超聲波電機(Ultrasonic Motor,簡稱USM)是近二十年來發(fā)展起來的一種新型驅動裝置,該電機不同于傳統(tǒng)的電磁感應電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發(fā)超聲振動,借助彈性體諧振放大,通過摩擦耦合產(chǎn)生旋轉運動或直線運動.這種電機的具有響應快、結構緊湊、低轉速、大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優(yōu)點,在微型機械、機器人、精密儀器、家用電器、航空航天、汽車等方面有著廣泛的應用前景.隨著超聲波電機的推廣應用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要,對超聲波電機的驅動和控制技術的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驅動電源和簡單而又實用的控制技術已成為國內外研究的熱點.該文對于單一的定位控制,研究一種簡單且控制精度高的控制算法,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現(xiàn)了高精度(0.010度)的定位控制,另對基于高性能DSP的驅動電源進行了初步的探討和研究,研制了通用性較高的驅動電源.該文開展的主要研究工作和取得的成果如下:1.簡要地介紹了超聲波電機的原理、發(fā)展歷史和特點,重點分析了超聲波電機驅動電源和定位控制的研究進展和存在的問題,從而引出該碩士論文的研究意義和主要內容.2.從理論和實驗上揭示這種電機具有的高分辨率和步進特性實質,提出了利用此特性實現(xiàn)高精度的定位控制策略——步進定位法,并分析了影響其定位精度的因素,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現(xiàn)了高精度(0.010度)的定位控制,并確定了相關控制參數(shù)的選擇準則.3.簡要介紹了常用開關變換器結構,設計了以MOSFET為開關器件的半橋式逆變功率電路.介紹了高性能DSP(TMS320LF2407)為核心的控制信號發(fā)生電路和以UC3842為控制芯片的可調壓直流電源,結合控制電路和功率變換電路獲得了驅動超聲波電機所需兩項幅值、頻率、相位可調的交變方波,具有較高的通用性,為進一步開展運用較復雜控制策略的超聲波電機位置和速度伺服控制研究打下一定基礎.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,能源問題在當今社會中受到越來越多的關注.能量回饋系統(tǒng)可以在減緩矛盾方面發(fā)揮重要作用,無論在減少能源的浪費方面或是在新能源的利用開發(fā)上.主要運用在功率電子負載、分布式發(fā)電和電機制動能饋等場合.該文主要研究了能量回饋系統(tǒng).電力電子的逆變技術是能量回饋系統(tǒng)的核心部分,該文講述了電壓型逆變電路和電流型逆變電路在能量回饋系統(tǒng)中的工作實現(xiàn)原理.電壓型逆變電路是該文的重點,針對中國電網(wǎng)的形式,對單相和三相逆變電路作了分析,討論了幾種控制策略的選擇,提出間接電流控制中相位幅值分別控制方法和直接電流控制中滯環(huán)控制方法在逆變器并網(wǎng)中的實現(xiàn)意義.電流型有源逆變利用移相調節(jié),適合大功率場合.文章的最后部分比較分析電流型和電壓型電路的性能特點.數(shù)字化是控制領域發(fā)展的趨勢,在具體實現(xiàn)能量回饋系統(tǒng)的過程中,該文也充分運用數(shù)字式控制方式.在電流型逆變系統(tǒng)中,運用可編程序控制器(PLC)作為控制核心,并在MCGS組態(tài)平臺實現(xiàn)和工控機的通訊.在電壓型逆變系統(tǒng)中,將數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制中心,實現(xiàn)外圍電路工作及其控制.在以上基礎上,分別研制了一臺大功率晶閘管電流型有源逆變器和一臺電壓型并網(wǎng)逆變器.
