永磁無刷直流電動機是一種機械、電氣、電子一體化的高技術產品，具有結構簡單、運行可靠、使用壽命長等優點，在現代輕重工業中應用廣泛。現代工業技術和生產需求的快速發展對永磁無刷直流電動機控制系統的性能要求不斷提高，因此研究具有響應速度快、調節能力強、控制精度高的無刷直流電動機控制系統具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無刷直流電動機控制系統的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機，進而對永磁無刷直流電動機的類型進行了介紹，同時分析了永磁無刷直流電動機的工作原理，建立了比較完善的數學模型，并詳細闡述了轉矩脈動產生的原因和消除轉矩脈動的一般方法。 本文設計并實現了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機的轉速和電流雙閉環永磁無刷直流電動機控制系統。系統采用PWM方式實現對電機的控制。轉速和電流雙閉環數字PI器的應用使得控制系統具有良好的動態和靜態性能。單片機和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實現了控制系統信息在人機間的傳輸，為系統的調試帶來了靈活性，也為控制系統中參數的實時監控和給定提供了方便。 在本文的最后，就采集到的部分波形，分析了實驗結果，并提出了對本系統的總結和展望。 實驗表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機具有極高的性能，以其為核心的控制系統具有運行性能良好、調試方便、升級換代容易等特點，為后續的研究工作提供了實驗基礎和借鑒。
上傳時間： 2013-05-25
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高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高，在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量，該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量，其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數和透入深度有關，對于本文設計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數大于12時，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度，在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明：盡管銅環中會產生渦流損耗，但正是由于銅環良好的導電性，其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小，當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響，結果表明：平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環和定子齒部發生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗，使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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步進電動機是工業控制中常用的一種電機，其最大的優點是可以進行開環控制，無需位置和速度傳感器，并且具有很高的精度，因而在辦公設備和數控系統中獲得了廣泛的應用。混合式步進電機綜合了反應式和永磁式步進電機的優點，具有很高的效率和運行精度，性能優異，是本文的研究對象。然而，采用傳統控制方法進行開環控制的步進電機，運行噪聲大、易振動，嚴重時將導致失步。 實踐證明，細分控制可以有效的減小步進電機運行中的振動和噪聲，增加電機運行的平穩性。由于混合式步進電機的運行原理類似于同步電機，因而可以借鑒同步電機先進的控制方法來控制混合式步進電機。本文將同步電機常用的矢量控制應用到混合式步進電機控制中，實現了混合式步進電動機步距角的任意細分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步進電動機的工作原理，在忽略一些非線性因素的前提下，建立了三相混合式步進電機理想的數學模型，并根據數學模型提出了相應的控制方案。 以數字信號處理器TMS320LF2403A為核心，設計了三相混合式步進電機驅動器的硬件和軟件。數字PI調節器和空間矢量PWM技術是本控制系統的核心，文中詳細介紹了PI調節器和空間矢量PWM的原理及數字化實現。 最后介紹了系統的實驗裝置。實驗結果證實了控制方案的可行性，也表明了本課題設計的控制器具有優良的性能。
上傳時間： 2013-08-05
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在早期階段，直流調速系統在傳動領域中占統治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經濟和受歡迎。永磁交流伺服系統作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業、農業、航空航天等領域發揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉動脈動，而對于這些應用場合，轉矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統的應用，必須考慮其轉矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統中參數變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發的全數字永磁交流伺服系統平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數辨識，神經網絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統中的應用，抑制轉矩脈動，提高系統性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統的基本結構出發，對通過參數辨識抑制轉矩脈動進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統，提出了多種參數辨識方法。主要內容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數學模型。經坐標變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標系和旋轉兩相（d—q）坐標系下永磁同步電動機電壓方程和轉矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經對永磁同步電動機系統進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統的數學模型。 3、基于超穩定性理論的模型參考自適應控制原理，設計了一種模型參考自適應控制系統，考慮電機參數的時變性，對永磁交流伺服系統的繞組電阻和電機負載轉矩辨識進行了研究，以保持系統的動態性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經網絡具有很強的學習性能，經過訓練的多層神經網絡能以任意精度逼近非線性函數，因此為非線性系統辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉速為目標函數的神經網絡控制方案，同時應用人工神經網絡理論建立和設計了負載轉矩擾動辨識的算法以及相應的控制系統的補償方法，并應用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統的控制方法相比，以電機輸出轉速為指導值和目標函數的神經網絡控制方案能有效地提高神經網絡的收斂速度，能有效地改善控制系統的動態響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優點。 