新型智能化物流传输系统的研究
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摘要
随着科技的发展，人民生活水平的提高，物流传输系统正在被越来越广泛地应用于各种民用和工业现场，如邮政分拣系统、机场行李传送线、矿场输送带等等。过去，由旋转电机驱动的物流传输系统，机械磨损和噪音较大，设备的效率不高，使用年限不长，无法保证系统长期运行的可靠性。
论文结合贵州省科委立项的物流传输系统的课题工作，研究了一种新型的适用于物件直线输送场合的悬式推挂物流传输系统。它采用直线电机直接驱动，由逻辑控制器(PLC)控制。由于它不需要中间传动装置，因而在机械磨损和噪音的性能方面要明显优于由传统的旋转电机驱动的物流传输系统。对直线电机的控制采用SPWM、DSC等控制技术，使得控制系统的性能得到了极大的提高。同时由于系统采用模块化设计，使得系统的功能容易扩展或简化。
论文首先宏观介绍直线电机和相关控制技术的基本原理、发展历史及其分类方法，然后整体介绍悬式推挂物流传输控制系统的整体机械结构和电气工作原理。接着由上而下，分层详细阐述了组成系统的逻辑控制部分和电机驱动部分两个子系统。在系统的逻辑控制部分，主要阐述了系统的功能、结构的划分以及整体的逻辑控制软件的实现。在电机驱动部分主要说明了电机的控制策略、变频驱动技术的原理和在本系统的实现。该项目目前已经通过鉴定，各项指标均已符合项目的要求。鉴定意见认为，本系统与传统物料推挂系统相比，具有噪音小，工作效率高，控制方便、灵活，且可智能化运行的优点；与国外类似功能的产品相比，造价低。在国内外市场具有强的竞争力。本项目具有自主知识产权，据检索，国内尚未发现同类成果，项目成果填补了国内空白，其综合性能具有国内领先水平。
论文还就直接转矩控制技术，变频技术产生的电磁污染的控制问题进行了讨论。并进行了实验和基于MATLAB／SIMULINK的仿真研究，取得了合理的理论成果。论文的最后是对本文工作的总结和展望。
With the development of modern technology and the improvement of standard of living, convey system is applied in business and industrial fields, such as the luggage transportation line of the aerodrome, the sorting machine system in post, and the transportation line in mine, etc. Convey system was driven by rotary motor in the past. The shortage of this kind of system is that the mechanical frictional waste and noises cannot neglect. This results in the low efficiency and the short life of the equipment. And for that, it can't guarantee the reliability of the system for long term running.
This paper will introduce you a new convey system for suspend which is of push type and applied in linear motion occasions. The new system is driven by linear motor and controlled by logical programmable controller (PLC) and the microprocessor (PIC). Because there isn't middle transmission equipment in the system, in its performance in the noises and the mechanical frictional waste, it is a more superior way than the traditional one, which is driven by rotary motor. The system was designed in module. And this make the performance of the control system improved prominently and the function of the system can be extended or reduced conveniently.
Based on the introduced of the main structure of the linear-motor-driven suspending push-type convey system, this paper expatiate the logical control subsystem and driven control subsystem of this convey system.
First, this paper introduces the basic principle, the development, the category of linear motor and its control technology. Second, the mechanical structure and the electrical principle of the convey system. Third, the principle and realize of the technique used in the logical control subsystem and the driven control subsystem is expatiated. The technique include the variable frequency technology, the direct self-control technology, the EMI, etc.Finally, this paper summarizes the research course and advances the prospect of the project.
