永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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無刷直流電機以體積小、重量輕、效率高、調速性能好、無換向火花及無勵磁損耗等諸多優點被大量應用于家電、交通、醫療器械、數控機床及機器人等領域，現代工業的快速發展對無刷直流電機控制系統的性能要求也越來越高。可以預見，隨著永磁材料和電力電子器件價格進一步的降低，無刷直流電機驅動理論的研究不斷深入，無刷直流電機的應用前景將更加廣泛。 本文通過閱讀大量文獻資料，介紹了無刷直流電機的發展現狀、研究動態及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特點是不依賴于對象模型，利用制定的控制規則進行了模糊推理從而獲得合適的控制量。運用Matlab/Simulink對控制系統進行了建模和仿真，其中速度環采用模糊PI調節，電流環采用傳統的PI調節，為后面的實驗提供了理論分析的基礎。 結合無刷直流電機的結構，利用電機內部的霍爾元件檢測轉子位置。根據模糊控制器的設計方法，給出了模糊控制查詢表。采用TI公司的數字信號處理器TMS320F2812作為主控芯片，在硬件上設計了整流電路、逆變電路、驅動電路、調理及保護電路等；在DSP軟件開發環境CCS下，采用C語言和匯編語言進行了混合編程，實現了轉子位置信號的讀取、PWM波的產生、AD采樣、速度模糊PI調節及電流調節等功能。 通過對整個控制系統的軟硬件聯合調試，進行了相關實驗。相對傳統的控制系統，采用模糊PI控制的系統具有響應速度快、超調量小、穩定性好等優點。實驗結果表明了無刷直流電機模糊控制系統設計的正確性。最后對整個設計進行了總結，對后續的工作給出了自己的見解。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現代電氣傳動控制的發展趨勢之一是開發新的交流調速與伺服系統。無論在矢量控制還是標量控制中，轉速與位置的閉環控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統，并加入了反映電機系統模型誤差和環境干擾的系統噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉子位置與轉速作為系統狀態變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統中。通過仿真，與電機實際運行狀態進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統狀態變量，建立新的完全線性化的系統方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統協方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數調節任務，易于數字化實現，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統模型不確定性與測量噪聲體現在系統方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態觀測系統的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉子位置與轉速。本系統可以代替傳統速度傳感器，為電機控制系統提供轉子位置和轉速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術、微處理器技術、控制理論及永磁材料等技術的快速發展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領域得到了越來越廣泛的關注，隨著FPGA的技術的普及和廣泛應用，使得各種先進的控制算法得以實現，于是數字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數學建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數學模型進行了推導的基礎上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統控制系統仿真建模的新方法。