机电器控制毕业论文
发布时间：2024-07-03 16:22:54
电动机电器控制毕业论文
基于PLC的三相步进电动机控制系统字数:8923,页数:29 论文编号:ZD096 [摘要] 本文阐述了三菱公司生产的具有高性能价格比的微型可编程控制器三菱FX2N系列PLC，设计实现三相步进电动机正反转、加速、减速以及步数的控制系统。该系统充分利用了培训中讲述的可编程控制器（PLC）的多方面设计知识和方法，使得该系统可靠稳定，使其应用范围得到扩展。[关键词] 可编程控制器 PLC 三相步进电机系统[abstract] This article elaborated the Mitsubishi Corporation produces has the high performance price compared to miniature programmable controller Mitsubishi FX2N series PLC, the design realizes three-phase step-by-steps the electric motor to reverse, the acceleration, the deceleration as well as the step control system. This system has used the programmable controller which fully in training narrated (PLC) various design knowledge and the method, cause this system reliably stable, enables its application scope to obtain the expansion. [key word] programmable controller PLC three-phase step-by-steps the electrical machinery system 目 录摘要 1第一章 PLC 简介 PLC的发展历程 5第二章 三相步进电动机的基础知识 选题背景 三相步进电机简介 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的正反转控制 三相异步电机的调速 18第三章 三相步进电机的控制 控制要求 怎样实现控制要求 PLC硬件的实现 I/O的分配 I/O的外部接线 20 PLC软件的实现 20第四章 系统整体调试 硬件安装 软件调试 27第五章 结束语 28第六章 参考文献 29以上回答来自:
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电气控制与保护内容摘要：近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是乡镇企业及家用电器的迅速，更需要大量的中小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护。关键词：技术现状 工作原理 运行维护一、电动机技术发展及现状电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。它应用广泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。一批"巨无霸"电机、一批"光怪陆奇"电机将同时展现在世人眼前。二、电动机工作原理目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。下图所示为一 台三相笼型异步电动机的示意图。在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。由旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个磁场的转速n1称为同步转速，它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：n1=60 f1/p转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中U、V、W相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由"右手发电机定则"确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力F，其方向由"左手电动机定则"确定。电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原理是：（1） 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。（2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；（3） 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。三：电动机的运行维护（一） 电动机启动前的准备为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：（1） 检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。（2） 启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。（3） 熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。（4） 电动机接线板上接头有无松动或氧化。（5） 检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。（6） 传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。（7） 检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。（8） 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。（9） 检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。（10） 对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。（二） 启动时应注意的问题（1） 接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。（2） 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。（3） 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。