隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統成為現代電機伺服驅動系統的一個發展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數字交流位置伺服控制系統。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現功率驅動，簡化了系統電路，縮小了系統的體積，提高了系統的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現了單片機初始化、三環控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統的實時控制性能；由軟件方式實現經典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯校正”閉環控制系統，提高了系統的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統能實現電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統的性能指標。
上傳時間： 2013-05-19
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代電機技術、現代電力電子技術、微電子技術、控制技術及計算機技術等支撐技術的快速發展，先前困擾著交流伺服系統的電機控制復雜、調速性能差等問題取得了突破性的進展。交流伺服系統的性能日漸提高，價格趨于合理。交流伺服系統取代直流伺服系統尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅動領域成了現代伺服控制系統的一個發展趨勢。由于感應電機具有結構堅固，制造容易，價格低廉等優勢，因而感應電機伺服系統具有很好的發展前景，代表了將來交流伺服技術的發展方向。 首先，本文結合大量的文獻資料，總結和分析了當前交流伺服系統的發展現狀，明確了加強開發交流感應電機伺服系統的意義。 其次，深入研究了矢量控制的坐標變換理論和交流感應電機的數學模型。在此基礎闡述了基于轉子磁場定向的矢量控制原理，建立其相應的控制方程。結合空間矢量脈寬調制(SVPWM)的原理，提出了交流伺服系統的控制方案。 再次，本研究以DSP TMS320F2812A為核心控制單元，以一體化智能功率模塊(ASIPM)為功率電路主體，基于模塊化設計原則設計和實現了一臺軟、硬件結合的全數字化控制系統；并對設計中的一些關鍵環節進行了理論研究和實踐探索。 最后，對感應電機伺服系統進行了試驗研究。本文通過實驗分析，驗證了系統設計方案的有效性和可行性，并指出了系統進一步的改進方向。
上傳時間： 2013-06-01
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直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
上傳時間： 2013-04-24
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當前社會的發展與能源、環保等問題的日益突出。混合動力電動汽車以其低排放，噪聲小，節能等優點越來越受到世界各國的重視。為了改善電動汽車的動力性和能量利用率，動力蓄電池的電壓越來越高，需要配備專門的系統來管理高壓系統的安全。 根據混合動力結構特點和高壓電路特性，在分析及其常用蓄電池工作原理及運行原理使用條件的基礎上，本課題以MH-Ni電池作為研究對象，分析了MH-Ni電池的工作原理、電池的電壓、電流和溫度特性，提出電動車電池組高壓控制的方法，能夠實現監測電動汽車高壓電系統的絕緣狀態及檢測高壓的工作情況。 本課題主要完成以下幾點工作內容：對電池進行預充電，檢測其外部是否漏電；檢測電池內部是否絕緣；對電池進行故障檢測。通過對外部負載進行預充電，防止電池外部電路漏電或短路，減少電池箱故障，延長電池模塊的使用壽命；通過對電池箱內部絕緣狀態檢測，防止電池因絕緣電阻低下而影響系統工作，發生不安全事故；通過診斷系統能實現電池故障和隱患的早期預報，從而能有效地增加電動車電池組的續駛里程及無故障工作時間、饅維護工作量降到最低。 基于選定的電動車電池管理系統(BMS)，針對外部負載進行預充電和電池箱內部絕緣狀態檢測，本文研究和提出安全條件的判定規則，實現電動車電池管理系統(BMS)中安全保障功能。仿真實驗表明，本文設計的高壓電安全測試系統，可以實現對電動汽車電池高壓系統的安全實施管理。
上傳時間： 2013-06-22
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矢量控制變頻調速系統是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統。
上傳時間： 2013-05-25
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隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制，選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網輸入對狀態估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標，對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型，進行了仿真；并對動靜態性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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跑步運動是人們喜愛的運動方式之一，借助電動跑步機進行跑步運動簡單方便，已成為新的運動時尚。電動跑步機已經成為一種大眾健身器材，市場前景極為廣闊。 目前電動跑步機大多采用有刷直流電動機或交流變頻電機作為驅動電機，本文研究采用外轉子直接驅動無刷直流電動機的電動跑步機。其主要優點在于：一是省去了傳統電動跑步機的減速機構，系統結構簡單，運行可靠，效率高；二是無刷電機驅動具有優良的調速和控制性能，可以提升電動跑步機品質，實現智能化；三是無刷電機驅動性價比高，更具市場競爭力。因此，進行電動跑步機外轉子無刷直流電動機驅動及控制系統的研究具有較高的理論意義和工程實用價值。 本文首先綜述了電動跑步機及其電機驅動的現狀、發展趨勢以及外轉子無刷計特點、分數槽繞組及其控制器；應用電機磁場有限元軟件MAGNEFORCE研究了不同極/槽配合無刷電機的磁場分布和不同極弧系數對電機性能的影響；在此基礎上試制了電動跑步機外轉子無刷直流電動機樣機并進行初步性能試驗；運用MATLAB對外轉子無刷直流電動機進行系統仿真分析。
上傳時間： 2013-04-24
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多電平逆變器在大容量、高壓場合得到了廣泛的應用。在多電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法具有調制比大、能夠優化輸出電壓波形、易于數字實現、母線電壓利用率高等優點，成為人們關注的熱點。 本文首先對電力電子技術的發展前景和多電平逆變器控制技術的發展狀況進行了綜述。在分析兩電平逆變器工作原理的基礎上對三電平逆變器進行了研究，綜合比較了三電平逆變電路三種典型拓撲結構的優缺點；介紹了二極管箝位型三電平逆變器，分析了二極管箝位型三電平逆變器相對于傳統兩電平逆變器的優點，體現了課題研究的重要意義。其次，本文以中點箝位式三電平逆變器的基本拓撲結構為基礎，著重分析了三電平空間電壓矢量調制基本原理，提出了一種將最近的三個矢量合成參考矢量的空間矢量脈寬調制算法，給出大扇區和小三角形區域判斷規則以及合成參考電壓矢量的相應輸出作用順序，并優化了開關矢量的作用順序，利于實現對中點電壓的控制，使算法易于實現。再次，論文分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡產生的原因，分析了大、中、小矢量對中點電位的影響，提出了能夠影響中點電位波動的關鍵矢量，并通過分配成對小矢量的作用時間實現了對中點電位的控制。最后，采用MATLAB軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法進行了仿真分析，結果證明了算法的可行性。
上傳時間： 2013-08-01
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