上傳時間： 2013-06-20
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無刷直流電機是隨著電力電子技術的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用,無位置傳感器控制方法的優(yōu)勢也越來越明顯,特別是"反電勢法"無刷直流電機控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實用的無位置傳感器控制方法.論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎上,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,設計了反電勢過零檢測電路,并對檢測電路移相產(chǎn)生的轉子位置誤差進行了分析,給出了補償方法.以變頻空調壓縮機用無刷直流電機為樣機,設計了"反電勢法"無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路,詳細介紹 電路各個組成部分,同時介紹了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施.論文介紹了"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,對"三段式"起動技術中轉子預定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析,并對外同步加速過程中出現(xiàn)的超前換相和滯后換相現(xiàn)象進行了深入的研究.提出了一種新的利用反電勢過零點實現(xiàn)電機最佳換相邏輯的方法,這種方法不但可以實現(xiàn)電機調速,而且在電機起動過程中,使外同步到自同步的切換更加容易.實驗結果驗證了這種方法的正確性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術進一步發(fā)展,交流電動機的變頻調速系統(tǒng)已被公認為近代交流調速中性能最優(yōu)越的一種電力拖動系統(tǒng).然而,隨著電動機變頻調速技術的發(fā)展,諧波污染問題也逐步顯現(xiàn).為了消除諧波,節(jié)能降耗,研究者做了大量的研究和分析.目前,在三相感應電動機變頻調速系統(tǒng)中,對于整流過程所產(chǎn)生的諧波,已有過大量的分析和計算,并且研究出了精確的濾波方法,使整流部分輸出電壓近似為直流電壓.而對于逆變過程產(chǎn)生的諧波,大多只是定性分析,很少有定量計算的文獻出現(xiàn).該文首先對SPWM控制技術從原理上進行了詳細的描述,指出了諧波問題的研究方向和諧波研究的意義.然后針對逆變器-電動機系統(tǒng),利用貝塞爾函數(shù)和傅里葉級數(shù)理論,分別對單相二階SPWM逆變器和三相SPWM逆變器的輸出電壓諧波的產(chǎn)生、大小和分布進行了細致而具體的分析和計算.通過計算所得到的結果,以圖文的形式對諧波問題進行了分析,得出了相應的結論,并且對影響SPWM輸出電壓諧波頻譜分布的因素進行了詳細的討論.該文還討論了諧波對感應電動機繞組磁動勢、旋轉磁場的轉差率、轉矩以及銅耗的影響,為感應電動機變頻調速系統(tǒng)的設計、電機供電電壓諧波分析及附加損耗計算提供了參考.該文最后利用MATLAB軟件的SIMULINK中的電力系統(tǒng)庫,建立SPWM逆變電路的仿真模型.通過仿真,不但驗證了數(shù)學理論推導的正確性,而且為電力電子電路和電機變頻調速系統(tǒng)的設計提供了一種很好的仿真方法.
上傳時間： 2013-06-28
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該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎上詳細討論了其變頻調速的理論并且設計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統(tǒng).永磁同步電動機相對感應電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點,因此自從上個世紀80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進一步發(fā)展,永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段.永磁同步電動機既區(qū)別于感應電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發(fā),討論了其穩(wěn)態(tài)運行原理,分析了永磁同步電動機的轉矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發(fā)明是交流調速領域中的一個重大突破,該論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導其精確數(shù)學模型的基礎上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉矩/電流控制方式,并且開發(fā)出基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng),給出了其軟、硬件的設計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉子結構的新弱磁方案.直接轉矩控制是繼矢量控制后交流調速領域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉矩控制系統(tǒng)進行了仿真研究,仿真結果表明,直接轉矩控制具有動態(tài)性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
