基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中试沼气发酵控制系统，属于自动控制领域。
【背景技术】
[0002] 目前沼气发酵的控制系统一般是以PLC为控制核心，以变频器驱动三相异步电动 机执行驱动，在实际工作中存在如下问题：
[0003] I. PLC及其附属变频器等模块的价格昂贵：
[0004] PLC以其优异的控制性能在工业中广泛应用，但是对于小型的沼气发酵中试系统 中应用PLC及其附属扩展模块，在成本的投入上过高。
[0005] 2.三相异步电动机组成的进出料执行系统，控制精度低，响应速度慢：
[0006] 中试试验中，进出料的料量会对试验产气量产生直接影响，因此必须保证精确的 进出料量。三相异步电动机的转子惯量较大，很难实现即起即停，对进出料量实现精确控 制。
[0007] 3.三相异步电动机的工作效率低、能耗大：
[0008] 三相异步电动机是通过定、转子之间的电磁感应来进行旋转，在建立能量传统通 路的过程中会损失大量能量，致使电机的功率因数低、效率差，损失了大量电能。
[0009] 4.控制系统结构不健全、保护措施不完善。
【发明内容】
[0010] 本发明目的是为了解决现有中试沼气发酵控制系统效率低、能耗大的问题，提供 了一种基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统。
[0011] 本发明所述基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，该控制系统包括DSP、计 算机、手持无线操控器、电机驱动器、闸门开关、传感器和电机；
[0012] DSP接收计算机或手持无线操控器的控制信号，DSP根据接收的控制信号同时驱 动电机驱动器和闸门开关，电机驱动器驱动电机启动，DSP接收传感器的传感器信号，DSP 根据传感器信号对电机的控制信号进行调节；
[0013] DSP和计算机采用RS232进行通讯，DSP和手持无线操控器采用nRF905无线模块 进行无线通讯；
[0014] 闸门开关用于控制输料管的闸门；
[0015] 电机用于驱动输送沼气发酵粘稠液的螺杆栗。
[0016] 本发明的优点：本发明提出了一种基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统， 将效率高、调速性能好的永磁无刷直流电动机作为发酵系统驱动电机，能够减小系统能耗， 优化执行性能，进出料控制量更加精确。电机控制系统采用转速和电流双闭环调速，加入 "模糊控制"智能算法，调速性能更好，控制性能更加精确；设置完善的故障检测和保护措 施，及时进行故障判别和控制调整，保证系统工作的顺利进行；外设手持无线操控面板，操 作不仅限制在人机界面，调控更加灵活。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明所述基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统的结构示意图；
[0018] 图2是本发明所述基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统的电机控制原理 图；
[0019] 图3是永磁无刷直流电机的转速波形图；
[0020] 图4是三相异步电机的转速波形图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0021] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于无刷直流 电机的中试沼气发酵控制系统，该控制系统包括DSP1、计算机2、手持无线操控器3、电机驱 动器4、闸门开关5、传感器6和电机7 ;
[0022] DSPl接收计算机2或手持无线操控器3的控制信号，DSPl根据接收的控制信号同 时驱动电机驱动器4和闸门开关5，电机驱动器4驱动电机7启动，DSPl接收传感器6的传 感器信号，DSPl根据传感器信号对电机的控制信号进行调节；
[0023] DSPl和计算机2采用RS232进行通讯，DSPl和手持无线操控器3采用nRF905无 线模块进行无线通讯；
[0024] 闸门开关5用于控制输料管的闸门；
[0025] 电机7用于驱动输送沼气发酵粘稠液的螺杆栗。
【具体实施方式】 [0026] 二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进 一步说明，电机7采用永磁无刷直流电机，传感器6霍尔位置传感器6-1、无位置传感器6-2 和电流传感器6-3,永磁无刷直流电机的驱动过程为：霍尔位置传感器6-1获取电机7的位 置信号，DSPl根据位置信号计算电机7的当前速度n'DSPl将电机7的初始速度η和当前 速度ηΜ乍差，对差值进行模糊控制计算，获取第一次模糊控制输出值u (k)，电流传感器6-3 检测电机7的电流值，DSPl将模糊控制输出值u (k)和电机7的电流值作差后进行模糊控制 计算，获取第二次模糊控制输出值u ' (k)，电机驱动器4根据第二次模糊控制输出值u ' (k)控制电机7的转动。
[0027] 本实施方式中，采用逆变器控制永磁无刷直流电机进行正反向运转，在卡栗或熟 料管阻塞时，有利于杂物的逆向排出。
【具体实施方式】 [0028] 三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进 一步说明，电机驱动器4采用逆变器。