（4） 同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。（5） 启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。（三） 电动机运行中的监视电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。1． 监视电动机的温度电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断电动机是否过热，可以用以下方法：（1） 凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。（2） 在电动机外壳上滴2~3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明电动机已经过热。（3） 判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。2． 监视电动机的电流一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。3． 监视电动机的电压电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。4． 注意电动机的振动、响声和气味电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。5． 注意传动装置的检查电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。6． 注意轴承的工作情况电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。7． 注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。（四） 电动机的定期检查和保养为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：（1） 及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。（2） 经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。（3） 定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。（4） 定期用煤油清洗轴承并更换新油（一般半年更换一次），换油时不应上满，一般占油腔的1/2~1/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。（5） 定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。（6） 绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。（7） 除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。四：结论电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源，保护环境出发，高效率电动机是目前国际发展的趋势。这样看来，推广中国的高效率电动机是非常有必要的。但是在日常使用过程中如何去维护好，其影响可见一斑。本文着重从电动机的技术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析，希望能给正在或即将从事电动机工作的人士一些帮助。五：参考文献1：张运波 刘淑荣 [工厂电气控制技术] 高等教育出版社 20042：许晓峰 [电机及拖动] 高等教育出版社 20043：李洋 孙晋 范翠香 [电动机使用与维修] 人民邮电出版社
电动机电气控制毕业论文
摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化[2]。
·风力发电电能变换装置的研究 ·电流继电器设计 ·基于DSP的电力谐波测量装置的研究 ·电力现场图像监测系统设计 ·电力现场监测系统的设计 ·电力电子CAI课件的研制 ·电加热炉PLC温度自适应控制系统的研究 ·电加热反应釜生产过程控制 ·电机自动试验系统设计 ·电机起动方法及其软起动的研究 ·基于虚拟仪器的电机变频实验系统 ·电动汽车驱动电机及控制系统 ·电动机智能软起动控制系统的研究与设计(PLC) ·低压断路器智能式脱扣器设计 ·低压断路器操动机构的设计及优化 ·低压动态无功补偿装置的设计 ·低压变压器及其继电保护设计 ·倒立摆系统控制研究 ·倒立摆控制系统开发
发电机控制器毕业论文
小型风光互补路灯控制器设计论文编号:JD570 包括原理图,论文字数:23372,页数:报告了风光互补发电技术中风能、太阳能的利用现状；（2）介绍了蓄电池的充
我觉得最好的办法就是去找本（电气工程）这样的期刊~看下里面别人的论文题目都是什么~然后根据他们的论题找下灵感~肯定是可以的~加油
写过好多次了。需要的话Q我
大型风力发电机组并网运行的探讨 1 风力发电机的并网 风力发电机组是将风能转换成电能的装置，系统包括发电机、增速箱、刹车、偏航、控制等几大系统。直接与电网相连接的是异步发电机。下面以甘肃玉门风力发电场的金风S43/600风机为例说明并网问题。 异步发电机结构简单，其发电的首要条件是要吸收无功来建立磁场，如果没有无功来源，也就是说没有电网，异步发电机是没有能力发电的。 风机从系统吸收无功，必然会造成系统的电压降低和线损的增加，所以每台风力发电机都设有无功补偿装置，最大无功补偿容量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数设计的，一般为>0. 98。 但由于风力发电机的无功功率需求随有功变化，如图1所示，因此，风机每个瞬时的无功需求量也都不同，该风机补偿分为4组固定的容量(600kW风机： 、50 、25 、 - A)，在每个补偿段内，不足部分无功从电网吸收。 单台风力发电机组自身有较全的保护系统，风机主电路出口处装有速断和过流保护，其定值分别为2倍的额定电流、Os动作和倍额定电流、12 s动作。风机还有灵敏的微机保护功能，设有三相电流不平衡，缺相，高压、低压，高周、低周，功率限制等项保护。因此当风电场内或电力系统发生故障时，风机的保护动作非常迅速，保证电网和风电场的安全。 由于异步电机在启动时冲击电流较大，最大可以达到额定电流的5～7倍，对电网会造成冲击。为解决以上问题，现在设计的风力发电机有性能优越的软并网控制电路。目前软并网的控制方式有两种：电压斜坡方式和限流方式。软并网过程可以做得很平稳，整个软启动的过程可以在十几个周波到几十个周波内完成，最高峰值电流可以限定在额定电流之内。图2是记录的S43/600风机并网时的电流实际波形，采样电流幅值衰减20倍。风机的软启动电流限制在500 A内（小于额定电流），启动过程约40个周波。 另外，目前风电场占系统的容量很小，而且风电场的容量利用系数较低，因此风电负荷的变化不会对系统的周波造成较大的影响。