標簽： 永磁同步電動機 變頻調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-06
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直流電動機具有運動效率高和調速性能好等諸多優(yōu)點,但傳統(tǒng)的直流電動機均采用電刷,以機械方法進行換向,因而存在致命弱點,再加上制造成本高及維修困難等缺點,從而限制了它的應用范圍.近年來隨著永磁材料、現(xiàn)代電力電子技術、計算機技術和現(xiàn)代控制理論的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電動機(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低且可靠性高的特點,因而得到了廣泛的應用.該文研究的對象是由兩套三相無刷直流電動機組成的六相無刷直流電動機,每套繞組三相對稱,兩套繞組對應相之間相差30°電角度.重點研究六相無刷直流電機的轉矩特性和系統(tǒng)的可靠性.在分析無刷直流電動機電磁轉矩產(chǎn)生原理的基礎上,闡述了三相無刷直流電動機轉矩脈動的原因,在此基礎上提出六相無刷直流電動機.分析結果表明,六相無刷直流電動機的轉矩特性優(yōu)于三相無刷直流電機,并且系統(tǒng)的可靠性也較高.該文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析,建立了三相和六相無刷直流電動機的數(shù)學模型.并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相和六相無刷直流電動機的系統(tǒng)仿真模型.該系統(tǒng)仿真模型采用雙閉環(huán)控制,內環(huán)為電流環(huán)(采用滯環(huán)調節(jié)),外環(huán)為速度環(huán)(采用PI調節(jié)).對所得的仿真結果進行分析,表明與理論分析相吻合,證明了六相無刷直流電動機仿真模型的正確性.對兩套繞組可能出現(xiàn)的故障進行仿真分析,結果表明六相無刷直流電動機具有較強的容錯能力.由此得出結論,該文提出的六相無刷直流電動機方案是可行的.由于繞組在電機的結構中占有相當重要的位置,該文利用槽號相位表,設計了三相和六相無刷直流電動機的繞組.對槽號的分配,線圈的連接作了詳細地說明.該文還對三相和六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢進行了諧波分析,分析結果表明了六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢高次諧波含量要少于三相無刷直流電動機.
上傳時間： 2013-07-13
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永磁無刷直流電動機是一種先進的集電力電子變換器與永磁電機本體于一體的機電一體化系統(tǒng),它既具備交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便的一系列優(yōu)點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好的諸多特點.正是由于這些原因,自上世紀末起,逐漸形成永磁無刷直流電機的研究熱潮.在此背景下,本文以此為課題,對永磁無刷直流電機系統(tǒng)進行了一些理論分析和實踐應用.本文首先在綜合國內外有關文獻的基礎上,分析了永磁無刷直流電機的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢,提出了目前存在的一些問題.介紹了永磁無刷直流電機的結構和運行原理,推導出永磁無刷直流電機的數(shù)學模型.針對永磁無刷直流電機的轉矩脈動,本文詳細分析了各種調制斬波方式對注入電機電流以及轉矩脈動的影響,比較分析各種斬波方式下系統(tǒng)運行情況,提出一種有利于減少轉矩波動的斬波方式.同時,本文還提出了一種回饋制動的方式,進一步提升系統(tǒng)性能,節(jié)約能源.在大型永磁電機磁極設計中,通常采用多塊磁鋼來組成勵磁磁極.考慮到磁鋼本體的分散性和加工誤差,本文從工程實際應用出發(fā),提出了一種磁鋼優(yōu)化配置方法,保證每個磁極中各段磁鋼產(chǎn)生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,從電機本體設計角度上提高系統(tǒng)性能.本文在理論分析基礎上,以單片機和功率智能模塊為硬件平臺,實現(xiàn)了一套多相永磁無刷直流電機系統(tǒng).針對理論分析,進行了各種方案的比較分析,經(jīng)過試驗結果和仿真分析結果,進一步支持了論證了理論分析正確性和實用性.同時,對于實際應用中的一些問題,本文也做了一些工作,提出一些分析和改進.