论文结合贵州省科委立项的物流传输系统的课题工作，研究了一种新型的适用于物件直线输送场合的悬式推挂物流传输系统。它采用直线电机直接驱动，由逻辑控制器(PLC)控制。由于它不需要中间传动装置，因而在机械磨损和噪音的性能方面要明显优于由传统的旋转电机驱动的物流传输系统。对直线电机的控制采用SPWM、DSC等控制技术，使得控制系统的性能得到了极大的提高。同时由于系统采用模块化设计，使得系统的功能容易扩展或简化。
论文首先宏观介绍直线电机和相关控制技术的基本原理、发展历史及其分类方法，然后整体介绍悬式推挂物流传输控制系统的整体机械结构和电气工作原理。接着由上而下，分层详细阐述了组成系统的逻辑控制部分和电机驱动部分两个子系统。在系统的逻辑控制部分，主要阐述了系统的功能、结构的划分以及整体的逻辑控制软件的实现。在电机驱动部分主要说明了电机的控制策略、变频驱动技术的原理和在本系统的实现。该项目目前已经通过鉴定，各项指标均已符合项目的要求。鉴定意见认为，本系统与传统物料推挂系统相比，具有噪音小，工作效率高，控制方便、灵活，且可智能化运行的优点；与国外类似功能的产品相比，造价低。在国内外市场具有强的竞争力。本项目具有自主知识产权，据检索，国内尚未发现同类成果，项目成果填补了国内空白，其综合性能具有国内领先水平。
论文还就直接转矩控制技术，变频技术产生的电磁污染的控制问题进行了讨论。并进行了实验和基于MATLAB／SIMULINK的仿真研究，取得了合理的理论成果。论文的最后是对本文工作的总结和展望。
With the development of modern technology and the improvement of standard of living, convey system is applied in business and industrial fields, such as the luggage transportation line of the aerodrome, the sorting machine system in post, and the transportation line in mine, etc. Convey system was driven by rotary motor in the past. The shortage of this kind of system is that the mechanical frictional waste and noises cannot neglect. This results in the low efficiency and the short life of the equipment. And for that, it can't guarantee the reliability of the system for long term running.
This paper will introduce you a new convey system for suspend which is of push type and applied in linear motion occasions. The new system is driven by linear motor and controlled by logical programmable controller (PLC) and the microprocessor (PIC). Because there isn't middle transmission equipment in the system, in its performance in the noises and the mechanical frictional waste, it is a more superior way than the traditional one, which is driven by rotary motor. The system was designed in module. And this make the performance of the control system improved prominently and the function of the system can be extended or reduced conveniently.
Based on the introduced of the main structure of the linear-motor-driven suspending push-type convey system, this paper expatiate the logical control subsystem and driven control subsystem of this convey system.
First, this paper introduces the basic principle, the development, the category of linear motor and its control technology. Second, the mechanical structure and the electrical principle of the convey system. Third, the principle and realize of the technique used in the logical control subsystem and the driven control subsystem is expatiated. The technique include the variable frequency technology, the direct self-control technology, the EMI, etc.Finally, this paper summarizes the research course and advances the prospect of the project.
引文
1 范承志，王宇峰等，单相整流电路输入正弦电流的控制方法，电工技术杂志，2001，第八期
2 范承志，王宇峰等，一种无位置传感器无刷直流电机驱动电路，微电机，第34卷，第3期，2001
3 范承志等，单相整流电路交流侧输入电流的谐波控制，电工技术，No．8，2001
4 范承志，李子鑫等，长定子直线电机驱动的传输系统，微电机，第35卷，第4期，2002
5 范承志，李子鑫等，物流传输用长定子直线电机系统研究，电工技术，No．1，2003
6 Externally resonated linear microvibromotor for microassembly Kazuhiro Saitou; Dung-An Wang; Wou, S.J. Microelectromechanical Systems, Journal of, Volume: 9 Issue: 3, Sept. 2000
