[发明专利]旋转压实仪控制系统及综合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转压实仪的控制系统，该系统利用DSP实现旋转压实仪数据实时采集与控制，并由主计算机进行分析、处理和参数调整；同时还涉及一种综合控制方法，特别涉及智能无刷直流电机直接转矩控制方法，以及步进电机的闭环控制方法。

背景技术

旋转压实仪是制作沥青混合料试件的基本设备之一，主要包括机械结构，相应的控制装置及方法。旋转压实仪机械结构的研究和设计相对成熟，如实用新型专利旋转压实仪（ZL200620010462.2）和新型旋转压实仪（ZL 200620010462.2）对该问题进行了研究，但旋转压实仪控制系统及方法尚缺乏系统和深入的研究。因此高效的旋转压实仪控制系统及方法的研究，对于满足沥青道路铺设工程的实际需求和相关科学研究工作的需要具有重要意义。 

目前，无刷直流电机大多采用控制电流的办法控制转矩，由于电机本身的换相问题，通常的控制方法不能避免大的电磁转矩和电流脉动，且控制精度不高，阻碍了无刷直流电机在旋转压实仪中的应用。还有采用优化PWM调制的方法减小开关管二二导通换相时的非导通相的电流和转矩脉动，但只能减小换相时的转矩脉动。当负载突变时转矩响应慢，也不能减小由此产生的转矩脉动。

对转矩直接进行控制是一种比较先进的控制方法，作为一种先进的标量控制技术，其控制结构简单，不存在旋转坐标变换计算。能有效地抑制转矩脉动，加快转矩的响应速度，主要用于交流电机。近年来，开始出现出了直流无刷电机的直接转矩控制。由于无刷直流电机的气隙磁场是梯形波磁场，并且由于无刷直流电机本身的特性，控制时一般采用二二导通方式，特别是在换相时刻存在转矩脉动大的问题，以上这些导致了无刷直流电机在控制方式上不同于三相异步电机和永磁同步电机。 

近几年来，许多新的控制思想，特别是智能控制思想如模糊控制、神经网络等开始应用到无刷直流电机的直接转矩控制中。通常其控制系统的速度调节器多采用PI控制器。但它的设计过程依赖于对象的精确数学模型，并且PI控制器的参数固定。于是又引入了模糊PI控制器，用模糊控制器对PI调节器的参数进行实时的调整，但存在着如下问题：

（1）因常规模糊PI控制器中的模糊控制器参数的选取都为固定值，固定运行参数的模糊控制器缺乏较好的通用性和适应性。然而模糊控制器的量化因子、比例因子等参数的选取对系统的性能影响极大而且能从根本上改变输出特性。一旦这些因子确定后，由于在不同的工作状态中被控对象的模型是不断变化的。并且无刷直流电机参数受温度和磁饱和的影响，具有严重的非线性。系统的参数、给定或扰动变化过大时，则满足不了该系统在时变情况下响应速度快、稳态精度高的要求，在低速时系统甚至无法运行。

（2）同时，无刷直流电动机开关选择表若按照6扇区划分的方式进行直接转矩控制，则存在着实际所选择的空间电压与期望的空间电压矢量误差，这将带来转矩和电流脉动较大的问题。

因此，研究旋转压实仪中无刷直流电机高性能的智能直接转矩控制方式，不仅对转速的控制响应快、控制精度高、抗干扰和自适应性强，同时也能使转矩和电流脉动小。

同时，旋转压实仪控制系统的设计和优化，角度和压力步进电机的闭环控制算法也是重要的研究内容。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种旋转压实仪控制系统，本发明的目的之二是提供一种用于旋转压实仪控制系统的综合控制方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该种旋转压实仪控制系统，包括转速控制模块、角度控制模块、压力控制模块、位移传感器、防护门开关传感器、通信模块和主计算机；

所述转速控制模块包括电源装置、无刷直流电机和DSP；所述电源装置用于驱动无刷直流电机，所述无刷直流电机上的光电编码器将实时获得的无刷直流电动机转子位置和速度信号传输至DSP，所述DSP将位置信号转化成速度反馈信号，给定速度与速度反馈量形成转速误差和误差变化率，并作为无刷直流电机的速度控制器的输入量，输入量在DSP中通过处理后得到输出给定电磁转矩，与给定磁链一起通过滞环比较、开关状态选择环节后，由DSP的事件单元形成具有一定占空比的PWM信号控制量，通过隔离电路后对无刷直流电动机进行调速控制；