基于嵌入式系统的电磁调速采煤机主控系统 研究-计算机科学与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 A Dissertation Submitted to Hebei University of Engineering For the Academic Degree of Master of Engineering The Research of the Master Control System of the Eletromagnetic Speed of Shearer Based on the Embedded System Candidate ：JianTao Ren Supervisor ：Prof. Hongjiang He Academic Degree Applied for ：Master of Engineering Specialty ：Computer Science and Technology School/Department ： School of Information and Electrical Engineering Hebei University of Engineering May, 2016 独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北工程大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 河北工程大学 有关保留、使用学位论文的规 定。特授权 河北工程大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 导师签名： 签字日期： 年 月 日 摘要 摘 要 随着现代工业技术的快速发展，煤炭开采更加注重安全、高效。采煤机作为 煤炭开采的关键设备，其安全、可靠、稳定的运行对煤炭开采作业有非常重要的 意义。目前国内外主流采煤机主要以电牵引采煤机为主，根据调速系统类别大致 可分为交流变频调速、开关磁阻调速以及电磁调速。电磁调速牵引系统较前两者 调速系统而言具有可变输出转矩控制、控制系统简单、体积小、技术成熟等优点。 因此本文以电磁调速采煤机为研究对象，从提升采煤机信息管理效率以及改善电 磁调速电动机控制方法的角度出发，分析了电磁调速电动机调速过程，并建立电 磁调速电动机数学控制模型，通过 MATLAB 仿真对比控制算法的稳定性。 依据电磁调速电动机实际控制需求，设计了以 AT91SAM9G20 微控制器为核 心的电磁调速电动机主控系统，详细阐述了主控系统的工作原理和功能分析，通 过分析电磁调速电动机的调速过程，建立系统速度闭环数学控制模型，并在转速 闭环控制中加入最小拍无波纹控制器，从而保证电磁调速电动机稳定运行。另外， 在电磁调速电动机主控系统中加入通信系统管理单元—通信管理机，通信管理机 采用标准 MODBUS 协议和常见的通信接口，以兼容多种类型的信号传感器。主控 系统在运行过程中结合信号传感器可实现采煤机电动机的半自动运行。通过远程 无线遥控实现采煤机的远程控制，提升了采煤机的工作效率以及安全性。在硬件 电路设计部分主要完成了以 CPU 为核心的外围功能模块的硬件电路，主要包括总 线型遥控器设计、数据输入输出电路设计、电源电路设计以及通信电路设计等。 在软件设计部分主要完成了系统软件构架、嵌入式 Linux 系统移植、数字化控制器 设计以及各功能模块的应用程序运行流程图。在软硬件电路设计时，充分考虑到 外界电磁干扰给系统稳定性造成的影响，保证系统具有一定的鲁棒性。 通过试验表明，本主控系统能够对电磁调速牵引电机实现预期控制效果，并 且具有较强的通信兼容能力，可保证系统实时、准确地采集传感器数据信号。另 外无线遥控可以准确的将控制命令传输至主控系统实现远程控制功能，经过反复 测试，无线遥控传输误码率在万分之五以内。各项设计指标均已达到。 关键词：电磁调速采煤机；嵌入式主控；通信管理机；AT91SAM9G20；MODBUS I Abstract Abstract With th