7 Comparative investigation of rotary and linear motor feed drive systems for high precision machine tools Brandenburg, G.; Bruckl, S.; Dormann, J.; Heinzl, J.; Schmidt, C. Advanced Motion Control, 2000. Proceedings. 6th International Workshop on, 2000
8 The application of linear motors Budig, P.-K. Power Electronics and Motion Control Conference, 2000. Proceedings. PIEMC 2000. The Third International, Volume: 3,2000
9 A transfer-positioning system with linear DC motor Kajioka, M.; Torii, S.; Watada, M.; Ebihara, D. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE, Volume: 2,2000
10 State of the art and development trends of ultrasonic linear motors Hemsel, T.; Wallaschek, J. Ultrasonics Symposium, 2000 IEEE, Volume: 1,2000
11 A novel design of an air-core type permanent magnet linear brushless motor by space harmonics field analysis Gyu-Hong Kang; Jung-Pyo Hong; Gyu-Tak Kim Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5 Part: 1, Sept. 2001
12 Examination of leakage and end effects in a linear synchronous motor for vertical transportation by means of finite element computation Platen, M.; Henneberger, G Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5 Part: 1, Sept. 2001
13 Design and analysis of slotless type permanent-magnet linear brushless motor by using equivalent magnetizing current Gyu-Hong Kang; Jung-Pyo Hong; Gyu-Tak Kim Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5, Sept.-Oct. 2001
14 Trial production and experiments of linear actuator with HTS bulk secondary Muramatsu, R.; Sadakata, S.; Tsuda, M.; Ishiyama, A. Applied Superconductivity, IEEE Transactions on, Volume: 11 Issue: 1 Part: 2, March 2001
15 Permanent-magnet linear actuator for static and reciprocating short-stroke electromechanical systems Evans, S.A.; Smith, I.R.;
Kettleborough, J. G. Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, Volume: 6 Issue: 1 , March 2001
16 Thermal management techniques for an advanced linear motor in an electric aircraft recovery system Elwell, R.J.; Garman, R. W.; Doyle, M. Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 1 Part: 1, Jan. 2001
17 3 degrees of freedom control of semi-zero-power magnetic levitation suitable for two-dimensional linear motor Jiangheng Liu; Koseki, T. Electrical Machines and Systems, 2001. ICEMS 2001. Proceedings of the Fifth International Conference on, Volume: 2, Aug 2001
18 S.A.纳萨尔，L.E.昂尼韦尔著，朱东起等译，电机及其电子控制，科学出版社，1992．6
19 李永东，脉宽调制技术——回顾、现状及展望，电气传动，1996(3)：2-12
20 张岳匀，谢运祥等，交流传动系统PWM技术的近期发展与展望，微电机，1999，第32卷，第一期
21 王研，杜军红，陶伟宜等，基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究，电机与控制学报，2000．2
22 同步电动机电磁力角与最大推力控制策略的研究 王福忠 汪旭东等 煤炭学报．2001，26(3)．-307-312
22 基于场路结合的永磁直线同步电机的解析计算 汪旭东 袁世鹰等 微电机．2001，34(1)．-15-17，56
23 不对称运行永磁直线同步电动机稳态性能计算 汪旭东 王兆安 电工技术学报．2001，16(2)．-10-13，87
24 一种新型全局优化算法在直线电机优化设计中的应用 贾宏新 叶云岳等 微特电机．2001，29(1)．-3-5，9
25 直线电机的基于模型扰动抑制设计 张凤，王飞等 沈阳工业大学学报．2001，23(1)．-36-38
26 圆筒型直线感应电动机温度场的有限元计算 刘元江 刘新正等 微电机．2000，33(6)．-10-12