其次對常用的數字脈寬調制方法進行了數學推導，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結構控制應用于永磁同步電機的調速系統中，改善了傳統PI控制器參數整定繁瑣、系統魯棒性差的缺點，仿真結果驗證了該系統設計方案的優越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎上，根據永磁同步電機控制器的設計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設計方案。按照FPGA模塊化設計思想，將整個系統進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發板上完成硬件驗證，驗證結果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩定運行，從而證實了本設計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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高溫超導（High Temperature Superconductor,HTS）磁陰電動機與傳統磁陰電動機相比，能夠以更小的體積和重量實現更大的輸出功率、更高的功率因數和效率.國外有關超導磁阻電動機的研究目前還處于初級階段，國內在這一領域更為滯后.論文以普通磁阻電動機的電磁關系為基礎，結合超導材料特殊的電磁特性，初步提出了超導磁阻電動機電磁設計的一般原則;并嘗試進行了一臺額定功率為150W的內反應式HTS磁阻電動機的電磁設計.論文以實際設計的一臺內反應式HTS磁阻電動機樣機作為分析實例，基于第二類超導體臨界態Kim模型和電磁場的有限元方法，提出了一般HTS磁阻電動機的內部磁場及交、直軸同步電抗的分析與計算方法.并在此基礎上進一步研究了如何借助HTS磁阻電動機的電抗曲線分析HTS磁阻電動機的穩態工作特性.論文對常規磁阻電動機與HTS磁阻電動機進行了比較.計算結果表明，在電機尺寸、結構不變的前提下，超導磁阻電動機比常規磁阻電動機明顯地提高了電機X/X值，因而以更小的尺寸獲得了更大的輸出轉矩、更高的效率和功率因數，同時電機的穩定運行區間也有所增大.計算結果還表明，采用抗磁性更強的YBCO塊材作為交軸阻磁介質，能夠保證轉子在獲得較大的直、交軸磁阻差異的同時不必犧牲較大的極孤系數和氣隙寬度，從而氣隙磁密有較好的波形，電機具有較好的同步性能.論文也對幾種具有相同定子但轉子結構不同的HTS磁阻電動機做了比較，比較結果顯示，ALA式HTS磁阻電動機比內反應式HTS磁阻電動機具有更大的輸出轉矩;當輸出功率較大時，ALA結構的HTS磁阻電動機還比內反應結構具有更好的穩態工作特性.另外發現，thin-zebra ALA式HTS磁阻電動機的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻電動機更好.在進行內反應式HTS磁阻電動機的設計時，內反應槽既要盡量阻隔交軸磁通，又要分布的比較均勻，這樣才能既獲得足夠的直、交軸同步電抗比，又削弱轉矩脈動，從而最終改善電機的同步性能.
上傳時間： 2013-04-24
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玻璃是一種重要的建筑和裝飾材料,被廣泛應用于樓房搭建、汽車生產、家具制造等各個領域,而玻璃切割是形成玻璃成品的一個重要工序.目前,國產的切割系統在精度、速度、可靠性方面與國外同類產品相比都還要有一定的差距,因此國內玻璃切割廠家的切割設備大多依賴于進口.同時,隨著以計算機技術為代表的信息技術的發展,計算機集成制造(CIM)被逐漸應用于制造行業,企業的生產模式從生產過程的單一自動化到產品設計、加工制造、經營管理等全過程的綜合自動化.參考國外切割系統的一些先進技術并遵循CIM中信息自動化的基本思想,該文針對開發一套基于PC管理和CNC控制的自動玻璃切割系統展開論述.論文首先簡述了數控技術的發展趨勢和CIM的思想,在此基礎上分析了系統的上位機管理軟件的功能以及下位機硬件配置,并形成系統總體框架.接著就軟件實現的幾個主要部分——系統數據庫管理、任意形狀產品圖形信息的導入、產品排樣優化以及上位機與下位機通信接口的實現分別作了詳細的論述.而對下位機部分則主要介紹其電控系統設備的組成、強弱電控制系統的設計、控制過程中數據的相互傳遞等,并就系統運行時PC機、CNC及PLC三者如何相互配合實現回原點動作、手動操作、自動切割等關鍵過程作了完整的解釋.同時,該文就玻璃切割系統的核心技術——型材的優化問題作了專門的研究,分別提出了一種基于直觀啟發式思維的實用算法和基于降維數學模型的近似算法,并對幾種典型的現代化算法在本優化問題中的應用前景作了簡要介紹.最后,該文簡要介紹了系統調試過程,以及投入運行的主要操作界面及操作流程,并提出了一些針對系統改進和擴展的建議和方案.
