隨著全球汽車保有量的與日俱增,能源危機和環境污染正逐漸成為制約世界汽車工業發展的瓶頸。而新興的混合動力汽車(HEV)在節能和排放上的優越性正逐步體現出來。由于采用“油、電”配合的方式來驅動車體,其所搭載電動機及其驅動控制系統的研究則成為混合動力汽車研發中的關鍵技術之一,它直接決定著整車的動力性,燃油經濟性和排放指標。 論文首先比較了常見的幾種電動汽車的性能,概括了混合動力汽車的優點,介紹了混合動力汽車電機及其控制系統技術的發展現狀;其次探討了幾種常用交流電動機的性能優劣,由于永磁同步電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能,本文混合動力汽車傳動系統選用永磁同步電機;根據混合動力汽車所搭載電動機在功率和扭矩上的要求以及永磁同步電機在結構上的特點,選取了發動機電機系統的結構布置形式;論文建立了永磁同步電動機的數學模型,分析了永磁同步電動機矢量控制的原理;設計了基于TMS320F2812DSP的永磁同步電動機矢量控制系統,詳細闡述了功率驅動電路,速度及位置檢測電路,電流反饋及過流保護電路,CAN通訊模塊等系統中重要的組成單元;軟件采用模塊化的結構,闡述了關鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產生子程序。 最后,搭建了實驗平臺,對硬件進行了調試和修改,通過樣機及系統臺架試驗,取得了大量的實驗數據,檢驗了所設計樣機的特性,發現其制作過程中的不足,并實現了電機控制系統的閉環控制,從而達到了對混合動力汽車用永磁同步電動機控制系統的探索與研究的目的。
上傳時間: 2013-05-23
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交流伺服技術是研制開發各種先進的機電一體化設備,如工業機器人、數控機床、加工中心等的關鍵性技術,但是要提高交流伺服系統的控制性能關鍵在于伺服控制器對電機動態和靜態響應的控制,要獲得良好的電機動、靜態性能關鍵在于伺服控制器的控制算法。為此,本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻資料的基礎上,掌握了系統構成和基本控制原理,并分析了國內交流伺服存在的問題,設計了基于TI公司電機數字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元;基于三菱公司智能化功率器件IPM設計了控制器的功率單元;以及電源單元和相關電路的保護單元。 基于電機矢量控制原理,構建了永磁同步電機的矢量控制模型,在原有研究的基本PID控制基礎上,根據模糊控制的基本原理,研究了應用于電機控制的模糊參數自整定PID控制器設計原理,構建模糊參數自整定PID控制器的數學模型,并進行該系統的仿真研究和實際應用程序設計。 本文的重點是闡述模糊參數自整定PID控制器的設計原理和方法,利用基于模糊參數自整定PID控制器的交流伺服系統仿真模型,應用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性,并與常規PID控制性能進行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結果對比得出結論,模糊參數自整定PID控制器可以提高交流伺服系統的動態和靜態性能。
上傳時間: 2013-04-24
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統,其輸出轉矩與定子電流不成正比,而是復雜的函數關系,因此要得到好的控制性能,需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上,以永磁同步電機為研究對象,對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型,分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上,課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統,在這個系統上,課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法,并對其做了仿真驗證。 結果表明,課題設計的系統以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統便于實現多種矢量控制方法,為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上,課題對驅動系統的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統關鍵硬件電路的設計,并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路,此驅動電路響應迅速、抗干擾性強,驅動性能優越。此外,課題完成了永磁同步電機矢量控制系統全數字化設計,調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統的做了全面的總結,并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間: 2013-06-22
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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用,已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一,是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點,如開關損耗大和共模電流大等,因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此,開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容: 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上,結合數學模型,分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害,給出了共模電壓和共模電流的關系??偨Y其他的抑制共模電壓的方案基礎上,提出一種新的共模電壓抑制SVPWM;還闡述了死區產生的原因及其影響,以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源,對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計,是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制; 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上,根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法,將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段,逐漸編制相應的控制程序,并進行調試,并完成整個程序的編制和調試。此外,還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題,如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機,并且采用的是文章中研究的調制算法,效果良好,達到設計的目的; 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路,重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后,系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢,對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析,發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低,分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法,并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC,得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺,所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-07-09
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隨著人們生活水平的提高,肥胖逐漸成為一種社會疾病,肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥,嚴重影響生活質量,嚴重時甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸機有很好的實際意義。本論文論述了一種基于dsPIC30F3010控制器及無刷直流電機(BrushlessDirectCurrentMotor,簡稱BLDCM)的呼吸機控制器,實現了反電勢法無位置傳感器無刷直流電機的運行控制。 論文從基本電磁定律出發,分析了無刷直流電動機結構和工作原理,建立了無刷直流電動機的數學模型,在此基礎上詳細分析了“反電勢法”無刷直流電機控制原理,深入研究了三種反電勢過零檢測方法,并對檢測電路移相產生的轉子位置誤差進行了分析,給出了補償方法。 對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題——起動方法進行研究,介紹了“反電勢法”無刷直流電機控制常用的起動方法,深入討論了“三段式”起動技術。針對傳統“三段式”起動的缺點,論文提出了一種新的外同步到自同步的切換方式。 綜合上述,本系統以dsPIC30F3010單片機為控制器,設計了“反電勢法”無刷直流電機無位置傳感器控制系統的硬件電路,詳細介紹了電路各個組成部分的工作原理,同時介紹了控制系統中采用的硬件抗干擾措施。結合dsPIC30F3010的特點,充分利用其片內的資源,設計了系統的軟件。實驗結果表明系統能夠控制電機順利起動,而且實現了電機正確的換相和穩定的運行。
上傳時間: 2013-07-26
