作者在論文中系統地研究了目前新穎的電機伺服控制系統——永磁同步電動機及其數字化伺服控制系統的關鍵技術。在理論分析的基礎上，探討了永磁電機的各種磁路結構對電機電抗及其它性能的影響，并分別討論了各種結構在不同應用場合的優(yōu)缺點，最后選擇了表面凸出式磁路結構，建立了手算電磁設計程序，進行了多方案的優(yōu)選；探討了引起電動機轉矩波動的原因和減小波動的措施，采用了一系列諸如分數槽、增大氣隙、斜槽、合適的繞組節(jié)距等措施，成功地減小了力矩波動，改善了伺服電動機低速運轉特性；在電磁設計手算的基礎上，首次采用優(yōu)秀的數學工具軟件Mathcad2001進行了Windows平臺下的PMSM機輔設計程序的開發(fā)，增加了可視性，并大大簡化了程序的開發(fā)，提高了設計效率，快速方便準確地進行了電機的電磁計算；應用先進的AutoCAD 2000繪圖軟件設計和繪制了全套電機結構圖紙；參加了樣機的全部試驗項目，試驗結果達到了設計預定目標，全面滿足了伺服系統用電機的高效率、高功率因數、小振動、低噪音、低發(fā)熱、動態(tài)性能良好等苛刻要求。 在伺服控制系統部分里，作者探討了永磁同步電動機磁場定向矢量控制理論，探討了快速電流跟蹤方法的實現；在永磁同步電動機數學模型的基礎上，建立了基于DSP的永磁同步電動機磁場定向數字化伺服控制系統的方案，使用了最新推出的電機專用DSP芯片TMS320LF2407、功率驅動IR2130芯片、軸角／數字量轉換RDC-19222芯片及串行通信轉換MAX232芯片，在消化了這些芯片的大量手冊和開發(fā)工具的資料后，對整個系統進行了軟、硬件設計，包括編寫和調試了部分DSP程序，設計和焊接了部分硬件電路板。這些預研工作為設計伺服控制系統數字化專用控制器打下了基礎。
上傳時間： 2013-05-17
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該文通過大量的文獻資料閱讀,對永磁同步電機及其相關技術的發(fā)展、現狀和趨勢有了一個比較全面的理解,在此基礎上,詳細分析了永磁同步電機轉矩直接控制的機理,并提出了一套相應的轉矩直接控制方案,建立了仿真和試驗平臺,進行了仿真分析和實驗研究,獲得了有價值的研究成果.該文的主要內容包括:(1)由空間矢量模型推導出永磁同步電機的磁鏈、電壓和轉矩的公式,描述了永磁同步電機轉矩直接控制的基本控制機理,分析了永磁同步電機與感應電機的轉矩直接控制方式上的不同之處以及轉矩直接控制對永磁同步電機的要求.(2)在對永磁同步電機運行機理的分析基礎之上,討論了永磁同步電機轉矩直接控制系統中各個控制子模塊的功能和具體的實現方式,提出了一套永磁同步電機轉矩直接控制的具體實施方案,并根據這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的永磁同步電機轉矩直接控制仿直模型,對所出的控制方案進行了仿真分析.(3)在理論研究的基礎之上,設計研制了一套基于DSP+IPM的永磁同步電機轉矩直接控制實驗系統,編寫了控制程序軟件,進行了永磁同步電機運行實驗.