2风电场并网中应注意的几个技术问题 继电保护 在设置保护和确定保护定值时应考虑以下因素。 目前一般风机出口电压是低压系统，从35 kV侧的等值电路来看，风机及相应的低压电缆相当于一个很大的限流电抗，短路电流无法送出。 风力发电机为异步发电机，当系统短路时，风机出口电压大幅度下降，没有了励磁磁场，则风机无法发电。风机自身具有全面的微机保护。 由于以上特点，在考虑电网继电保护和风电场的继电保护方案时，只需设置速断和过流保护，定值考虑躲过风电场最大负荷电流即可。 电网电压的调整 有些风电场处于电网末端，电压较低，在进行风电场设计时有一项很重要的工作就是变压器电压分接头设计。既要保证风机的出口电压，又要确保线路上其他用户的要求。 在设计时要认真调查不同季节、不同时间（白天与晚上的负荷）距离风电场最近的线路末端节点电压的变化值，并根据该电压值来设计电压分接头，风力发电机作为电源，其电压允许的偏差值为额定电压的+10%至-5%，如果电压低于额定值，则输送同样功率时电流值就会增加，从而引起线路损耗的增加。另一方面，低电压还会引起软启动电流值的增加。在风电场接入电网调试期间，应反复测量变电站低压侧电压，合理选择分接开关位置，以确保风机出口电压在规定的范围之内。 风电场的无功补偿 风电的无功需求特点如下：在停风状态下也保持与电网的联接并从系统吸收无功。 风机的无功需求量随着有功变化而变化，一部分通过自身的无功补偿装置补偿。但在无功补偿的4组固定的容量之间，仍需从电网吸收部分无功。 风电场的无功造成的影响如下：①风电场的无功变化在满发时会抬高风机出口电压，在并网时会在瞬间较大幅度降低出口电压。②对线路及变压器损耗的影响。由于风电场设备长期并网，无论是否发电，变压器都要向系统吸收一定的无功，其数量大约是变压器容量的1%—。此外，随着风机有功出力的变化，无功需求也在变化，当风机本身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时，就需从电网吸收无功，这些无功在流经线路时也会引起线路损耗。风电场中的风机是分散排布的，其间隔距离较大，因此从系统吸收无功所经的线路较长，又会增加一定的线路或变压器损耗。 综上所述，风电场的无功补偿是一项有经济效益的工作，除了风机内的补偿外，在每台箱式变压器低压侧根据变压器的空载电流大小增加一组补偿电容器并长期投入，容量按照变压器空载无功功率选取： 以红松风力发电场用的1 600/10. 5/0. 69箱式变压器为例，空载电流为0. 6%，空载损耗 kW，视在额定功率1 600 kV．A，变压器空载无功约为9. 37 kV -A。 另在35 kV升压站内增加无功补偿装置，以弥补由于出力变化引起的无功变化，从而起到降低线路损耗的作用。3结论 大型风力发电机组在并网时选择合适的继电保护装置、合理地调整电网电压、配备足够的无功补偿装置，就能顺利并网。理论和实践都已证明风力发电的并网过程比较简单，不会对电网产生影响。 本文选自591论文网591LW：专业 代写毕业论文 -致力于代写毕业论文,代写硕士论文,代写论文,代写mba论文,论文代写
毕业论文电动机智能监控器
具体什么要求啊，我这有一些机电方面的设计资料，看看能忙上你什么忙不
车辆自动变速器及其控制技术和自动巡航控制技术都是智能汽车非常重要的内容,是目前我国智能汽车发展急需解决的核心技术之一。论文选择在我国很有发展前景的集自动巡航控制和电控机械式自动变速器于一体的复合控制系统作为研究对象,针对系统研制开发中的一些关键技术难题进行了研究。论文主要由六部分内容组成:(1)概括介绍了智能汽车及其先进的控制系统的主要内容、现状和发展方向;介绍了目前智能汽车自动变速器的主要类型、发展过程和特点;阐述了AMT国内外的研究现状和发展趋势及我国AMT目前需要解决的技术问题;介绍了自动巡航控制技术及其目前应用现状;阐述了论文研究方向提出的背景、课题的来源和论文的主要研究内容以及研究的意义。(2)阐述了作者参与研制开发的AMT控制系统具有的基本功能和设计要求;介绍了该系统的结构、主要组成部分和基本工作原理,并针对AMT系统设计中的几个关键内容:电子控制单元ECU设计;液压动力源设计;离合器、选换挡及节气门控制单元的设计;AMT控制系统的抗干扰设计;AMT控制系统的故障诊断和容错控制设计,详细阐述了作者的设计思想和研究成果,独立自主地设计和研制出了与桑塔纳2000型轿车适配的、具有自主知识产权的、便于国产化的AMT硬件系统。目前整个硬件系统已运行四年多时间、汽车在各种路况下已行驶10万多公里,试验证明所设计的硬件系统不仅满足了整个控制系统的要求,而且具有较高的可靠性和性能价格比。(3)阐述了模糊控制和仿人智能控制的基本思想和重要的理论基础知识;分析了他们的特点和适用范围;概括了模糊控制系统和仿人智能控制系统的设计内容和设计方法;并针对模糊控制的不足之处,将仿人智能控制技术与模糊控制相结合,提出了一种仿人智能模糊控制器,给出了该控制器的结构和控制算法。仿真分析和实际应用证明,仿人智能模糊控制器的设计不需要对象精确的数学模型,且实现比较简单,实时控制效果好。它具有响应速度快、超调小、鲁棒性强等优点,具有一定的应用价值。(4)针对作者研制的电液式节气门执行器的控制问题进行了研究。分析了被控对象的控制技术难点;介绍了电液式节气门执行器的控制系统结构,提出了基于多模态的仿人智能控制器,给出了控制器的结构和控制算法,以及在桑塔纳2000样车上获得的试验测试结果;为了进一步提高电液式节气门执行器位置控制系统的性能,又将作者提出的仿人智能模糊控制应用于该系统,给出了基于查表法的仿人智
基于DSP的图象处理系统设计摘要:文章提出一种基于丁工公司数字信号处理芯片TMS32OC6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该平台使用p日工L工ps公司的专用视频输入处理芯片SAA71llA和「工「O存储器及CpLD实现了高速连续的视频帧数据采集，满足了后继图像处理的需要。关键词:数字信号处理芯片(OSp);视频采集1引言数字信号处理(Digit滋51罗alproeessing)是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理的实现方法有多种，但专用的DSP芯片以其信号处理速度快、可重复性好、成本低、性能优越得到首肯。2系统功能概述本文提出一种基于TI公司数字信号处理芯片TMS320C6211的将模拟视频进行数字化处理的设计方案，其中视频解码模块完成复合视频信号的数字化。该系统具有接口方便、编程方便、精度高、稳定性好、集成方便的优点。本系统采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211作为系统的cPu。图像数据通过外部设备采集并输出模拟图像信号。这些信号经视频解码芯片转换为数字信号;再经FIFO输人DSP进行图像的增强、分割、特征提取和数据压缩等;系统的控制逻辑由CpLD(ComplexP。『amm曲Ie肠giCDeviee)控制器实现。系统结构如图l所示。