控制器设计论文范文

2022-05-14

想必大家在写论文的时候都会遇到烦恼,小编特意整理了一些《控制器设计论文范文(精选3篇)》,欢迎大家借鉴与参考,希望对大家有所帮助!摘要:酒后驾车容易发生交通事故,为减少或杜绝这种现象,介绍一种车载酒精测试控制器的设计方法,包括电路原理图、程序流程图等。此车载酒精测试控制器安装在汽车内部,根据车内酒精浓度,控制汽车起动机能否正常起动。

第一篇:控制器设计论文范文

抽油机节能控制器设计

摘 要:抽油机用三相异步电动机是一种周期性非均匀负载,由于电机的起动电流大,在运行过程中又多处于轻载状态,电能的浪费比较严重,所以研究抽油机电机的节能具有重要意义。本文中的控制器的生产成本较低,具有一定的推广价值。

关键词:抽油机;节能;异步电动机;晶闸管

我国的油田大多数为低渗油田,由于自喷能力较差,基本上都是采用机械采油方式。机械采油又分为泵举采油和气举采油,我国主要采用的是有杆泵采油法,此法是通过泵举采油的一种方法,它通过由抽油机、抽油杆和抽油泵组成的“三抽系统”进行抽油[ ]。抽油机有很多种,有游梁式抽油机、链条式抽油机等等。但最常见,最实用的是游梁式抽油机。这种抽油机具有维修方便,适应性强,不易损坏等优点,在石油开采中得到广泛的应用。游梁式抽油机在配置电机时,由于设计计算时多根据最大载荷选取电机功率,且地下油层出油量不够稳定,会使电机长期处于轻载状态,也就是通常所说的“大马拉小车”现象,这会使电机的运行效率和功率因数大大降低,产生电能的严重浪费并对电网产生较大冲击。除此之外,由于抽油机运行的载荷特性,在上、下冲程载荷也不平衡,并且差别较大,为了改善这种不平衡状态,减小工作电机的容量,提高工作效率,节约电能,游梁式抽油机都设计有配重,但由于配重大小固定,并不能完全消除抽油机下冲程中的轻载状况。另外,大、中型电机在启动过程中会产生很大的启动电流,长时间以这种方式运行不仅会对电机产生损坏,而且会对电网产生严重冲击,因此在抽油机的启动及正常运行时对电机进行实时控制是十分有必要的。

1 抽油机运行效率低的原因

游梁式抽油机运行效率较低的原因主要有以下几个方面:

(1)游梁式抽油機的电机是带负载启动,因此启动时所需的启动电流很大,功率因数很低,对电动机的功率要求比较大。

(2)游梁式抽油机的输出功率是周期性变化的,因而其驱动电机的电流也是周期性变化的。在选择电动机时,为了保证不超过允许的温度,电机的额定电流需要取电机运行过程中的最大值,相应地,对电动机额定功率的需求也就越高。

(3)要准确地选取一台抽油机的驱动电动机容量,需要测量大量数据,往往很难做到,而且如何对抽油机电机容量的选择计算还没有一个统一、准确的计算标准,因此大多数情况下都采用估算的方法来选择配套电机的功率,一般留有较大余量。

(4)一台游梁式抽油机的使用周期很长,在其使用周期内,由于油井工况的变化,电动机的功率需求可能有很大的差异,比较合理的作法是根据不同时期的功率需求进行匹配,以提高电动机的运行效率和功率因数。但在实际生产中很难做到,一般是在使用期内不再更换电动机,因此,选择电动机时都是按抽油机可能遇到的最大功率进行。

2 抽油机节能方法

由于油田最主要的能量消耗就是抽油机的电能转化为抽油机的机械能,所以降低抽油机的能耗一直是各大油田急需解决的问题,也是降低能耗、提高产能的必然要求,以下对当前使用的节能方法进行简单介绍。