上傳時間： 2013-08-04
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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發(fā)展，無刷直流電機的技術優(yōu)勢逐漸凸顯，近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經(jīng)成功應用于對系統(tǒng)效率、可靠性要求較高的場合，在國內，近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研，以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感，從分析換相過程入手，建立了三相星型六狀態(tài)工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數(shù)學模型，并基于此模型，通過仿真和實驗，對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數(shù)、反電勢系數(shù)、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究，分析表明電樞繞組電感對上述各系數(shù)和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設計和分析中，電樞繞組電感必須予以考慮。其次，本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網(wǎng)絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數(shù)、計算極弧系數(shù)、電樞計算長度和氣隙系數(shù)，然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算，而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎，編制了無刷直流電機電磁設計軟件，并將其應用于兩臺樣機的設計，通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數(shù)據(jù)進行對比，驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發(fā)現(xiàn)q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素，設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間： 2013-04-24
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變電站是電力系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，它的運行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行。一個變電站運行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設備的工作性能。現(xiàn)在的變電站有三種運行模式：一種是常規(guī)變電站，一種是部分實現(xiàn)微機管理、具有一定自動化水平的變電站，再有一種是實現(xiàn)無人值班、全面微機化的綜合自動化變電站。在常規(guī)變電站中，其繼電保護、中央信號系統(tǒng)、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(tǒng)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(guī)變電站的一個致命弱點是不具備自診斷能力，對二次系統(tǒng)本身的故障無法監(jiān)測。因此，這種常規(guī)變電站已逐漸被淘汰。 要提高變電站運行的可靠性及經(jīng)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(xiàn)變電站的綜合自動化，以微機化的新型二次設備取代傳統(tǒng)使用的分立式設備。開發(fā)集保護、控制、監(jiān)測及遠動等功能為一體的新型設備，并實現(xiàn)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(fā)展，原來越多的新技術和新產(chǎn)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?lián)Q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(shù)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(yōu)點，設計出新型的變電站線路測控單元，實現(xiàn)對高壓線路的測量、監(jiān)視和控制，這種新型的二次設備比傳統(tǒng)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(wǎng)絡理論和技術的發(fā)展，也使變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構發(fā)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(wǎng)絡型，通過現(xiàn)場總線，使主控室和現(xiàn)場之間的聯(lián)系變成了串行通信聯(lián)系，從而提高的系統(tǒng)的可靠性和可維護性。CAN總線應用于變電站的監(jiān)控系統(tǒng)中，組成變電站的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，可以提高系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)代測控系統(tǒng)發(fā)展歷史，指出了現(xiàn)場總線測控系統(tǒng)的優(yōu)越性；四是設計出的測控系統(tǒng)單元的基礎上，利用CAN現(xiàn)場總線構建變電站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。 該文提出的方案、技術以及結論對于變電站監(jiān)控系統(tǒng)和自綜合動化系統(tǒng)的研究開發(fā)、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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傳統(tǒng)的直流電機一直在電機驅動系統(tǒng)中占據(jù)主導地位，但由于其本身固有的機械換向器和電刷導致電機容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅動電機。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發(fā)展而成熟起來的直流無刷電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電機成為電機驅動系統(tǒng)的主流。 模糊控制器具有魯棒性好、抗干擾能力強的優(yōu)點。論文提出了基于轉速環(huán)模糊邏輯控制理論的直流無刷電機的控制系統(tǒng)設計方案，保證了伺服控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜動態(tài)特性，因而滿足更多應用場合的需要。 論文具體包括以下幾個部分工作： 首先，從電機本體和控制角度出發(fā)，闡述了直流無刷電機在實際應用中需要解決的關鍵性問題：電磁轉矩脈動。詳細分析了電磁轉矩脈動產(chǎn)生的各種原因，特別是分析了相電流換向所產(chǎn)生的紋波轉矩脈動。 其次，本文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析，建立了三相無刷直流電動機的數(shù)學模型。并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相無刷直流電動機的控制系統(tǒng)仿真模型。仿真模型采樣的是電機控制系統(tǒng)中常用的雙環(huán)系統(tǒng)(轉速—電流雙閉環(huán)控制)。為了提高系統(tǒng)的靜動態(tài)特性，轉速外環(huán)采用模糊PI調節(jié)器，電流內環(huán)采用PI調節(jié)器。轉子位置通過直流無刷電機感應電勢檢測，仿真結果表明了該仿真模型控制系統(tǒng)與理論分析完全吻合，從而證明了模型的有效性。 然后，初步設計了伺服系統(tǒng)的實驗圖。以TI公司生產(chǎn)的TMS320LF2407數(shù)字信號處理器(DSP)作為整個控制電路的核心芯片，一臺40w的直流無刷電機作為被控對象，完成了伺服系統(tǒng)的轉速控制。 最后，對未來的工作給予了展望，并對全文的內容進行了總結。
標簽： DSP 直流無刷電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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