3系统硬件设计视频解码芯片模拟视频信号中不仅包含图像信号，还包含行同步、行消隐、场同步、场消隐等信号。视频解码的目的就是将复合视频、YC分量等模拟视频信号进行AD转换以获取图像的数字信号，同时提取其中的同步和时钟信号。PhihPs公司的视频解码芯片SAA7111A，支持对NTSC和PAL制视频信号的自动转换，自动进行50/6OH:场频的检测，可对NTS(认PAL、sEcAM制式视频信号的亮度和色度进行处理。它拥有4路模拟输人、4路复合视频(cvBs)或2路YC或一路YC和2路CvBs输人。可设置CvBS或YC通道为静态增益控制或自动增益控制(AGC)。拥有2路亮度和色度梳状滤波器，可对亮度、对比度、光圈和饱和度进行控制。可支持以下输出格式:4:2:2(16位)、4:2:2(CCIR6ol8位)、4:1:l(12位)YUV格式或8:8:8(24位)、5:6:5(l6位)RGB格式。这种多格式的数据总线形式为设计者提供了灵活的选择空间。系统中采集的图像信号采用PhihPs公司的SAA71IA完成A用转换，如图2所示。SAA71]A允许四路模拟视频输入，具有两个模拟处理通道，支持四路CVBS模拟信号或二路Y/C模拟信号或二二路CVBS信一号和一路Y汉二信号。SAA7llA对摄像头输人的标准PAL格式的模拟图像信号进行A/D转换，然后输出符合CCIR601格式的4:2:2的16位YUv数据到FIFO。其中亮度信号Y为8位、色度信号C:和Cl)合为8位数据。存储器模块F’IF()采用IDT公司的IDT72VZ15LB芯片，FIFO的深度为512x18bit，支持STANDARD(标准)和Fw衅(FirstwordFall一Through，首字直接通过)两种工作模式。按照CCIR601格式，Yuv图像分辨率为720x576象素，当按行输出时，SAA7一IA输出数据流大小为:720x16=1440卜I因为DSP通过32位的SBSRAM接日与FlI;()通信，故YUV数据写人FIFO时需要在FIFO之间实现乒乓切换。这时一行720x16bit的数据在两片FIFO中存储变为360x32bit，两片FIF()行r以满足上述要求。FIFO的初始化及时序由CP[力实现，FIFO连接见图3。图像处理模块TMS320C6211是Tl公司发布的面l台]视拓!处理领域的新款高速数字处理芯片，适用于移动通信基站、图像监控、雷达系统等对速度要求高和高度智能化的应用领域。存储空间分两部分:运行过程的临时数据存在SDRAM中;系统程序则固化在FLASH存储器中。Flash存储器具有在线重写人功能。这对系统启动程序的修改和升级都带来了很大的方便。TMS320C6211DSP的高速性能主要体现在以下方面:①TMS320C62ll的存储空间最大可扩展到1CB，完全可以满足各种图像处理系统所需的内存空间，而且其最高时钟可达167Mllz，峰值性能可达1333MIPS(百万条指令/秒)。②并行处理结构。TMS32OC62ll芯片内有8个并行处理单元，分为相同的两组，并行结构大大提高芯片的性能。③芯片体系采用veloc，rrI结构。vel。八rJ’l是一种高性能的甚长指令字(VIJW)结构，单指令字字长为32hit，8个指令组成一个指令包，总宇长为256bit。即每秒钟可以执行8条指令。Velo‘、、『rl结构大大提高了DSP芯片的性能④采用流水线操作实现高速度、高效率。TMS32OC62川只有石-流水线充分发挥作用的情况下，才能达到最高的峰值性能。与其他系列DSP相比，优势在于简化了流水线的控制以消除流水线互锁，并增加流水线的深度来消除传统流水线的取指、数据访问和乘法操作上的瓶颈。本系统DSP主要完成从FIFO读出数据的处理以及压缩等。数据处理由自行编写的算法实现，数据压缩算法采用JpEG(JointphotoGraphieEx-pertGroup)标准。当摄像头采集速度为每秒25帧图像时，它留给DSP处理的时间最多为每帧40ms。如果考虑系统有一定的延时以及处理后图像的存储时间，那么DSP处理一幅图像时间不能超过30ms。按照C6211的处理速度，在30ms内可以处理4OM()条指令。DSP读出FIFO中的行数据并存人SDRAM，一帧图像有576行，在最后一行时会收到系统的帧中断，这时SDRAM中的图像数据总共有1440x576=sloKB。让C62一l用36M条指令周期的时间处理810KB的数据显然绰绰有余。粗略的计算过程如下:系统采用快速DCT(离散余弦变换)，每sx8矩阵需要11次乘法、29次加法，因此一帧图像的FDCT，共需要(11+29)x720x576xZ/64=518400个指令周期;对于量化模块，每8xs矩阵需要64个量化指令周期，一帧需要64x720x576xZ/64=829440个指令周期;对于编码部分，假设编码后非0元素占25%，对每8xs矩阵进行219一zag扫描、编码估计需要120个指令周期，则共需120x720x576xZ/64=1555200个指令周期。按以上计算，在系统中进行JPEC编码大约需要2903040个指令周期，耗时(TMS320C62lll作在15OMHz时)。可以看出，实际需要的指令远小于36M条，而时间也远小于3Oms，DSP完全可以实时处理从FI-FO传过来的数据。利用DSP芯片进行图像压缩如图4所示，图像数据通过FO接口送人数字信号处理板，由DSP芯片中的DMA控制器负责将数据放人输人缓冲区中，DSP对缓冲的图像数据进行压缩后，通过HPl接口将压缩数据送出。4总结图像采集系统的关键在于如何对大容量的信息进行暂存、压缩和传输等问题进行处理。本系统主要是解决这三个难题。在图像信息暂存方面充分利用DSP存储空间的可扩展性，保证系统可暂存的信息量足够大;信息压缩是DSP最擅长做的事情，可以在很短的时间内完成大量的信息压缩工作。该平台使用专用视频输人处理芯片SAA7lll和FIFO存储器及CPLD实现高速连续的视频帧采集，满足后继图像处理的需要。该平台既可以作为视频图像采集使用，也可以进行视频压缩、匹配等图像处理算法验证工作。参考文献【1ITexasInstruments，TMS32oC6000pe即he司5ReferenceGuide，.[2】PhiliPsSe二eonduetors，SAA7llADatasheet，.[3」TexasInstruments，TMS32OC6000CPUandInstrUetionSetRefereneeGuide，，TMS32OC6211Digtalsi即习ProeeSSorDataSheet，2003名-【51TexasInstrumentS，TMS320C6000TeehnicalBrie〔.[6llnte红atedDeviceTeehnolo留，Inc于IFOApPBook.飞9999.【7〕雄伟，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)【M」.北京:电子工业出版社，200住【8」李方慧等，TMS32OC600ODSps原理与应用(第二版)四1.北京:电子工业出版社，.[0]刘松强，数字信号处理系统及其应用[M〕.北京:清华大学出版社，19%.〔10]彭启徐，李玉柏.DSP技术四】.成都:电子科技大学出版社，1997.