并联电容补偿是最早采用的节能方法,此方法可以分为固定补偿和动态补偿两大类,固定补偿又细分为就地补偿和集中补偿。交流异步电机的就地补偿就是将电容器组与电机直接并联运行,电动机启动和运行时所需的无功功率由电容器提供,有功功率则由电网提供,因而可以最大限度地减少拖动系统的无功功率需求。这种方式既能提高功率因数,减少无功损耗,又能改善用电设备的电压质量。但是不能降低电动机本身的有功损耗,而且投资大,成本高。集中补偿,不是每台电机都并联电容进行补偿,而是在总电源端集中进行补偿,特点是投资少,但只能减少外部供电线路的线损,对内部线路的线损无能为力,效果不如就地补偿方式,并且也不能降低电动机本身的有功损耗。目前这种方法仍在使用,主要作用是提高电机的功率因数,以达到供电系统对用户的要求标准。

3节能控制器软件系统设计

3.1系统软件的模块化设计

为使控制程序设计思路清晰,表达简洁,在软件编制过程中将整个软件系统分解成各个模块,如下:

(1)自检模块:对存储器、触发电路等硬件进行自检,如发生故障则报警后退出程序;

(2)相序判断模块:检测三相电源的相序,并判断是否存在断相,如断相则报警。

(3)初始化模块:用于对中断、程序状态标志、控制参数等进行初始化工作;

(4)起动按钮检测模块:检测有无起动指令,若停电后又恢复供电,则禁止自行起动;

(5)软起动模块:使用功率因数作为检测对象实施软启动时,电机启动电流较平滑,对电机有保护作用;

(6)节能运行模块:电机的节能运行是在稳定运行的前提下,尽可能减少电机的各项损耗使电机效率最高,对此采用功率因数控制法,根据功率因数变化判断是否处于轻载状态,并根据功率因数做出相应的节能控制。

3.2 节能控制流程图设计

本节能控制器采用恒功率因数角控制,在电机稳定运行的前提下,通过实时监测电机的电压电流之间的相位差,保持电机在各种负载下均能运行在高效状态。程序开始运行后,首先检测软启动状态,直至软启动结束后才开始检测功率因数角。电机起动结束后,系统开始检测“可测功率因数角”的大小,判断此时抽油机电机是否处于轻载状态,如果Cosα-k1<0,则认为此时电机运行在轻载状态,增加晶闸管的移相触发角,降低电压,使其处于节能控制状态,此过程结束后再次检测电机的功率因数Cosα,如果Cosα-k1>0,判断Cosα-k2是否大于0,如果Cosα-k2大于0,认为此时的负载加重,应减小触发角,增加电压。如果k1

4 结论

采用降压运行是实现抽油机节能控制的一种有效方法。本文提出了基于降低异步电动机运行电压的节能方案,并完成了软硬件电路的设计。

通过对本课题的研究,可得出以下结论:

(1)对目前国内外抽油机的节能方案进行了分析,通过比较确定了降压为基础的控制方案。降压节能的效果比较明显,并且成本相对较低,可以根据抽油机的实际工作状态调节节能装置的输出参数,达到最佳的控制效果。

(2)功率因数是影响电机效率的主要原因之一,功率因数的检测可以通过检测电压、电流的相位差来实现。根据相位差的大小,适时给出电子开关器件的触发脉冲,使其提前或者滞后导通,这样可以减少电子开关器件的输出电压与负载电流的相位差,提高负载功率因数,减少无功损耗,达到节电的目的。

(3)抽油机拖动电机启动瞬间的工作电流很大,长时间使用这种方法起动电机会对电网产生较大损害并且缩短电机寿命,甚至会烧毁电机。软启动控制功能可以降低电动机的启动电流,减小对电网的冲击,有利于延长电动机的使用寿命。

(4)对晶闸管调压节能控制系统进行了软、硬件设计与实现。通过电路可以实现抽油机的软启动和抽油机实时的节能控制。

参考文献

[1]徐甫荣,赵锡生.抽油机节能电控装置综述[J].电源技术应用,2004(04):249-254.

[2]刘玉庆.调节异步电动机端电压节能的分析[J].节能,1999(05):29-31.

[3]姜新通,李伟凯,姜海龙,李岩飞.异步电动机调压节能技术的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报,2005(03):58-61 .

