盤式永磁同步電動機是近年來發展起來的新型結構高性能伺服電動機,具有軸向尺寸短、重量輕、體積小、結構緊湊等特點。可以制成多定子多轉子交錯組成的多盤式結構,進一步提高轉矩,特別適合于機器人和大力矩直接驅動裝置。同時由于結構原因,盤式電機的徑向尺寸受到一定限制,半徑太大會增加加工工藝的難度,有時相關的尺寸數據難以保證,為提高電機的輸出功率,一般采用多盤式結構。 目前永磁電機正向著大功率化、高功能化和微型化方向發展,其中高力能密度和高效率是對各類永磁電機設計所提出的共同要求。本文本著提高電機的輸出功率的目的,在總結各種盤式永磁同步電機的結構、特點的基礎上提出了一種新型的基于Halbach陣列的多盤式無鐵心永磁同步電動機,從提高電機的功率密度入手,將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中。利用釹鐵硼永磁材料高矯頑力的優異特性以及Halbach陣列的高聚磁作用來提高電機氣隙磁密,使無鐵心電機變成可能,同時Halbach陣列使軛部的磁通減小,可相應少用或不用軛部。電機重量因此可以大幅度下降,在一定程度上也可降低電機的成本。
上傳時間: 2013-07-06
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該文系統地分析了感應電動機的各種故障特征.針對感應電動機在不對稱狀態下定子電流的正序和負序分量之間的關系,提出了簡便易行的不對稱及斷相保護動作判據.該文根據電動機各種故障的微機保護方案,進行了控制系統的軟件、硬件與抗干擾設計,開發了一種新型的數字化多功能感應電動機保護裝置.這套裝置以先進的80C196KC單片機為核心,采用MAX197進行AD轉換,具有數學采集、處理、實時控制、自動保護及顯示、報警等功能.最后對所研制的保護裝置樣機,模擬電動機的各種故障,進行了充分的動模實驗,驗證了其保護時間的可靠性.
上傳時間: 2013-06-05
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在分析現有的雕刻機數控系統優缺點基礎上,結合高速數控技術的發展,提出了基于高性能DSP開發高性價比的雕刻機直流伺服控制系統的總體設計方案。圍繞系統的總體設計方案,在插補算法研究方面,通過小線段高速加工速度銜接的遞歸數學模型的建立和速度輪廓曲線的修正,實現了具有前瞻功能的自適應插補算法。為了提高雕刻機的跟蹤性能和定位精度,在直流伺服控制系統設計中引入了零相位誤差跟蹤控制器(ZPETC),通過模型辨識、非線性摩擦補償及干擾觀測器的設計,克服了ZPETC存在的對系統建模誤差和參數變化敏感的缺點。 在上述研究的基礎上,搭建了以TMS320C2812型32位定點DSP為控制核心、以L6203為功率驅動模塊、以小功率直流電機為執行機構的二維直流伺服實時運動控制硬件系統,且在DSP開發平臺上完成了系統的所有軟件開發。為了實現系統對高速數據通訊的要求,對DSP串口通訊實時性及提高措施進行了深入研究,提出了一種多緩沖區并行協作的方法,很好地解決了數據的實時通訊問題。系統聯調實驗結果表明:所設計的雕刻機直流伺服控制系統運行穩定、跟蹤精度高,加工速度快,可廣泛應用于數控雕刻機產品。
上傳時間: 2013-04-24
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射頻識別技術是一種自20 世紀80 年代新興的自動識別技術。它是利用無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信。相對于普遍應用的13.56MHz 射頻識別系統,本設計中的868MHz 射頻識別系統有著更多的優點:讀寫距離遠,閱讀速度快等,是目前國際上RFID產品發展的熱點。 本課題研究的內容包括研究符合ISO18000-6 標準的超高頻RFID 電子標簽的主要特點、結構、工作原理及讀寫方法, 重點在于與其相應讀卡器的設計方案, 包括讀卡器的硬件電路設計、軟件程序流程以及與上位機通信的實現。 在硬件設計中,選用ATMEL 公司的AVR 單片機ATmega8 作為主控制器,設計了主控、復位、串行通信等電路。并以RFM 公司開發的TRC101 為射頻收發芯片進行了射頻收發模塊的設計。 軟件設計采用模塊化編程和結構化編程的思想,單片機編程語言為匯編語言,與上位機串行通信采用Visual Basic 編程。經過測試,誤碼率較低,編制的防沖突程序實現了基于隨機二進制算法的防沖突功能。 本設計具有可靠性高,模塊化設計等特點,通過驗證,滿足標準要求,達到了預期的目的,并證明了本設計性能的穩定性和可靠性。
上傳時間: 2013-04-24
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該文研究了無刷直流電機的無位置傳感器控制理論、轉矩波動抑制方法、數字仿真算法和DSP控制技術.首先,該文介紹了無刷直流電機無位置傳感器控制原理,比較了目前幾種常用的無位置傳感器控制方法,提出了基于徑向基函數(RBF)神經網絡的無位置傳感器控制方法.通過離散化位置信號的映射方程,得到網絡的基本輸入輸出,網絡的輸出通過邏輯處理,處理后的結果作為電機控制信號,同時也作為網絡的訓練教師.采用在線學習和離線學習兩種方式訓練網絡,并詳細介紹了兩種方式的算法;其次,該文概述了無刷直流電機轉矩波動的產生原因,重點分析了換相轉矩波動產生的原理,提出了基于誤差反傳(BP)神經網絡的轉矩波動抑制新方法.采用兩個結構相同三層網絡,建立了電壓自校正調節器,對電機端電壓進行瞬時調節,保持電路中電流幅值不變,實現了轉矩波動的自適應調節.另外,該文推導了較全面的電機數學模型,重點研究了無刷直流電機仿真中的幾個關鍵技術,包括氣隙磁場的建立、位置信號的模擬、中心點電壓的計算、二極管續流狀態的實現以及PWM電流控制的仿真.采用面向對象程序設計(OOP)方法,設計了多功能的仿真軟件SIMOT.最后該文介紹了數字信號處理器(DSP)TMS320LF2407的結構和性能,給出了PWM控制和A/D轉換的算法,采用反電勢法原理實現了無位置傳感器控制,并給出了相關的實驗結果.