钢丝帘布裁断机控制系统的设计有机/无机纳米复合薄膜电双稳特性影响因素的探讨新型含二苯并硅杂环戊二烯单元聚合物的合成及其光物理性能高精度测控系统中的实用电磁兼容设计技术研究面向加速度检测的MEMS微环谐振腔传感关键技术研究基于SU-8微透镜及其阵列制造方法GDI发动机的轨压控制研究单根碳纳米线圈上激光光力、光热转换及其应用研究环境搜索与路径规划算法的研究仿人机械手中医按摩手法的建模与柔顺控制三苯胺衍生物的合成及光学性能研究吲哚咔唑化合物的合成及研究分析新型光电自准直经纬仪关键技术研究掺杂和发光层退火对Ir(piq)_3电致磷光性能的影响基于双目视觉轮式机器人的目标检测与定位跟踪研究含氮杂环共轭化合物的合成及光学性能研究城市轨道交通运营设备设施安全评价体系研究电场与小尺度火焰相互作用的实验研究及模拟分析白色有机电致发光器件的制备及研究核/壳结构锌基化合物量子点的电致发光特性的研究ZnO量子点的合成及与MEH-PPV复合电致发光器件的研究武汉城市圈中高职衔接的教学模式研究新型高效红色磷光铱配合物发光特性的研究基于LabVIEW的带式输送机监测系统研究煤矿电机应急调速系统研究分析智能型生态厕所的绿色研究和开发研究
关于电机控制器的论文
基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制 隐极同步电动机转矩可控性与解偶性分析 基于BUCK变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法 基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计 感应电机的无速度传感器逆解耦控制 交_交变频多相同步电动机调速系统谐波转矩分析 一种新型两相感应电动机变频调速SPWM控制技术 一种利于开关磁阻电机降噪的新散热筋结构 基于瞬时无功功率理论对异步电机控制方法的改进 交流永磁同步电机伺服系统的变结构控制 直接平均转矩控制的磁链控制改进 TRT同步发电机无刷励磁系统的设计研究 笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等效电路 永磁式双凸极电机角度提前控制方式 带整流负载同步发电机的Saber建模及仿真 无轴承异步电机的单DSP控制 基于模糊与自校正技术的超声电机伺服控制 基于RBF神经网络的开关磁阻电机单神经元PID控制 精密工作台直线电机推力波动补偿研究 双绕组交直流发电机参数的局部辨识 混合动力汽车中开关磁阻电动_发电机纯硬件控制器的研究 基于换相过程分析的无刷直流电动机机械特性的研究 基于模糊模型无位置传感器开关磁阻电机的位置检测 气隙对双凸极电励磁发电机特性的影响分析 基于Park矢量模信号小波分解的感应电机轴承故障诊断方法 基于等效电感方法的电磁式双凸极电机系统简化控制模型 异步电机矢量控制中扩展卡尔曼滤波器的优化研究 两相异步电机的动态特性仿真 三相绕组Y接法单相电容电动机瞬态过程仿真研究 一种基于占空比控制技术的异步电机直接转矩控制方案 基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究 无刷双馈电机基于同步角的矢量解耦控制 基于电压解耦原理的感应电机无速度传感器矢量控制 基于离散趋近律控制的直流电机速度控制系统 神经网络和模糊算法相结合的永磁同步电机的鲁棒控制 无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真 基于正交神经网络的无刷直流电机控制器设计 模糊自适应PI控制永磁同步电机交流伺服系统 三相异步电机的DSP矢量控制系统 新型横向磁通永磁电机研究 运用比较法浅析异步电动机运行状态 基于CMEXS_函数永磁同步电机控制系统仿真建模研究 复合笼条转子感应电动机不同转子材料特性对起动性能的影响 无刷直流电机PWM调制方式的优化研究 无位置传感器的方波驱动无刷直流电机控制系统 基于PIC单片机的二维步进电机控制系统 交流变频调速电机设计与应用 一种基于单片机的步进电机控制驱动器 直线电机系统的开发研究与应用 DSP在短行程直线电机精密位置控制中的应用研究 单片机在交流电动机软启动中的应用 数控直线电机进给定位误差补偿技术研究 异步电动机变频调速再启动方法的研究 多相异步电机谐波电流与谐波磁势的对应关系 新型无刷直流直线电机系统的总体设计 交流复励电动机的工作特性 无速度传感器异步电机按定子磁链定向的矢量控制系统 直流伺服电动机模糊控制器的设计与仿真 一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法 RTDS中同步电机模型特性研究 基于多模型自适应控制器的感应电机变频调速系统 基于矢量控制IM实时控制的dSPACE实现 基于专用集成芯片的无刷直流电机控制器 开关磁阻电机模糊PID控制系统研究 浅析直流变频电机用电磁线的开发 双处理器实现无位置传感器开关磁阻电机控制 无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制系统 基于编码器插值技术的光衰减器电机定位系统 无刷直流电机无位置传感器的检测方法 低压异步电机重绕修理中的绝缘结构问题 基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真 交流单相感应电动机非对称空间矢量变频调速的研究 应用PTC和ZnO实现同步发电机快速灭磁 阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响 复合型超声马达纵向振动建模 基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器 一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计 PLC在三相异步电动机控制中的应用 基于DSP的混合式步进电机直接转矩控制研究 无刷直流电机神经网络内模自适应控制器设计 磁场定向不准对感应电动机系统性能影响的分析 无刷直流电机广角波控制方法的研究 单个逆变器驱动两台并联感应电机的无速度传感器矢量控制方法 感应电动机交_交变频调速系统的双内模控制研究 基于神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制 开关型磁阻电动机固有频率解析计算 三自由度球形电机位置测量研究 双凸极永磁电机的控制模式 PLC对步进电动机改变转速控制的实验 MRAS异步电机无速度传感器矢量控制低速性能的改善 基于MRAS的异步电机转子时间常数实时辨识 基于DSP的无刷直流电机锁相稳速系统 基于DSP控制的小功率异步电机变频调速系统 基于耦合场的大型同步发电机定子温度场的数值计算 基于光电传感器编码的永磁球形步进电机运动控制 新型内嵌式SMA电机的非线性模型 液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析 集中绕组永磁无刷直流电机电枢反应及绕组电感的解析计算 永磁同步电动机直接转矩控制的弱磁运行分析 永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究 基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制