作者:于新国 盖海峰

第二篇:车载酒精测试控制器的设计

摘要: 酒后驾车容易发生交通事故,为减少或杜绝这种现象,介绍一种车载酒精测试控制器的设计方法,包括电路原理图、程序流程图等。此车载酒精测试控制器安装在汽车内部,根据车内酒精浓度,控制汽车起动机能否正常起动。

关键词: 单片机;ADC0809;酒精传感器;I/V转换器;继电器

中圖分类号:TN3文献标识码:A

作者:王啸东

第三篇:纯电动汽车整车控制器的设计

摘 要:纯电动汽车不仅仅是作为整车控制器的调控中心,同时也在整车控制器中起到核心作用。文章给出了纯电动汽车整车控制系统的基本结构,以及整车的工作方式,在此基础上提出了不同的工作方式下对应的各种控制策略。紧接着根据其控制策略设计了整车控制器的相关硬件电路,最后结合整车控制器的硬件电路和控制策略,完成了整车控制器的主程序和各个子程序的整体设计。

关键词:纯电动汽车;整车控制器;硬件设计;程序设计

随着社会的发展与科技的进步,各个城市的汽车使用户喷井式增加。传统的内燃机汽车消耗石油,排出大量废气,使得城市的空气质量不断下降。纯电动汽车由于不使用传统化石能源,对环境不造成污染,受到人们的青睐。随着科技的进步,电动汽车的核心技术不断地革新与突破,逐渐完善的城市基础设施提供了有利的帮助,电动汽车已经成为潜力股,逐步取代传统汽车变为可能[1]。本文从汽车结构出发,结合整车信息传输过程,设计了整车控制器的软硬件结构。

1 整车控制器方案

1.1 纯电动汽车系统结构组成

如图1所示,纯电动汽车结构主要由6个部分组成:整车控制器、电力驱动系统、动力管理系统、逆变器、传动系统和车载仪表[2-3]。

整车控制器(Vehicle Controller Unit,VCU)依据采集到的档位信号以及加速踏板信等,将控制信息发送给各类子系统;仪表显示系统实时显示汽车运行状态信息;电池管理系统为整车提供能量;电池组的输出电流随着电力驱动系统变换而变换从而驱动电机转动,进一步为整车提供能源;充电机为电池组进行充电。

1.2 通信网络

整车控制器通过CAN总线与各子系统通迅,CAN总线网络如图2所示。整车控制器通过CAN总线接收汽车运行时各子系统的任务状态信息,再结合从各类传感器收集的驾驶信息,由所对应的控制策略计算出各子系统所对应的控制信息,接着由CAN总线将对应的控制信息传输给电机控制器、电池管理器和车载充电机等组成部分当中,并向智能仪表发送实时的仪表显示信息以及告警信号,实现车辆的驱动控制,故障保护处理等。

1.3 纯电动汽车工作模式分析

整車控制器(Vehicle Controller Unit,VCU)的工作分为多个状态,总体可大致分为5个状态:上电状态、行车状态、停车状态、故障状态、充电状态[4-5]。

1.3.1 上电状态

钥匙转动到上电位置,VCU通电启动,首先进行系统自检,若VCU工作正常,再给电池组管理子系统、电机控制子系统、仪表设备等上电。当整车系统正常工作,则完成上电过程,VCU进入准备状态。

1.3.2 行车状态

行车状态即整车正常上电进入准备状态后的行车过程,在这个状态中VCU采集驾驶信号(档位信号、加速踏板开度、制动踏板开度等),配合当前的行车控制策略,从而可以输出相应控制信息并达到操作电机控制器的目的。

1.3.3 停车状态

汽车停止行驶,档位置于空挡位置,钥匙转动到断电位置。VCU控制各子系统进行断电过程,再自断电,完成停车工作。

1.3.4 故障状态

电动汽车整车故障分为两级。故障来源有BMS,CAN网络,电机控制器及各个子模块等。一级故障为不可接受故障,二级故障为可接受故障。一级故障发生时,整车不可运行,为紧急停止状态。二级故障发生时,限制汽车功率,继续运行。

1.3.5 充电状态

当汽车处于准备状态,VCU检测到充电信号后,发送充电信息给BMS。在BMS回应达到充电条件的信号后,进入充电状态。充电进程中VCU会持续接收来自BMS的信息,若出现故障,则中断充电过程。

