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        DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制中的應(yīng)用

        2015-08-18 10:25:31張燦星張梨明山東魯泰控股集團(tuán)有限公司鹿洼煤礦山東濟(jì)寧272300
        科技傳播 2015年23期
        關(guān)鍵詞:矢量煤礦電機(jī)

        張燦星,王 雷,張梨明山東魯泰控股集團(tuán)有限公司鹿洼煤礦,山東濟(jì)寧 272300

        DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制中的應(yīng)用

        張燦星,王雷,張梨明
        山東魯泰控股集團(tuán)有限公司鹿洼煤礦,山東濟(jì)寧272300

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,針對煤礦電機(jī)的保護(hù)與控制技術(shù)也在不斷的革新和進(jìn)步。而DSP技術(shù)是數(shù)字信息時(shí)代的一個(gè)重要技術(shù)標(biāo)志,也是一項(xiàng)應(yīng)用十分寬廣的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。DSP技術(shù)通常是指是數(shù)字信號處理和數(shù)據(jù)處理芯片,其計(jì)算速度十分快捷并且十分精確。本文從DSP技術(shù)的發(fā)展和基本內(nèi)容出發(fā),探討DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制中的應(yīng)用和重要作用。

        煤礦電機(jī);DSP技術(shù);控制

        信息時(shí)代的到來,引發(fā)了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域深層次的變化。無論是生產(chǎn)技術(shù)還是生產(chǎn)管理,信息技術(shù)的普及和運(yùn)用是一種時(shí)代趨勢。而信息時(shí)代中關(guān)于數(shù)據(jù)的處理,即DSP技術(shù)的運(yùn)用也逐漸蔓延。本文重點(diǎn)從傳統(tǒng)煤礦電機(jī)的控制與保護(hù)出發(fā),結(jié)合DSP技術(shù)的發(fā)展與特點(diǎn),對DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)的控制應(yīng)用進(jìn)行探討和分析。

        1 DSP技術(shù)的概述

        1.1DSP技術(shù)的概述

        DSP技術(shù)是英語digital signal processing的簡稱,即數(shù)字信號處理。其是一門涉及了電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及應(yīng)用數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的新興技術(shù)。其應(yīng)用十分廣泛,概因其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)分析能力。其被廣泛的運(yùn)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。DSP同樣也包含了數(shù)字信號處理芯片,其是由數(shù)字信號處理器和DSP定點(diǎn)控制器等多個(gè)子系統(tǒng)組成。數(shù)字信號處理器是針對數(shù)字信號進(jìn)行高速運(yùn)算的專用處理器,其主要特點(diǎn)是速度快且功耗低。數(shù)字信號處理器也是最為人們所熟知的一個(gè)部分。如數(shù)字通信和圖像處理都是借助強(qiáng)大的數(shù)字信號處理器。世界上第一臺DSP芯片是由1982年美國德州儀器公司所研發(fā)生產(chǎn),這標(biāo)志數(shù)字信號大規(guī)模處理時(shí)代的到來。而DSP定點(diǎn)控制器最為常見的則是關(guān)于GPS的運(yùn)用??偠灾?,經(jīng)過多年的發(fā)展,DSP技術(shù)已經(jīng)是一種相當(dāng)成熟的信息技術(shù),其在信息時(shí)代的地位會(huì)越來越重要,并且將引導(dǎo)世界未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的改革。

        1.2DSP技術(shù)的優(yōu)勢

        DSP技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力意味著DSP技術(shù)能夠及時(shí)的處理規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)流,能及時(shí)的分析管理過程中各種數(shù)據(jù)的變化與異常;二是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電機(jī)的生產(chǎn)構(gòu)造也發(fā)生了深刻的變化,而基于數(shù)據(jù)時(shí)代的到來,只有DSP技術(shù)才能滿足新型電機(jī)的工作需求;三是DSP技術(shù)的集成化與系統(tǒng)化為電機(jī)的日常運(yùn)行提供了安全保障。對于傳統(tǒng)電機(jī)而言,周邊環(huán)境的干擾和變化都會(huì)影響到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和效率,而DSP技術(shù)則是受外界環(huán)境的影響較少,能夠較為穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)對電機(jī)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與管理。同時(shí),集成化的構(gòu)造能促使DSP技術(shù)在處理電機(jī)所有數(shù)據(jù)的采集和分析的過程中,顯得更為便捷和高效。

        1.3DSP技術(shù)的典型組成

        DSP技術(shù)的具體構(gòu)造多種多樣,其外觀形體也各不相同。但總的而言,其在主要的運(yùn)作系統(tǒng)方面是大同小異的,如下圖所示。

        這是一個(gè)典型的DSP系統(tǒng),其表明了大多數(shù)的DSP系統(tǒng)是如何通過輸入系統(tǒng)和輸入系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)DSP技術(shù)是通過對數(shù)字信號的兩次轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸,而數(shù)據(jù)的處理則是通過DSP芯片的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。并且,數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和統(tǒng)一則是通過輸入端和輸出端的不同過濾電波實(shí)現(xiàn)其統(tǒng)一。需要注意的是,信號的不失真很大程度上取決于采樣頻率和輸入頻率的大小,一般而言,采樣頻率要大于輸入端的最高頻率。而輸入端的抗混疊濾波也是為了保證信息的完整而進(jìn)行的設(shè)置。

