<nav id="qck4c"></nav> 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SR電機(jī)）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是一種先進(jìn)的機(jī)電一體化裝置，但是其較大的振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為主題展開(kāi)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動(dòng)是SR電機(jī)噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計(jì)算是研究SR電機(jī)振動(dòng)噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達(dá)式，定性分析了徑向力與電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)出基于矢量磁勢(shì)的電磁力計(jì)算公式。該計(jì)算方法求解電磁力時(shí)只需進(jìn)行一次磁場(chǎng)計(jì)算，不但減小了計(jì)算量，同時(shí)計(jì)算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計(jì)算方法，求出了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對(duì)在SRD性能仿真時(shí)，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時(shí)，而且對(duì)有限元計(jì)算數(shù)據(jù)量要求高的問(wèn)題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性模型辨識(shí)能力，成功進(jìn)行了SR電機(jī)磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計(jì)算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機(jī)精確解析數(shù)學(xué)模型。因?yàn)镾R電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問(wèn)題與振動(dòng)噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動(dòng)幅值角度探討了SR電機(jī)主要尺寸的確定；接著從對(duì)稱性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機(jī)相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問(wèn)題。并對(duì)一些常用的降低電機(jī)機(jī)械噪聲的措施和方法進(jìn)行了綜述。系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究對(duì)于減小振動(dòng)噪聲十分重要。本文從振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動(dòng)加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動(dòng)解；然后利用機(jī)電類比法得出了SR電機(jī)定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動(dòng)振幅的解析解，定性分析了影響振動(dòng)振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過(guò)建立不同的散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。通過(guò)建立不同繞組裝配工藝下的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了加強(qiáng)繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的模態(tài)分析結(jié)果和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了模態(tài)分析的有效性。仿真是計(jì)算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機(jī)振動(dòng)的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對(duì)SRD系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動(dòng)態(tài)性能仿真以及負(fù)載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)SR電機(jī)的開(kāi)關(guān)角進(jìn)行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場(chǎng)有限元計(jì)算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過(guò)非線性插值得到徑向力的波形，然后對(duì)徑向力波形進(jìn)行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機(jī)設(shè)計(jì)階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機(jī)定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機(jī)噪聲的首要條件。合適的控制策略對(duì)于SR電機(jī)減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)出三步換相法的時(shí)間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻(xiàn)的結(jié)論在阻尼比較小時(shí)有更好的減振效果。針對(duì)SR電機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)多個(gè)模態(tài)振形被激發(fā)出來(lái)的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對(duì)三步換相法的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對(duì)兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開(kāi)始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開(kāi)關(guān)角度二次優(yōu)化法和時(shí)間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動(dòng)態(tài)仿真證明這些方案是切實(shí)有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩?cái)夭ǘ际褂萌綋Q相法，和在相關(guān)斷時(shí)刻根據(jù)實(shí)際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機(jī)振動(dòng)噪聲，并提出了考慮減振要求的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)方法，最終形成了一套完整的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。設(shè)計(jì)并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機(jī)控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對(duì)稱半橋功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實(shí)現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。本文最后對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)比轉(zhuǎn)矩測(cè)量值與轉(zhuǎn)矩有限元計(jì)算值，驗(yàn)證了磁場(chǎng)有限元計(jì)算的有效性。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了空載與負(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對(duì)比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分證實(shí)了本文所提出的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)了國(guó)家十·五863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專項(xiàng)：“EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車(chē)用電機(jī)及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項(xiàng)目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機(jī)械降噪措施等的結(jié)論已在該項(xiàng)目的60kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上得到證實(shí)。