2006年第1期 (总第174期) 农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING No．1 2006 (Totally 174) 汽车线控转向系统综述 于蕾艳林逸李玉芳 (北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081) 摘要：线控转向(Steer—By—W ire)~．-种先进的转向技术。由于取消了方向盘和车轮的机械连接，可以任意设计传 动比，对转向轮进行主动控制，并对随车速变化的参数进行补偿，实现理想的转向特性，提高操纵稳定性。综述了国 内外线控转向的研究发展，介绍了线控转向的结构、关键技术、研究方法，并提出了线控转向的发展趋势。 关键词：线控转向；操纵稳定性 中圈分类号：U463．4 文献标识码：A 文章编号：1673—3142(2006)01—0032—06 Summarization of Automobile Steer——by．．W ire System Yu Leiyan Lin Yi Li Yufang (School of Mechanism and Vehicle Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China) Abstract：Steer-By-Wire is an advanced steering technology．As the mechanical connections between steering wheel and turning wheels are eliminated，the drive ratio can be designed according to needs，the turning wheels can be controlled actively compensating the parameters with vehicle speed variation，thus ideal steering characteristics is realized and handling stability is improved．Research development of home and abroad of Steer-by-Wire technology is summarized，structure，key technologies and study methods of Steer-by-Wire is introduced and developing trend of Steer-by-Wire is presented． Key Words：Steer-by-Wire(sBw)system；handling stability 1 前言 汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统 是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对 汽车性能影响很大。操纵性是汽车准确跟踪驾驶员 意图行驶；稳定性是要求危险工况(高速行驶，侧向 加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧 滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧 偏力不相等、侧向风引起的横摆)下汽车仍稳定行 驶。为提高操纵稳定性，出现了ESP(电子稳定程 序)、主动转向、4WS(4轮转向)等。ESP判断产生不 足转向或过度转向时相应在后轮、前轮产生制动力， 产生横摆力矩即纠偏力矩。四轮转向的后轮也参与 转向。低速时，后轮与前轮反向转向，减小转弯半径， 提高机动灵活性。高速时，后轮与前轮同向转向，提 高汽车的稳定性。其控制目标是质心侧偏角为零。 然而这些汽车转向系统却处于机械传动阶段，由于 其转向传动比固定，汽车的转向响应特性随车速而 收稿日期：2oo5—10—24 作者简介：于蕾艳(1980-)。女，北京理工大学车辆工程系博士，主要 从事汽车电子、线控转向方面的研究。 ·32· 变化。因此驾驶员就必须提前针对汽车转向特性的 幅值和相位变化进行一定的操作补偿，从而控制汽 车按其意愿行驶。 如果能够将驾驶员的转向操作与转向车轮之间 通过信号及控制器连接起来，驾驶员的转向操作仅 仅是向车辆输入自己的驾驶指令，由控制器根据驾 驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前 轮转角，从而实现转向系统的智能控制，必将对车辆 操纵稳定性带来很大的提高，降低驾驶员的操纵负 担，改善人一车闭环系统性能。因而线控转向系统 (Steering-By-Wire System，简称SBW)应运而生。 SBW 是X-By-Wire的一种。X—By—W 的全称是 “没有机械和液力后备系统的安全相关的容错系 统”。“x”表示任何与安全相关的操作，包括转向、制 动等等。“By—Wire”表示X—By—wire是一个电子系 统。在X—By—Wire系统中，所有元件的控制和通讯 都通过电子来实现。x—By—Wire系统是没有机械和 液力后备系统的，传统的机械和液力系统由于结构 的原因(间隙、运动惯量等)，从控制指令发出到指令 执行会有一定的延迟，这在极限情况下是不能允许 维普资讯 2006年1月于蕾艳等： 汽车线控转向系统综述 的。X—By—Wire系统用电来控制会大大地减小延迟， 为危险情况下的紧急处理赢得了宝贵的时间。 2 线控转向系统的发展概况 2O世纪5O年代，TRW 等转向系统开发商就做 了大胆的假设，将方向盘与转向车轮之间用控制信 号代替原有的机械连接。在2001年的第71届日内 瓦国际汽车展览会上，意大利的Bertone汽车设计 及开发公司展示了新型概念车“FILO”。“FILO”采用 了“drive—by—wire”系统，所有的驾驶动作都通过信 号传递的。它使用操纵杆进行转向操作，并采用了 最新的42V供电系统。 美国的德尔福公司继成功推出了EPS系统后， 又开发出了自己的前轮和四轮线控转向系统，并应 用于加州的自动高速公路系统(automated highway system，AHS)中。1997年德尔福公司与意大利菲亚 特公司签订了应用于小型车的线控转向系统研制 合同。到2000年上半年德尔福公司已经与欧美等 地的汽车生产厂家签订了关于开发线控转向系统 的合同。 在欧洲，以Daimler—Chrysler、Fiat、Ford Europe 和Volvo等汽车公司、Bosch等电子公司和 Chalmers、Vienna等大学联合发起了“Brite—EuRam ‘X_by—wire’计划”进行线控转向系统的实现以及安 全性和可靠性方面的研究。