【具体实施方式】 [0029] 四：本实施方式对实施方式三作进一步说明，DSPl检测到故障时， DSPl判断故障类型，当故障类型是位置信号缺失时，DSPl控制霍尔位置传感器6-1关闭， 打开无位置传感器6-2,永磁无刷直流电机的驱动过程切换为无位置传感器控制方式工作； 当故障类型是螺杆栗卡栗、输料管阻塞或电机7过流过压时，DSPl控制电机7停止工作，并 发出报警信号；当故障类型是闸门开关5误操作时，DSPl控制电机7继续运行，同时控制闸 门开关5锁死。
[0030] 本实施方式中，无位置传感器控制方式能够保证进料系统的有序运行。
[0031] 本发明中，电机7采用永磁无刷直流电机，无刷直流电机的控制上设计成转速和 电流双闭环调速系统，如图2所示。外环是速度环，对转速调节起主要作用；内环是电流环， 主要负责负载转矩的匹配。其中，加入"模糊控制"智能算法，调速性能更好。
[0032] 本发明是将高效的永磁无刷直流电动机应用到沼气发酵驱动领域，代替三相异步 电动机做为沼气发酵控制系统的驱动电机。表1是永磁无刷直流电机和三相异步电机性能 的比较：
[0033] 表1永磁无刷直流电机和三相异步电机性能比较
[0035] 从表1可以看出，无刷直流电机在电机效率、控制成本、调速性能和控制精度方面 均优于三相异步电机。
[0036] 永磁无刷直流电机是通过电子换向驱动转子运转，具有快速的速度响应特性，如 图3和图4所示，永磁无刷直流电机的起停及转速切换的速度是三相异步电机的一百多倍， 因此在进出料的控制上更加精确。
[0037] 本发明的基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，能够节约用电能耗，可以 不在人为的参与下，定时定量完成进出料，并能够对进出料过程中出现的故障问题自动处 理，保证系统安全运行。
【主权项】
1. 基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，其特征在于，该控制系统包括 DSP(l)、计算机（2)、手持无线操控器（3)、电机驱动器（4)、闸门开关（5)、传感器（6)和电 机（7); DSP(I)接收计算机（2)或手持无线操控器（3)的控制信号，DSP(I)根据接收的控制信 号同时驱动电机驱动器（4)和闸门开关（5)，电机驱动器（4)驱动电机（7)启动，DSP(I)接 收传感器（6)的传感器信号，DSP(I)根据传感器信号对电机的控制信号进行调节； DSP(I)和计算机（2)采用RS232进行通讯，DSP(I)和手持无线操控器（3)采用nRF905 无线模块进行无线通讯； 闸门开关（5)用于控制输料管的闸门； 电机（7)用于驱动输送沼气发酵粘稠液的螺杆栗。2. 根据权利要求1所述的基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，其特征在于， 所述电机（7)采用永磁无刷直流电机，传感器（6)包括霍尔位置传感器（6-1)、无位置传感 器（6-2)和电流传感器（6-3)，永磁无刷直流电机的驱动过程为：霍尔位置传感器（6-1)获 取电机（7)的位置信号，DSP⑴根据位置信号计算电机（7)的当前速度DSP(I)将电 机（7)的初始速度n和当前速度，作差，对差值进行模糊控制计算，获取第一次模糊控制 输出值u(k)，电流传感器（6-3)检测电机（7)的电流值，DSP⑴将模糊控制输出值u(k)和 电机（7)的电流值作差后进行模糊控制计算，获取第二次模糊控制输出值u' (k)，电机驱 动器（4)根据第二次模糊控制输出值u' (k)控制电机（7)的转动。3. 根据权利要求2所述的基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，其特征在于， 电机驱动器（4)采用逆变器。4. 根据权利要求3所述的基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，其特征在于， DSP(I)检测到故障时，DSP(I)判断故障类型，当故障类型是位置信号缺失时，DSP(I)控制 霍尔位置传感器（6-1)关闭，打开无位置传感器（6-2)，永磁无刷直流电机的驱动过程切换 为无位置传感器控制方式工作；当故障类型是螺杆栗卡栗、输料管阻塞或电机（7)过流过 压时，DSP(I)控制电机（7)停止工作，并发出报警信号；当故障类型是闸门开关（5)误操作 时，DSP⑴控制电机（7)继续运行，同时控制闸门开关（5)锁死。
【专利摘要】基于无刷直流电机的中试沼气发酵控制系统，属于自动控制领域，本发明为解决现有中试沼气发酵控制系统效率低、能耗大的问题。本发明包括DSP、计算机、手持无线操控器、电机驱动器、闸门开关、传感器和电机；DSP接收计算机或手持无线操控器的控制信号，DSP根据控制信号驱动电机驱动器和闸门开关，电机驱动器驱动电机启动，DSP接收传感器的传感器信号，DSP根据传感器信号对电机的控制信号进行调节；DSP和计算机采用RS232进行通讯，DSP和手持无线操控器采用nRF905无线模块进行无线通讯；闸门开关用于控制输料管的闸门；电机用于驱动输送沼气发酵粘稠液的螺杆泵。本发明用于沼气发酵。
【IPC分类】H02P6/08
【公开号】CN105207546
【申请号】CN201510570944
【发明人】周闯, 秦国辉, 王玉鹏, 刘伟, 王欣, 郭广亮, 苏小红, 陆佳, 罗向东, 徐晓秋
【申请人】黑龙江省能源环境研究院
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月9日