上傳時間: 2013-07-14
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電能計量的精度無論對于供電方還是對于用電方,都非常重要。傳統電能表的精度低,功能單一,不能滿足精度要求和非正弦電路的無功功率測量。隨著電力電子裝置等非線性負載的功率容量和功率密度的不斷增大,他們所產生的諧波已使電網遭受日益嚴重的污染。在這種情況下,有必要研發新技術新設備。同時,數字信號處理技術(DSP)正在迅速發展,21世紀將是數字信號處理理論與算法的大發展時期。 本項目采用ADI于2004年生產的BLACKFIN531 16位定點DSP芯片。針對目前市場上現行的電能表所存在的缺陷和局限性,研究并設計了一種基于DSP BF531芯片的高精度多功能電能表。采用了諸多最新的理論成果,電能計量精度達到0.2S級,諧波測量精度達到0.5%。在一定的定義下,無功測量方法不但適用于正弦電路,也適用于非正弦電路下的無功功率測量。全書共分七章: 第一章、簡述了電能計量裝置的發展和現狀,論證了本課題開發和研究的必要性和可行性,介紹了高精度多功能電能表的系統方案; 第二章、 討論了電測系統的測量原理,設計了電能表中的計量和分析算法; 第三章、 介紹了系統的硬件平臺和開發環境; 第四章、 詳細給出了系統的硬件設計; 第五章、 分析系統誤差及其校正; 第六章、 介紹系統的軟件設計; 第七章、 對整個系統進行實驗測試,給出測試結果,最后討論、總結。
上傳時間: 2013-06-21
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上傳時間: 2013-06-28
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變電站是電力系統的一個重要環節,它的運行情況直接影響到電力系統的可靠、經濟運行。一個變電站運行情況的優劣,在很大程度上取決于其二次設備的工作性能。現在的變電站有三種運行模式:一種是常規變電站,一種是部分實現微機管理、具有一定自動化水平的變電站,再有一種是實現無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規變電站中,其繼電保護、中央信號系統、變送器、遠動及故障錄波裝置等所有二次設備都是采用傳統的分立式設備,而且站內配備大量控制、保護、記錄用屏盤。使裝備設置復雜,占地面積大,日常維護管理工作繁重。這種常規變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力,對二次系統本身的故障無法監測。因此,這種常規變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經濟性,一個最有效的方法就是提高變電站運行管理的自動化水平,實現變電站的綜合自動化,以微機化的新型二次設備取代傳統使用的分立式設備。開發集保護、控制、監測及遠動等功能為一體的新型設備,并實現設備共享、信息資源共享,使變電站設計簡捷、布局緊湊,運行更加可靠安全。 隨著微型計算機技術、集成電路技術的迅速發展,原來越多的新技術和新產品應用到變電站的二次設備中去,使變電站的二次設備得到不斷的更新換代。該項研究把一種新型的低壓電能量測量芯片與高性能的數字信號處理器(DSP)結合起來,利用DSP體積小、功能強、功耗低、速度快、性價比高等優點,設計出新型的變電站線路測控單元,實現對高壓線路的測量、監視和控制,這種新型的二次設備比傳統的二次設備具有更高的精度和更快的相應速度。 與此同時,網絡理論和技術的發展,也使變電站監控系統的結構發生了很大的變化,由原來的集中控制型逐步過渡到功能分散、模塊化的分散網絡型,通過現場總線,使主控室和現場之間的聯系變成了串行通信聯系,從而提高的系統的可靠性和可維護性。CAN總線應用于變電站的監控系統中,組成變電站的數據通信網絡,可以提高系統的抗干擾能力和容錯能力。 該文就以上的兩個方面進行研究和設計,主要內容包括:一是在簡單介紹新型電能測量芯片和DSP的基本知識的基礎上,提出了一個變電站測控單元的設計方案,并從從硬件和軟件兩個方面進行了詳細的介紹,主要部分是對測量模塊的設計;二是系統的通信接口模塊設計,從硬件和軟件方面詳細的介紹了通信模塊的三種不同的通信接口的設計,分別是RS-232串行通信、RS-485總線通信、CAN總線通信;三是在分析現代測控系統發展歷史,指出了現場總線測控系統的優越性;四是設計出的測控系統單元的基礎上,利用CAN現場總線構建變電站的綜合監控系統。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監控系統和自綜合動化系統的研究開發、工程設計都具有實際的參考意義。
上傳時間: 2013-04-24
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開關磁阻電機(SR電機)驅動系統(SRD)是一種先進的機電一體化裝置,但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有:由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源,因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式,定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理,推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算,不但減小了計算量,同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法,求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時,傳統的非線性插值不但耗時,而且對有限元計算數據量要求高的問題,本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力,成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練,最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定;接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發,導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解;然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解,定性分析了影響振動振幅的各種因素;最后利用基于能量法的有限元解法,通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型,分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型,分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果,證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上,對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真,綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標,對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真,通過非線性插值得到徑向力的波形,然后對徑向力波形進行了頻譜分析,從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況,利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化,使得減振效果整體最佳,所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上,針對其不足之處,提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的,達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法,和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲,并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法,最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求,選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構;出于降低成本以及提高可靠性考慮,采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗,對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值,驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗,對比各種實驗結果,充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項:“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”(2001AA501421)。本文的研究是在該項目的資助下完成,并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間: 2013-07-05
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上傳時間: 2013-04-24
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