        2 傳統(tǒng)煤礦電機(jī)控制的不足

        傳統(tǒng)煤礦電機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在著許多不足,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是電機(jī)控制不足;二是電機(jī)的保護(hù)不足。在一定程度上,電機(jī)的額控制與保護(hù)是相關(guān)聯(lián)的。本質(zhì)上,電機(jī)的控制是為了實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),并且盡可能的實(shí)現(xiàn)最小消耗,而電機(jī)的保護(hù)本身就涉及到電機(jī)的合理控制和成本的問題,這也是許多學(xué)者和一線管理者在探討電機(jī)的控制時(shí)往往與電機(jī)的保護(hù)相聯(lián)系的原因。傳統(tǒng)電機(jī)的控制不足主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是電機(jī)需要的合理運(yùn)作狀態(tài)沒有得到控制,往往出現(xiàn)控制不足或失控的狀態(tài)。如一定的電流的輸出,如一定電壓之間的切換。另一方面則是關(guān)于電機(jī)的信息處理方面的不足,導(dǎo)致對電機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控不足,從而在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)崩壞的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度和效率。而關(guān)于電機(jī)的保護(hù),在一定程度上同樣也體現(xiàn)了這一個(gè)問題,即缺少對電機(jī)的控制,導(dǎo)致電機(jī)的保護(hù)不到位,電機(jī)損耗較大。

        3 DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制中的應(yīng)用

        3.1DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)中的具體操作

        DSP技術(shù)的應(yīng)用不是簡單的進(jìn)行DSP處理器的安裝和設(shè)置,其包含了其他一系列的設(shè)置。在煤礦電機(jī)控制技術(shù)中,我們首先需要涉及的是關(guān)于電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù),這一技術(shù)的基本控制方法——正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方法使用較為普遍,而這一技術(shù)的使用促使逆變器所輸出的電壓和正弦波電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)所需的正弦波相似。SVPWM技術(shù)能夠形成一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場,其主要作用是減少逆變器所輸出的電壓的諧波成分,同時(shí)也能減少電動(dòng)機(jī)的諧波耗損。因此,DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制方面的應(yīng)用主要是完成矢量控制等繁雜的數(shù)據(jù)計(jì)算,產(chǎn)生所需要的PWM波,并驅(qū)動(dòng)IGBT等器件,實(shí)現(xiàn)對逆變器等裝置輸出的控制,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)字化。

        3.2DSP 技術(shù)在煤礦電機(jī)應(yīng)用的組成

        DPS技術(shù)在煤礦電機(jī)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)到DPS技術(shù)的裝置與安排,這里主要分析其硬件組成部分和軟件部分的設(shè)置和選擇。在硬件方面,我們可以采用新型DSP芯片——TMS320F2812型號的控制芯片,并且利用異步電動(dòng)機(jī)作為矢量控制系統(tǒng),同時(shí)采用可編程I/0接口收集反饋信息。煤礦電機(jī)的電流信息的反饋通過ADC通道,傳輸給處理系統(tǒng),然后進(jìn)行合理的調(diào)節(jié);而通過傳遞電機(jī)的相關(guān)信息,計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以實(shí)現(xiàn)對其及時(shí)監(jiān)控;而電機(jī)的相電流的瞬時(shí)速度能通過處理器計(jì)算其運(yùn)行參數(shù)。所有與電機(jī)的電流的大小和速度等相關(guān)的信息,最后都被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息,通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算,能得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速和滑差等數(shù)據(jù),從而便于對電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。此外,電機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)板一般采用的是DSP2812開發(fā)板,主要是其性能較好。在軟件方面,主要包含三個(gè)主要部分,一是電機(jī)控制主程序,二是中斷程序。其中各自又包含了許多模塊和子系統(tǒng)。如系統(tǒng)初始化子系統(tǒng),如轉(zhuǎn)換模塊、ADC子模塊、速度求解模塊、PARK逆轉(zhuǎn)換、SVPWM模塊等等。

        3.3SVPWM原理

        在DSP技術(shù)中,有一個(gè)最基本的運(yùn)作原理,即SVPWM原理,其通過PWM將電機(jī)的變頻調(diào)速方法——正弦脈寬調(diào)制SPWM和煤礦電機(jī)的磁鏈運(yùn)轉(zhuǎn)的圓形軌跡聯(lián)系在一起。SVPWM技術(shù)通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場,能減少逆變器所輸出的電壓的諧波成分,同時(shí)也能減少電動(dòng)機(jī)的諧波耗損。SVPWM對電機(jī)的控制和調(diào)節(jié)主要是通過利用各種電壓空間矢量的合成來實(shí)現(xiàn),通過對電壓空間矢量的交替利用,我們可以實(shí)現(xiàn)頻率的穩(wěn)定和和諧。電壓空間矢量主要由六個(gè)基本的電壓矢量和兩個(gè)零矢量組成。基本電壓矢量是主要是形成正在工作扇區(qū)的矢量,零矢量則是用來彌補(bǔ)其中的缺漏和平衡。

        4 結(jié)論

        DSP技術(shù)在應(yīng)用過程中主要借助的是DSP數(shù)據(jù)處理器的強(qiáng)大運(yùn)算功能,而如何收集煤礦電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)則是DSP技術(shù)應(yīng)用的前提。正弦脈寬調(diào)制SPWM方法和PWM方法是傳統(tǒng)電機(jī)工作中所不具備的。DSP技術(shù)在煤礦電機(jī)控制中的運(yùn)用是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的表現(xiàn),而具體運(yùn)作過程中,則是需要根據(jù)煤礦電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和材料的選擇。

        [1]鄧英浩,閆磊.基于DSP技術(shù)的煤礦電機(jī)控制應(yīng)用[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2014(14):129,104.

        [2]張勇.基于DSP的礦用電機(jī)車變頻調(diào)速系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].淮南:安徽理工大學(xué),2009.

        TD6

        A

        1674-6708(2015)152-0120-02

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