27 直线同步振荡电动机 丁志刚 微电机．2000，33(4)．-36-38
28 直线电机驱动的活塞式空气压缩机 上官璇峰 李伟 微特电机，2000，28(6)．-34-36
29 直线永磁同步伺服电动机的H∞鲁棒自适应控制 郭庆鼎 孙艳娜电工技术学报．2000，15(4)．-1-4
30 基于内模原理的直线永磁同步伺服电机H∞控制 郭庆鼎 孙艳娜 控制理论与应用．2000，17(4)．-509-512，518
31 基于在线辨识补偿的永磁直线同步电机模型参考自适应神经网络速度控制 郭庆鼎 王军 电气传动．2000，30(4)．-16-19
32 永磁直线同步电动机垂直动输系统的研究现状 汪旭东 王兆安 微电机．2000，33(5)．-35-38
33 基于子波变换技术对直线感应电动机端部效应的分析 Mori,Y 马丽玫国外大电机．2000，(3)．-42-44
34 永磁同步直线电机推力及垂直力的有限元计算 李庆雷 王先逵 清华大学学报：自科版．2000，40(5)．-20-23
35 永磁同步直线电机推力波动分析及改善措施 李庆雷
王先逵 清华大学学报：自科版．2000，40(5)．-33-36
36 永磁式减速直线同步电机稳态运行特性的分析 梁得亮 微特电机．2000，28(1)．-6-8，12
37 永磁直线振动电机的优化设计 孙明施 王群京 微特电机．2000，28(1)．-31-32，42
38 基于迭代参数采用模拟退火法的直线感应电动机的优化设计 叶云岳 卢琴芬 电工技术学报．2000，15(2)．-36-40
39 最优预见补偿控制在PMLSM伺服系统中的应用 周悦 郭威 沈阳建筑工程学院学报．2000，16(1)．-75-78
40 反应式减速直线同步电机起动性能的仿真 梁得亮 丁梵林 西安交通大学学报．2000，34(2)．-20-23
41 直线感应电动机次级受力及速度分析 郭晓红 郭宏凯 华北电力大学学报．1999，26(3)．-25-29
42 34日本超声电机的产业化，应用和发展 赵淳生 李朝东 振动测试与诊断．1999，19(1)．-1-7
43 永磁直线同步伺服系统采用神经网络的实时IP位置控制器的在线设计 郭庆鼎 周悦 电工技术学报．1999,14(6)．-1-4
44 影响直线异步电动机静态纵向边端效应的几种因素 梁得亮 陈世坤 中小型电机．1999，26(6)．-4-7
45 高频响精密位移直线电机及其控制的研究 邓中亮 中国电机工程学报．1999，19(2)．-41-46
46 邓中亮，王先逵，直线电机的智能化PID控制，电气传动，No．2，1993
47 叶云岳，直线电机原理与应用，机械工业出版社，2000．6
48 叶云岳，新型直线驱动装置与系统，冶金工业出版社，2000．9
49 诸静等著，模糊控制原理与应用，机械工业出版社，1995
50 李夙，异步电动机直接转矩控制，机械工业出版社，1999．8
51 陈伯时，陈敏逊，交流调速系统，机械工业出版社，2000．11
52 许大中，贺益康，电机控制，浙江大学出版社，1995
53 山田一，直线电机及其应用技术，湖南科学出版社，1978
2 范承志，王宇峰等，一种无位置传感器无刷直流电机驱动电路，微电机，第34卷，第3期，2001
3 范承志等，单相整流电路交流侧输入电流的谐波控制，电工技术，No．8，2001
4 范承志，李子鑫等，长定子直线电机驱动的传输系统，微电机，第35卷，第4期，2002
5 范承志，李子鑫等，物流传输用长定子直线电机系统研究，电工技术，No．1，2003
6 Externally resonated linear microvibromotor for microassembly Kazuhiro Saitou; Dung-An Wang; Wou, S.J. Microelectromechanical Systems, Journal of, Volume: 9 Issue: 3, Sept. 2000
7 Comparative investigation of rotary and linear motor feed drive systems for high precision machine tools Brandenburg, G.; Bruckl, S.; Dormann, J.; Heinzl, J.; Schmidt, C. Advanced Motion Control, 2000. Proceedings. 6th International Workshop on, 2000
8 The application of linear motors Budig, P.-K. Power Electronics and Motion Control Conference, 2000. Proceedings. PIEMC 2000. The Third International, Volume: 3,2000
9 A transfer-positioning system with linear DC motor Kajioka, M.; Torii, S.; Watada, M.; Ebihara, D. Industry Applications Conference, 2000. Conference Record of the 2000 IEEE, Volume: 2,2000
10 State of the art and development trends of ultrasonic linear motors Hemsel, T.; Wallaschek, J. Ultrasonics Symposium, 2000 IEEE, Volume: 1,2000
11 A novel design of an air-core type permanent magnet linear brushless motor by space harmonics field analysis Gyu-Hong Kang; Jung-Pyo Hong; Gyu-Tak Kim Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5 Part: 1, Sept. 2001
12 Examination of leakage and end effects in a linear synchronous motor for vertical transportation by means of finite element computation Platen, M.; Henneberger, G Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5 Part: 1, Sept. 2001