5、電機的參數會隨著溫升和磁路飽和發生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉速，采用遞推最小二乘法進行在線參數辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數辨識的耦合。電機狀態方程由于存在狀態變量的乘積項，對電機參數辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態方程進行狀態估計，得到電機的參數辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數字電機控制專用DSP自行開發了全數字永磁交流伺服系統平臺，通過軟件實現擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準確的，由此構成的永磁交流伺服系統具有良好的靜、動態性能。
上傳時間： 2013-07-28
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本課題提出了一套采用直流斬波技術的永磁無刷直流電機的調速控制系統。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機三相繞組端電壓的大小關系得出控制逆變橋開關管導通的信號。結合電機預定位起動原理，設計出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機起動的困難，確保電機的順利起動，并在實驗結果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實現電機的電子換相，無疑大大降低了控制系統的成本，具有一定的實用價值。另一方面采用直流斬波技術的無刷直流電機調速系統，從而大大減小了電流的脈動。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機，還適用于三相三線制的電機,從而擴大了其應用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動機的結構和基本原理進行了詳細的介紹；然后分別著重介紹了兩個部分的設計工作：無刷直流電機的驅動控制和采用直流斬波技術的調速系統；最后給出了相關的實驗結果和結論。 根據上述設計方案設計的無位置傳感器永磁無刷直流電動機調速控制系統，可以實現電機的平滑起動、無振動和失步現象，具有良好的調速性能。
上傳時間： 2013-04-24
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作為世界上發展最快的可再生能源，風能受到了世界各國的關注。隨著風機數量的增加，研究電網故障時風力發電機的動態響應特性越來越重要。 本文以“3.2MW永磁風力發電機系統分析”為工程背景，旨在研究3.2MW永磁風力發電機及其系統在各種正常和非正常工況下的動態性能，分析變流系統和控制方法對電機性能的影響，為電機的優化設計提供參考。 首先，在對永磁風力發電機的基本理論進行論述的基礎上，分析了變轉速變槳距控制策略，并基于Matlab/Simulink建立了風力發電機模型，通過仿真分析了最大功率跟蹤和變槳距控制下發電機的性能。 其次，研究了雙PWM變流系統電機側變流器和網側變流器的控制方法，并基于Matlab/Simulink搭建了基于轉速外環、電流內環雙PI調節器的電機側控制器模型及基于電網電壓定向的電壓外環、電流內環控制的網側控制器模型。 最后，基于Matlab/Simulink對電網短路及電網電壓跌落下不同控制方法下的永磁風力發電機系統的動態性能進行仿真；并對永磁風力發電機機端短路下的運行性能進行仿真，結果表明：網側變流器的電流變化以及直流母線的電壓波動對永磁風力發電機系統的動態性能影響較大，通過控制網側變流器電流、直流母線電壓的穩定，可以有效提高永磁風力發電機系統的動態性能；給定的電機設計參數符合短路電流倍數要求；永磁風力發電機通過變流裝置并網可大大減小故障對發電機的沖擊。
上傳時間： 2013-04-24
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汽車從批量生產到現在已經有100多年的歷史，其中，車輛電子化、電動化取得了驚人的進展，伴隨而來的是汽車用電量的迅速增加。專家預計到2010年電氣方面功率會達到10kW，電流將會增加3倍以上，如不增加電流，最有效的方法是盡量提高汽車電源供電電壓。電壓最好能在人體安全電壓范圍(DC60V)以下，42V是一種解決辦法。采用42V電源，可以直接減小導線尺寸和實現輕量化，從而降低成本。 在新的42V電源系統中，采用42V/14V雙電壓方案，對目前的電氣系統沖擊較小，過渡平緩。本文在綜合國內外相關研究的基礎上，對42V/14V雙電壓電氣系統的技術發展以及現狀進行了較系統的研究。主要研究內容如下： 首先，本文分析了汽車電源升壓的原因，介紹了國內外的現狀。研究探討新型42V電源系統對汽車蓄電池的影響，介紹了混合動力車用蓄電池的特點，比較目前混合動力車用幾種蓄電池的方案。因為42V/14V雙電壓共存，存在多種直流電壓變換器，本文分析了DC/DC變換器的結構和原理，設計了高頻斬波型和二重軟開關兩種DC/DC變換器模塊方案。 其次，介紹了混合動力汽車42V一體化啟動發電機系統裝置的特點，敘述其工作原理和系統組成。提出了一種基于永磁同步電機ISG系統的設計方案。在對永磁同步電機理論研究的基礎上，本文完成了對永磁同步電機起動的實驗和調試。通過對實驗樣機做起動實驗，驗證了本文設計的ISG系統及電機的硬件驅動的可行性。 最后，汽車電源系統升壓會產生更高的瞬態高壓和更強的電磁干擾，本文簡要分析了其產生的原因，闡述了基本的抑制方法。 目前汽車電源系統由14V電源向42V電源發展已經是必然的趨勢。作為過渡階段，對42V/14V雙電壓系統的研究將會是汽車界最近時期的一個重要內容。42V汽車電源系統標準的實施，將對汽車電器和電子設備帶來巨大的沖擊，同時也會給整個汽車界帶來新一輪的電氣技術革命。
上傳時間： 2013-07-23
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風能作為一種清潔可再生能源，迅速發展，已經成為世界新能源最主要的發展方向之一。風力發電系統按照容量可以分為小型風力發電系統和大型風力發電系統，按照是否并網又分為離網系統和并網系統，文章著重研究小型并網風力發電系統。 本文在分析國內外風力發電系統的現狀以及風電產業現狀的基礎上，研究了風力發電系統的總體結構、風力機的主要機型以及發電系統的分類。通過研究風力機和永磁同步發電機各自的特性，基于它們的數學模型分別建立了各自的仿真模型。基于上述仿真模型，分別建立了整個電壓源型逆變器并網風力發電系統和電流源型逆變器并網風力發電系統的仿真模型。 在風力發電并網系統中，并網逆變器是核心部分，可以分為電流源型逆變器和電壓源型逆變器。本文研究了三相電壓源型逆變器實現并網所采用的控制方法，包括空間矢量調制法和鎖相環技術。針對電流源型并網逆變器風力發電系統，研究了PWM電流源型整流器的空間矢量調制和PWM電流源型逆變器的三種脈寬調制策略。 文中電壓源型逆變器并網風力發電系統的仿真模型，采用BOOST變換器穩定逆變器輸入直流電壓，采用SPWM方法控制電壓源型逆變器實現風機的并網；在電流源型逆變器并網風力發電系統仿真模型中，用空間矢量調制方法控制PWM電流源型整流器和用SPWM控制電流源型逆變器的方法實現了系統的并網。本文對采用的控制方法進行了仿真驗證，比較了兩種并網系統的并網優缺點，最后對兩種并網逆變器的區別進行了總結。
上傳時間： 2013-06-29
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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
上傳用戶：lht618