上傳時間： 2013-06-17
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旋轉彎曲疲勞試驗機是測定材料機械性能的基本設備之一，應用范圍廣泛。隨著試驗機技術和微電子技術的快速發展，舊有的試驗機測控系統已逐漸不能適應廣大用戶的測試需求，迫切要求新一代試驗機測控系統向數字化、智能化、集成化方面邁進。 本課題研究的主要任務是在分析和總結國內外同類試驗機測控系統技術現狀的基礎上，吸收先進的微電子技術和試驗機控制技術，開發一套新型的基于ARM微處理器的旋轉彎曲疲勞試驗機測控系統。論文圍繞這個任務，主要進行了如下幾個方面的研究工作： 1.分析旋轉彎曲疲勞試驗機的系統工作原理與測量參數，制定試驗機測控系統的總體設計方案，并對測控系統中ARM主控制器要實現的功能進行具體分析。 2.依照總體方案，設計出以32位ARM微處理器LPC2210為核心的主控制器，對系統測量模塊、驅動模塊及外圍電路進行了電路設計；分析系統交流驅動單元的工作原理，并對ARM實現系統交流電機的調速控制作出具體闡述。 3.針對系統交流電機的調速控制，在建立交流系統數學模型的基礎上，采用一種基于現代控制理論的矢量控制算法并附以PID控制策略來實現無級精度調速。 4.移植實時嵌入式操作系統μC/OS-Ⅱ至LPC2210，編寫啟動代碼和主任務程序，對各任務模塊設計用戶應用程序，并對上位機的軟件系統設計進行結構規劃。 5.對基于ARM的旋轉彎曲疲勞試驗機測控系統進行軟硬件調試，并完成部分試驗。
上傳時間： 2013-06-06
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本文介紹一種基于ST72141 專用電機控制芯片的無刷直流電動機控制系統，簡述了其自有的反電動勢檢測原理及實現該系統控制的硬件設計和軟件設計。無刷直流電動機由于轉子采用永磁材料勵磁，無
上傳時間： 2013-06-05
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電火花線切割加工是一種高精度和高柔性的加工方法，在模具制造、成形刀具加工、難加工材料和精密復雜零件的加工等方面得到了廣泛的應用。數控系統是數控機床的核心，開發出低成本、高效率的開放式電火花線切割加工數控系統具有十分重要的現實意義。 本文首先提出了基于ARM及嵌入式Linux的往復走絲電火花線切割數控系統的開發方案。采用ARM微處理器+AVR單片機接口電路作為電火花線切割數控系統的硬件平臺。 通過構建2.6內核版本的嵌入式Linux系統，并將嵌入式GUI解決方案QtopiaCore4移植到該系統，建立了交叉編譯環境，在此基礎上成功地開發了高速走絲電火花線切割加工數控系統軟件原型，并設計了單片機接口電路，使用C語言編寫了相應的控制程序，實現了數控軸驅動步進電機的控制。 最后，本文建立了數控系統的調試環境，并對開發的數控系統軟件進行了聯機調試、系統軟件測試和實例加工。測試和實例加工結果表明，基于ARM和嵌入式Linux的電火花線切割加工數控系統技術途徑的可行性，并實現了預期的數控功能。
上傳時間： 2013-04-24
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X射線衍射儀目前被廣泛應用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教學、材料生產等諸多領域。而X射線管是X衍射儀的關鍵部件之一，X射線被激發時會產生兩種譜線：特征譜線和連續譜線。X射線管的工作狀態決定能否產生符合實驗要求的X射線特征譜線和連續譜線，這就要求我們對X射線管的工作狀態進行精確控制。 本文根據X射線管工作狀態和衍射儀相關功能的要求，提出了基于ARM和uCOS-Ⅱ的衍射儀高壓控制系統的設計方案，并在分析和研究的基礎上，實現并驗證了該方案。該系統以ARM為主控制芯片，結合CPLD芯片，完成對X射線管工作狀態的控制和其它相關功能的控制。由于多任務的需要，在ARM的基礎上引入了嵌入式操作系統uCOS-Ⅱ。具體的，本文完成了相應原理圖和印刷電路板的設計。在ARM7芯片LPC2378上，完成了嵌入式操作系統uCOS-II的移植；在uCOS-II操作系統上，通過對ARM芯片編程，實現了對X射線管的工作狀態進行精確控制，以及光閘、水循環等相關功能的控制。 上述系統已通過實際的安裝調試。測試結果表明，該系統能夠滿足設計要求，實現全部的預期功能，可完成對X射線管的工作狀態的精確控制，和衍射儀相關功能的控制。
上傳時間： 2013-04-24
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