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本文研究了高頻感應加熱電源的鎖相控制技術。分別建立了定角與定時控制技術的MOSFET電壓型諧振逆變器仿真模型,分析比較了兩者的優缺點,從而得出了定角控制技術為較優的結論;通過理論分析與實驗測量MOSFET損耗的方法對最優鎖相角度的選取進行了探索;最后設計了以DSP為核心的定角鎖相控制電路,并運用MATLAB軟件進行了仿真研究以及DSP代碼自動生成,驗證了方案的可行性。這種控制方法可以使逆變器工作在小感性準諧振狀態,降低了MOSFET損耗,具有線路簡單、響應迅速、控制靈活等優點,為工程運用打下了堅實的基礎。
上傳時間: 2013-05-29
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果園收獲作業機械化、自動化是廣大果農們關注的熱點問題,開展果樹采摘機器人研究,不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經濟效率有著一定的現實意義,而且對于跟蹤世界農業新技術、促進我國農業科技進步,加速農業現代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統,它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下,以自行設計的機器人機械結構為研究對象,對果樹采摘機器人的控制系統進行了分析、研究和設計,設計了視覺伺服控制器,并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下: 首先,分析了果樹采摘機器人機械結構,介紹了機器人運動學理論,根據自行設計的5自由度機械臂機械特性,采用幾何結構算法,建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次,基于開放、先進和可靠的考慮,采用開放式結構設計機器人的控制系統。在開放式控制系統設計中,主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數據采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環境和工作特性的基礎上,設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次,根據果樹采摘機器人機械結構和控制系統結構組成,設計了PID控制器,應用于機器人視覺伺服控制,實現果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節式機器人避障方法的基礎上,對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討,提出了采用C—空間法實現采摘機器人實時避障。 最后,建立了傳感器實驗平臺,通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數控轉臺和實地拍攝的蘋果圖像,對所提出的控制方法通過轉臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間: 2013-08-05
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異步電動機直接轉矩控制技術是近年來發展起來的一種新型、高性能交流調速技術。它利用電壓源型逆變器的工作過程,控制定子磁鏈的走或停,即調整定子磁鏈與轉子磁鏈的夾角大小,從而對電機轉矩進行直接控制以獲得良好的動態性能。 論文首先探討了直接轉矩控制技術的現狀和發展趨勢,闡述了直接轉矩控制的基本原理,分析了常用的圓形磁鏈軌跡控制方法,詳細介紹了直接轉矩控制系統主要模塊的設計和實現。在分析交流異步電機動態數學模型、轉矩和磁鏈計算方程的基礎上,分析了直接轉矩控制的異步電動機在低速運行時存在轉矩脈動和轉速波動較大的問題。基于占空比控制和離散占空比控制的異步電動機直接轉矩控制方法,由電機電磁轉矩公式和合成電壓矢量理論推導了直接計算占空比的方法,在不影響系統各方面性能指標的情況下使降低轉矩脈動的計算量大大減少,方便了計算和使用。兩種方法均具有系統結構簡單、占空比計算量小等優點。研究結果驗證了這兩種方法的正確性和有效性。在第一種方法中加入了單神經元控制器,使系統的動靜態性能得到了提高。接著對利用空間電壓矢量調制的直接轉矩控制系統進行了研究。仿真結果表明此種方法能夠有效的降低轉矩脈動,使系統性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉矩控制硬件實驗平臺,調試了硬件電路。編寫了相關軟件流程圖和程序清單。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發展,交流電源系統的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統的整流環節廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路,向電網注入了大量的諧波及無功,造成了嚴重的污染。提高電網側功率因數以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數校正技術是減小用電設備對電網造成的諧波污染,提高功率因數的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分: 1.分析了單位功率因數三相橋式整流的工作原理,這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分:功率因數補償網絡和常規整流網絡。在此基礎上,為整流電路建立了精確的數學模型。 2.這種單位功率因數三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的,當負載發生變化時,其功率因數會降低。針對這種情況,提出了一種新的控制方法。常規整流網絡向電網注入的諧波可以由功率因數補償網絡進行補償,所以輸入功率因數相應提高。負載消耗的有功由電網提供,補償網絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據功率平衡理論,可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環電流控制確定。在這一方法的控制下,雙向開關工作在高頻下,因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明:新的控制方法下,負載變化時,輸入電流仍接近于正弦,功率因數接近1。 3.根據IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求,為單位功率因數三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數、有功消耗等性能指標,并進行優化,推導出最優電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優電流補償增益和相移的電流補償濾波器,得到補償后期望的電網電流,驅動雙向開關導通和關斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果,使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內。 4.單位功率因數三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動,為提高其動、靜態性能,將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中,并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數的方法,可以在實現對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大,與常規的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器,并進行了仿真與實驗研究,結果表明與PI型適應律相比,新的控制器能提高系統的動態響應性能,負載變化時系統的魯棒性更強。
上傳時間: 2013-06-15
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無功補償對于現代電力系統的運行與穩定性來說是必不可少的。靜止無功發生器(SVG)經過了三十多年的發展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優越的動態性能,可以大大提高電力系統的電壓調整能力和系統穩定性,進而提高電力系統的輸電能力。在我國,充分發揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩態數學模型和標幺值數學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現。接下來研究比較了SVG的兩種傳統控制策略,介紹了幾種PWM觸發技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統電流間接閉環控制算法的SVG進行了系統級仿真實現,在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優缺點、電網本身的大擾動和電力系統對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環的控制方法。其中電流內環采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定;而電壓外環則采用系統動態電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環節的控制算法進行了仿真,并針對外環控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優越性,為基于雙閉環控制的SVG系統級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環系統的SVG進行了仿真實現,并對在電網不同情況下的補償效果與傳統電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態性能。
上傳時間: 2013-04-24
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