Daimler—Chrysler已经开 发出电子驱动概念车“R 129”。它取消了方向盘、加 速踏板和制动踏板，完全采用操纵杆控制，实现了 Drive—by—wire技术。此项技术被列为2000年汽车 十大新技术之一。 第59届法兰克福汽车展的雪铁龙越野概念车 “C—CROSSER”，也采用了线控转向系统。 目前由于蓄电池电压和功率等因素的影响，线 控转向系统只能使用24V或36V电源，难以提供较 大的转向功率，现阶段线控转向系统的研究以及近 期的应用对象主要是针对轿车。要在重型卡车上应 用，还必须采用液压执行机构。随着蓄电池技术发 展和42V电子设备在汽车上的应用，全线控转向系 统将应用到中型和重型汽车上。目前42V电源已经 在一些概念车上得到应用，其中通用的“自主魔力” 概念车和Bertone公司的“FILO”概念车就采用了 42V电源。 预估在两三年之后，传统的如煞车、操控等机械 系统将会由线缆与电子信号取代，其中有部分车厂 投下巨资与电子业共同合作，研发一套名为 FlexRay的新一代应用于汽车上的网络通讯系统。 FlexRay网络通讯系统是用以整合包括Brake—by— Wire(电子制动)、Steer—by—Wire(电子转向)等“线传 控制”系统(目前最快数据传送速度为10Mbit／s)，让 汽车发展成百分之百的由单一电子系统控制车辆， 完全不需要机械系统的支持。 3 线控转向系统的结构及性能特点 3．1 线控转向系统的结构 线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和 主控制器(ECU)-个主要部分以及自动防故障系统、 电源等辅助系统组成，如图1。 图1 线控转向系统结构示意图 方向盘总成包括：方向盘、方向盘转角传感器、 力矩传感器、方向盘回正力矩电机。方向盘总成的主 要功能是将驾驶员的转向意图(通过测量方向盘转 角)转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受 主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩，以 提供给驾驶员相应的路感信息。 转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行 电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向 执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向 电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向 意图。 主控制器对采集的信号进行分析处理，判别汽 车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发 送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具 有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性 随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。 同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识 别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。 · 33· 维普资讯 农业装备与车辆工程2006年第1期 当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时， 线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而 自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。 自动防故障系统是线控转向系的重要模块，它 包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形 式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保 持汽车的正常行驶。作为应用最广泛的交通工具之 一 ，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研 究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控 转向系统最重要的组成系统之一。它采用严密的故 障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。 电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其 它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达 的最大功率就有500—8ooW，加上汽车上的其它电 子设备，电源的负担已经相当沉重。所以要保证电 网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重 要。在42V供电系统中这个问题将得到圆满的解 决。 3．2 线控转向系统的性能特点 1)取消了方向盘和转向车轮之间的机械连接， 通过软件协调它们之间的运动关系，因而取消了它 们之间的机械约束和干涉，使之可以相对独立运动， 因而可以实现传动比的任意设置，可以根据车速和 驾驶员喜好由程序根据汽车的行驶工况实时设置传 动比。同时还可以从信号中提出最能够反映汽车行 驶状态的信息，作为方向盘回正力矩的控制变量，使 方向盘仅仅提供驾驶员有用信息，以减轻驾驶员的 体力脑力负荷，提高“人一车闭环系统”对道路的跟 踪特性。同时由于减少了机构部件数量，而减少了 从执行机构到转向车轮之间的传递过程，使系统惯 性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙都得以降低， 从而使系统的响应速度和响应的准确性得以提高。 2)线控转向系统采用了软件控制，因而可以把 转向系统与其它主动安全设备如ABS、汽车动力学 控制、防碰撞、轨道跟踪、自动导航以及自动驾驶等 功能相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体 稳定性，且实现了ITS中的汽车辅助转向功能。 3)线控转向系统在实现上述操作性能上的突破 的同时也带来了可观的经济性和环境效益。 4)线控转向系统是通过一个通用的执行器来调 整转向的。要对汽车转向的动力性进行调整，必须 使用一个转角传感器，这并不影响方向盘对车轮的 快速调整。另一方面，一个力矩传感器也是必须的， - 34- 它将对汽车转向的调整和自动驾驶起重要作用。