上傳時間： 2013-05-29
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續(xù)的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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高性能伺服控制系統日益廣泛地應用于現代工業(yè)、家用電器和國防等各個領域。采用先進控制策略和全數字控制技術的永磁同步電機伺服系統，已成為高性能伺服系統發(fā)展的主流方向。應用在交流伺服系統上的背景技術不斷進步，同時市場對伺服系統性能、成本及自適應能力的要求也不斷提高。 本文從詳細分析了永磁同步電機的數學模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉子磁場定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調制技術，建立了位置、轉速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機伺服系統。針對伺服系統在運行過程中參數變化及負載擾動等問題，深入分析了連續(xù)與離散系統滑模變結構控制器設計的基本原則和方法，將滑模變結構控制與矢量控制相結合，改進了基于趨近率的單段滑模面變結構控制，設計了適用于矢量控制位置伺服系統的分段式滑模變結構控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實驗系統平臺進行了詳盡的仿真和實驗研究。結果表明本系統滿足高性能伺服控制系統的基本要求，滑模變結構控制能夠有效應用于矢量控制伺服系統并提高其魯棒性。
上傳時間： 2013-07-18
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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(fā)展趨勢之一是開發(fā)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(huán)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(tài)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(huán)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(tài)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(tài)進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)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(tài)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(jié)任務，易于數字化實現，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優(yōu)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(tài)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(tài)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?zhèn)鹘y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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在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優(yōu)劣的重要指標。傳統電機系統通常采用PID控制，其本質上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發(fā)生變化，會使得線性常參數的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數的過程中，參數整定值是具有一定局域性的優(yōu)化值，并不是全局最優(yōu)值。實際電機系統具有非線性、參數時變及建模過程復雜等特點，因此常規(guī)PID控制難以從根本上解決動態(tài)品質與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優(yōu)化算法等)研究應用的發(fā)展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據系統實現目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優(yōu)化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優(yōu)化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數學模型，對相應的控制系統進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環(huán)反饋控制系統。結合常規(guī)PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經網絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調速系統、伺服系統和同步傳動系統的控制器設計中，以滿足不同控制系統對電機動、靜態(tài)性能的要求以及對調速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態(tài)性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統PID控制相比，系統的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優(yōu)化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著家用空調的普及應用，空調已日漸成為耗能大戶。我國經濟建設多年來高速發(fā)展，正面臨能源日益緊張的問題，由于空調節(jié)能尚有空間，因此人們普遍關注空調節(jié)能技術。在家用空調的各種節(jié)能技術中，直流壓縮機變頻驅動是發(fā)展的主流方向。從驅動方式上看，直流壓縮機可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比，矢量控制的空調直流壓縮機具有噪聲低、振動小、效率高等特點，更加符合節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展方向。 本文主要研究了適用于空調壓縮機負載的無轉子位置傳感器永磁同步電機矢量控制方法。首先從電機的基本方程入手，詳細推導了永磁同步電機矢量控制的數學模型。詳細分析了各種電流控制策略特點，提出了采用適合直流壓縮機驅動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應的壓縮機永磁同步電機的一種簡化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測器，解決了IPMSM在αβ坐標系中應用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機運行特點，采用全維狀態(tài)觀測器方法，實現IPMSM反電動勢的觀測，根據反電動勢計算出電機轉子位置和轉速，實現了無傳感器矢量控制。本文詳細分析了全維狀態(tài)觀測器的極點配置方法，通過將四個極點配置在相同位置，簡輕了計算量，也便于實現。 第三，由于反電動勢估算法在電機低轉速下不能正確估算轉子位置，無法正常閉環(huán)起動，本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機的起動方法，實現了壓縮機的可靠起動。同時在深入分析電機等效模型的基礎上，給出了一種簡單的電機參數測量方法，通過簡單測量和計算，得到系統實現無傳感器永磁同步電機矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數等關鍵參數。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機矢量控制方法進行了仿真驗證，設計了以TMS320F2403數字信號處理器為控制核心的直流壓縮機矢量控制實驗平臺，并進行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應用于實際的直流壓縮機矢量控制系統。
上傳時間： 2013-06-13
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在現代交流伺服系統中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）技術使得交流電機能夠獲得和直流電機相媲美的性能。永磁同步電機（PMSM）是一個復雜耦合的非線性系統。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過對PMSM本體、d/q坐標系向a/b/c坐標系轉換等模塊的建立與組合，構建了永磁同步電機控制系統仿真模型。仿真結果證明了該系統模型的有效性。
標簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機
上傳時間： 2013-04-24
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TMS320F2812數字信號處理器的永磁 同步電機控制系統的原理與實現
上傳時間： 2015-04-04
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平縫機的單片機伺服控制系統源代碼。本程序為用單片機控制永磁同步電機的低成本方案
上傳時間： 2014-01-26
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