13 Design and analysis of slotless type permanent-magnet linear brushless motor by using equivalent magnetizing current Gyu-Hong Kang; Jung-Pyo Hong; Gyu-Tak Kim Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 5, Sept.-Oct. 2001
14 Trial production and experiments of linear actuator with HTS bulk secondary Muramatsu, R.; Sadakata, S.; Tsuda, M.; Ishiyama, A. Applied Superconductivity, IEEE Transactions on, Volume: 11 Issue: 1 Part: 2, March 2001
15 Permanent-magnet linear actuator for static and reciprocating short-stroke electromechanical systems Evans, S.A.; Smith, I.R.;
Kettleborough, J. G. Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, Volume: 6 Issue: 1 , March 2001
16 Thermal management techniques for an advanced linear motor in an electric aircraft recovery system Elwell, R.J.; Garman, R. W.; Doyle, M. Magnetics, IEEE Transactions on, Volume: 37 Issue: 1 Part: 1, Jan. 2001
17 3 degrees of freedom control of semi-zero-power magnetic levitation suitable for two-dimensional linear motor Jiangheng Liu; Koseki, T. Electrical Machines and Systems, 2001. ICEMS 2001. Proceedings of the Fifth International Conference on, Volume: 2, Aug 2001
18 S.A.纳萨尔，L.E.昂尼韦尔著，朱东起等译，电机及其电子控制，科学出版社，1992．6
19 李永东，脉宽调制技术——回顾、现状及展望，电气传动，1996(3)：2-12
20 张岳匀，谢运祥等，交流传动系统PWM技术的近期发展与展望，微电机，1999，第32卷，第一期
21 王研，杜军红，陶伟宜等，基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究，电机与控制学报，2000．2
22 同步电动机电磁力角与最大推力控制策略的研究 王福忠 汪旭东等 煤炭学报．2001，26(3)．-307-312
22 基于场路结合的永磁直线同步电机的解析计算 汪旭东 袁世鹰等 微电机．2001，34(1)．-15-17，56
23 不对称运行永磁直线同步电动机稳态性能计算 汪旭东 王兆安 电工技术学报．2001，16(2)．-10-13，87
24 一种新型全局优化算法在直线电机优化设计中的应用 贾宏新 叶云岳等 微特电机．2001，29(1)．-3-5，9
25 直线电机的基于模型扰动抑制设计 张凤，王飞等 沈阳工业大学学报．2001，23(1)．-36-38
26 圆筒型直线感应电动机温度场的有限元计算 刘元江 刘新正等 微电机．2000，33(6)．-10-12
27 直线同步振荡电动机 丁志刚 微电机．2000，33(4)．-36-38
28 直线电机驱动的活塞式空气压缩机 上官璇峰 李伟 微特电机，2000，28(6)．-34-36
29 直线永磁同步伺服电动机的H∞鲁棒自适应控制 郭庆鼎 孙艳娜电工技术学报．2000，15(4)．-1-4
30 基于内模原理的直线永磁同步伺服电机H∞控制 郭庆鼎 孙艳娜 控制理论与应用．2000，17(4)．-509-512，518
31 基于在线辨识补偿的永磁直线同步电机模型参考自适应神经网络速度控制 郭庆鼎 王军 电气传动．2000，30(4)．-16-19
32 永磁直线同步电动机垂直动输系统的研究现状 汪旭东 王兆安 微电机．2000，33(5)．-35-38
33 基于子波变换技术对直线感应电动机端部效应的分析 Mori,Y 马丽玫国外大电机．2000，(3)．-42-44
34 永磁同步直线电机推力及垂直力的有限元计算 李庆雷 王先逵 清华大学学报：自科版．2000，40(5)．-20-23
35 永磁同步直线电机推力波动分析及改善措施 李庆雷
王先逵 清华大学学报：自科版．2000，40(5)．-33-36
36 永磁式减速直线同步电机稳态运行特性的分析 梁得亮 微特电机．2000，28(1)．-6-8，12
37 永磁直线振动电机的优化设计 孙明施 王群京 微特电机．2000，28(1)．-31-32，42
38 基于迭代参数采用模拟退火法的直线感应电动机的优化设计 叶云岳 卢琴芬 电工技术学报．2000，15(2)．-36-40
39 最优预见补偿控制在PMLSM伺服系统中的应用 周悦 郭威 沈阳建筑工程学院学报．2000，16(1)．-75-78
40 反应式减速直线同步电机起动性能的仿真 梁得亮 丁梵林 西安交通大学学报．2000，34(2)．-20-23
41 直线感应电动机次级受力及速度分析 郭晓红 郭宏凯 华北电力大学学报．1999，26(3)．-25-29
42 34日本超声电机的产业化，应用和发展 赵淳生 李朝东 振动测试与诊断．1999，19(1)．-1-7
43 永磁直线同步伺服系统采用神经网络的实时IP位置控制器的在线设计 郭庆鼎 周悦 电工技术学报．1999,14(6)．-1-4
44 影响直线异步电动机静态纵向边端效应的几种因素 梁得亮 陈世坤 中小型电机．1999，26(6)．-4-7
45 高频响精密位移直线电机及其控制的研究 邓中亮 中国电机工程学报．1999，19(2)．-41-46
46 邓中亮，王先逵，直线电机的智能化PID控制，电气传动，No．2，1993
47 叶云岳，直线电机原理与应用，机械工业出版社，2000．6
48 叶云岳，新型直线驱动装置与系统，冶金工业出版社，2000．9
49 诸静等著，模糊控制原理与应用，机械工业出版社，1995
50 李夙，异步电动机直接转矩控制，机械工业出版社，1999．8
51 陈伯时，陈敏逊，交流调速系统，机械工业出版社，2000．11
52 许大中，贺益康，电机控制，浙江大学出版社，1995
53 山田一，直线电机及其应用技术，湖南科学出版社，1978