因 此，驾驶员通过提供到方向盘的力矩知道正确的方 向，并通过进一步的引导控制系统来进行评估。 5)与“电子驾驶”和“电子停车”一起，它提供了 把它们实际化的条件，并且把动力性和汽车控制统 一到一个系统中。 6)对汽车生产商的好处。传统转向系中转向柱 安装要求提供足够的空间(左手或右手驾驶)，而线 控转向严格地控制了转向柱在发动机间隔内的自由 度，表明了机械式的转向柱没有很好地利用发动机 的空间。 7)对将来的好处 · 提供转向的舒适性，路况作为评估系统，只有 有用的信息才提供给驾驶员。 - 方向盘的回馈力矩和转向传动比能通过软件 不断地调整，因此，可以使转向系统对任何目标和环 境进行调整，而不需要对系统进行重新设计。 · 没有转向柱减少了驾驶员在事故中受伤的危 险。 · 转向行为(减速、加速、自动转向)都被软件记 录，为再以后的继续完善提供了第一手的资料。 4 线控转向系统的关键技术 虚拟现实技术、人工神经网络、模糊控制等新思 想、新技术的提出，为研究者站在一个新的高度研究 汽车操纵稳定性提供了可能，汽车操纵稳定性的研 究从单一的汽车本身的特性研究到汽车一驾驶员一 环境闭环系统的研究，人工神经网络、模糊控制理论 和模糊神经等新思想、新理论也应用到汽车操纵稳 定性的研究中，在研究方法上采用虚拟试验技术。线 控转向可以利用这些成果研究。 2自由度的整车动力学模型称为经典模型。这2 个自由度为质心侧偏角和横摆角速度。其中质心侧 偏角表示汽车方向特性。横摆角速度与侧向加速度 在描述侧向动力学特性有同等作用，可选其一作系 统变量。加入线控转向系统的仿真模型见图2。也可 借助advisor、vedyna的整车模型进行仿真研究。 4．1前轮转角算法 前轮转向执行电机根据传感器测得的车轮行驶 状态与驾驶员意图，实时修正前轮转角，使得汽车的 转向特性如横摆角速度增益不随车速变化，减轻驾 驶员负担。 方案1：在驾车过程中，不论车速怎么变化，驾 驶员的预瞄时间基本不变(或变化很小)。如果能够 维普资讯 2006年1月于蕾艳等：汽车线控转向系统综述 图2 线控转向系统的仿真模型 合理设计车辆的转向特性，使在一定预瞄时间下，车 辆达到前方某侧向位置的方向盘转角不随车速变 化，将在很大程度上减少驾驶员对车辆特性变化的 补偿，减轻驾驶员的负担，见图3。 目标点 ，Y ) I x {I 11． ， 。，Y。) 图3 理想传动比示意图 方案2：转向系传动比随方向盘转角变化：低速 小方向盘转角时传动比小，驾驶员可以少打方向盘 就实现大的转向任务；高速大方向盘转角时，传动比 大，减少汽车对转向盘输入的敏感程度。图4中，Is 一4o0 —2o0 O 2o0 400 方向盘转角(。) 图4 随方向盘转角变化的传动比方案 2比较理想。 4．2方向盘回正力矩模拟 由于方向盘和转向车轮间没有机械连接，路面 的不平冲击不会传到方向盘，但同时驾驶员缺少对 车辆行驶状态和路况的把握，所以模拟恰当的方向 盘回正力矩很重要。可以通过以下公式模拟： T~=-[Fo( ，8~)sign(Sh)+ (V， )+ ) + ( ，q)】 (1) ( ， )是系统的干摩擦， ( ， )体现了转向 系刚度，其设置要保证当方向盘偏离中间位置时，方 向盘回正力矩能够在一定程度上迅速增大，也就是 在方向盘中间位置应该有足够的或合理的力矩梯 度，让驾驶员感知方向盘偏离了中间位置。随着方向 盘转角增大，力矩梯度应该减小到一个合理值，保证 方向盘回正力矩不会超过合理范围。)体现了转 向系统的阻尼，车辆高速行驶时，方向盘回正力矩主 要受函数( ， )的影响严重。 4．3 汽车稳定性控制算法 由于车辆系统本身存在滞后和非线性，同时车 辆的行驶环境十分复杂，在驾驶员的合理操作范围 内我们希望车辆能够准确执行驾驶员指令。一旦车 辆处于危险状态，我们则希望车辆能够自动恢复到 正常状态。 4．3．1 横摆角速度反馈控制 如图5的横摆角速度反馈控制在一定程度上改 善了车辆的动态特性，这种作用在高速时尤为明显。 当车速较高时，横摆角速度反馈不但使横摆角速度 响应的带宽增大，而且同时使横摆角速度阻尼增大。 使车辆重心侧偏角的超调量较无横摆角速度反馈控 制的车辆有所减小，且车辆重心侧偏角响应的过渡 时间减小，可以使其更快速地到达稳态值。横摆角速 度反馈控制还可以减小车辆重心侧偏角的稳态增 ·35· ／ 一 ／ ～ ，／ 一 ．／ ／ 一 ／ p - ， ／ ／ 一 ／ ／ 一 维普资讯 农业装备与车辆工程2006年第l期 图5 横摆角速度反馈框图 ^ I 壬：自自l～ l I Lr l， ] --，、l r ]l 『：：= l 上J 一-1转I司盘一．1～L ’。I- 一一兰车辆 ， ) + 一 ◆ 一。D yV ． 回正力矩电机l· 6T． K }．．— ) 一口 图6 横摆角速度、侧向加速度综合控制 益，使车辆具有良好的方向特性。这种形式的横摆角 速度反馈控制，使得侧向加速度超调量减小，转向运 动更加平稳。但同时这种反馈控制也使得侧向加速 度增益减小，这意味着有横摆角速度反馈控制的车 辆驾驶员要多打方向盘，这在低速和中等车速工况 下加重了驾驶员的负担。 4．3．2 横摆角速度、侧向加速度综合控制 按D = ． + Vy (2) 进行横摆角速度、侧向加速度综合控制，如图6。 4．4 安全与可靠性设计 线控转向系统若真正走向消费市场，首先要解 决其安全可靠性问题， 因而必须采用容错控制技 术。容错控制设计方法有硬件冗余和解析冗余。硬 件冗余对重要部件及易发生故障部件提供备份；解 析冗余是通过设计控制器的软件提高整个系统的 冗余度。SBW 中，相对于CU，传感器和执行机构更 容易发生故障，一些传感器和执行机构存在冗余。 现阶段采用机械、液压的备份转向系统，一旦线控 转向出现故障，备份转向仍然可以工作，完成基本 转向任务。 ·36- 5 线控转向系统的前景展望 未来汽车的主体是低排放汽车(LEV)、混合动力 汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)、电动汽车(EV)四 大EV汽车，这给线控转向系统带来了更加广阔的 应用前景。除了安全性和可靠性外，还有模拟路感的 电机振动、电源、传感器的精度和成本问题等。模拟 路感的电机振动控制在EPS的研发过程中，已经有 成熟的技术和经验可以借鉴。车用42V电源预计在 未来的几年内将会快速发展并普及，届时汽车电子 附件的供电问题将会得到圆满解决。车用各种传感 器如非接触扭矩、转角传感器、横摆角速度传感器等 的精度在不断提高，成本下降，在未来的几年内将会 在精度和价格方面满足各种电控系统的要求。预计， 到2010年40％的欧洲生产的汽牟将全部采用X— By—Wire技术。随着X—By—Wire的发展，Brake—By— W ire，Thrust—By—Wire，Steer—By—Wire，Shift-By— Wire等By-Wire系统将成为x—By—Wire系统的各 个子系统，它们之问会有一些数据要共享，将有一个 更大的通讯系统来实现它们之间的通讯，从而使整 个汽车成为一个完全的x—By—Wire系统。
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