2 整车控制器的硬件电路设计

整车控制器的硬件结构如图3所示,其硬件电路主要由6个部分组成,它们分别是:开关量采集模块、A/D采集模块、VCU最小系统、CAN通信模块、串口通信模块、功率驱动模块这6个模块。功率驱动模块用于驱动外部继电器,控制车载设备的上下电。开关量采集模块用于接收相关开关量信号,其信号主要分为档位信号、制动信号、充电信号这三大类别[6]。模拟量采集模块用于接收模拟量信号,主要是制动踏板开度大小以及加速踏板开度大小等信号。CAN通信模块其主要作用是用于与其他子系统进行通信。串口通信模块区别于CAN通信模块,其主要是用于与上位机之间的通信。

3 整车控制器的软件设计

3.1 主程序设计

整车控制器的主程序用于确定电动汽车的运行方式,其方式是依据驾驶信息和CAN总线采集到的其他子系统的状况信息从而进行判断。在系统上电后,首先进行上电初始化,系统自检,而后收集信号、故障诊断与处理,再进行工况判断与处理、仪表显现,最后进行数据通信。根据上述过程可以初步得到主程序流程图,其结果如图4所示。

3.2 子程序设计

由图4可以分析得到子程序的相关类别,其主要包括CAN通讯程序、工况判断与处理程序、故障诊断及处理程序等3个部分。

3.2.1 CAN通讯程序

CAN通讯程序包括CAN接收子程序以及CAN发送子程序。

(1)CAN信息发送。

CAN发送程序的相关流程如图5所示,在CAN发送环节的过程之中,发送数据的长度和总线时钟是首先被检查的对象,随后寻找空闲缓冲器,设置数据包的优先级以及长度,再写入数据到缓冲器。CAN信息发送的最后一步是清除发送标志位的使能信号发送,从而CAN信息的发送过程结束进入接收环节。

(2)CAN信息接收。

CAN接收程序如图6所示,进入CAN发送程序后,首先检查缓冲器的接收标志位,看是否收到数据。在确认数据被缓冲器接收到了情况下,进一步读取数据的长度及包含的数据,在这个过程结束后再清除接收标志位的使能信号,这样就完成了数据的接收。

3.2.2 故障诊断与处理

故障诊断与处理程序如图7所示,电动汽车的故障分为两级。一级故障发生时,汽车停止运行,关闭所有驱动信号。二级故障发生时,限制汽车运行功率。

3.2.3 工况处理

工况处理程序如图8所示,汽车的运行工况分为前进、后退、空档和制动4种模式。整车控制器确定车辆所处于的工况是以驾驶状态、电机状态及车辆运行状态这3个实时状态为依据进行判断的,在确定对应的工况后则发送相对应的控制信息。

4 结语

纯电动汽车控制系统具有较好的市场前景,并且有其一套完整的控制系统。其核心部件是整车控制器;电池组管理系统、电机驱动系统以及充电系统是它的3个外围辅助系统,在整个控制系统中也起着至关重要的作用。作为纯电动汽车控制系统的核心,整车控制器具有协调各个子系统的作用,在配合整车控制策略的同时可以更好地发挥其功能,从而使纯电动汽车能够正常行车。本文当中介绍了整车控制器与外围系统的通迅网络,并以此大致搭建了整车控制器的整体硬件电路;在此基础上依据整车控制策略,合理设计了整车控制软件,并达到预计的效果。

[参考文献]

[1]刘卓然,陈健,林凯,等.国内外电动汽车发展现状与趋势[J].电力建设,2015(7):25-32.

[2]翟世欢,辛明华,于兰.纯电动汽车整车控制策略[J].汽车工程师,2014(12):26-27.

[3]王思哲.纯电动汽车整车控制策略及其开发流程[J].机电产品开发与创新,2016(2):84-85.

[4]邱会鹏.纯电动汽车整车控制器的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.

[5]李川.纯电动汽车整车控制器的设计[D].天津:天津大学,2016.

[6]马宇坤,郭艳萍,翟世欢,等.纯电动汽车整车控制器硬件设计[J].汽车工程师,2014(12):30-33.

作者:汪静