標(biāo)簽： 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 減 降噪
上傳時(shí)間： 2013-07-05
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本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究?jī)?nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過(guò)盈配合，用護(hù)套對(duì)永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過(guò)盈量，計(jì)算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。基于電磁場(chǎng)理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計(jì)算了磁力軸承的線性支承剛度，在對(duì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計(jì)，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過(guò)長(zhǎng)的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場(chǎng)路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對(duì)高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來(lái)的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對(duì)定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測(cè)定。然后采用場(chǎng)路耦合的方法，分析計(jì)算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測(cè)量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過(guò)與仿真結(jié)果的對(duì)比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態(tài)，是指在變壓器的勵(lì)磁電流中出現(xiàn)了直流分量。在直流輸電系統(tǒng)中，由于換流站的工作特性，有直流電流分量流過(guò)換流變壓器的繞組，產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象，這一現(xiàn)象將對(duì)換流變壓器的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，如勵(lì)磁電流發(fā)生畸變、變壓器鐵心損耗增加及鐵心高度飽和引起的漏磁通增加。因此，從電磁場(chǎng)的角度分析這一現(xiàn)象是必要的。 由于鐵磁材料的非線性，不能應(yīng)用疊加原理分析直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁情況。為此，本文應(yīng)用了二維瞬態(tài)場(chǎng)路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析軟件Ansoft，定量分析了在不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)下的勵(lì)磁電流波形情況，結(jié)果表明，直流偏磁使鐵心中的磁通密度發(fā)生偏移，對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流波形呈現(xiàn)正負(fù)半波極不對(duì)稱的形狀，并且直流偏磁量越大勵(lì)磁電流的畸變?cè)絿?yán)重。 在求出直流偏磁量與勵(lì)磁電流峰值關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一種基于鐵心空載損耗數(shù)據(jù)的方法，定量分析了在不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器鐵心損耗情況，結(jié)果表明，隨著直流偏磁電流的增加，鐵心損耗也會(huì)隨之增加，這會(huì)導(dǎo)致鐵心溫升上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鐵心局部過(guò)熱，影響變壓器的正常運(yùn)行。 在漏磁場(chǎng)分析中，討論了變壓器漏磁場(chǎng)的類型和作用，經(jīng)過(guò)合理簡(jiǎn)化，建立了換流變壓器二維漏磁場(chǎng)計(jì)算模型，應(yīng)用二維瞬態(tài)場(chǎng)路直接耦合有限元法，分析了不同等級(jí)直流偏磁電流作用下，換流變壓器漏磁場(chǎng)分布情況，結(jié)果表明，隨著直流偏磁量的增加，不同位置處漏磁場(chǎng)分量的變化規(guī)律基本不變，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上傳時(shí)間： 2013-06-25
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隨著焊接技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)字化焊機(jī)系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，本文開(kāi)展了對(duì)數(shù)字化IGBT逆變焊機(jī)控制系統(tǒng)的研究工作，設(shè)計(jì)了數(shù)字化逆變焊機(jī)的主電路和控制系統(tǒng)的硬件部分。 本文首先介紹了“數(shù)字化焊機(jī)”的概念，分析了數(shù)字化焊機(jī)較傳統(tǒng)的焊機(jī)的優(yōu)勢(shì)，然后結(jié)合當(dāng)前數(shù)字化焊機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展形勢(shì)，針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的特點(diǎn)，闡明了進(jìn)行本課題研究的必要性和研究?jī)?nèi)容。文章隨后列出了整個(gè)數(shù)字化逆變焊機(jī)的設(shè)計(jì)思路和方案，簡(jiǎn)要介紹了數(shù)字信號(hào)處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點(diǎn)，較為詳細(xì)地解釋了以DSP為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。根據(jù)弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號(hào)。 逆變焊機(jī)的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結(jié)構(gòu)(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡(jiǎn)略介紹了主電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及元件的選型和參數(shù)的計(jì)算，并對(duì)所設(shè)計(jì)的主電路進(jìn)行了Matlab計(jì)算機(jī)仿真研究。 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用TI(美國(guó)德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點(diǎn)，為弧焊逆變器控制系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化提供了條件。在DSP最小系統(tǒng)、電壓電流采樣調(diào)理模塊、保護(hù)模塊、鍵盤(pán)與顯示模塊等主要模塊的作用下對(duì)整個(gè)焊接電源進(jìn)行了實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制與焊接過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。控制電路采用脈寬調(diào)制方式(PWM)進(jìn)行輸出控制，即：控制IGBT的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)焊機(jī)輸出功率與輸出特性的控制。設(shè)計(jì)了專門(mén)的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經(jīng)過(guò)“分頻電路”分成兩路后，再經(jīng)IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊M57959L，進(jìn)行功率放大后，觸發(fā)IGBT。DSP對(duì)輸出電流和電弧電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，采用離散的PI控制算法計(jì)算后，輸出相應(yīng)的控制量來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)IGBT驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，進(jìn)而調(diào)制輸出電流，達(dá)到控制焊機(jī)輸出的目的。 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到了相應(yīng)的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)波形，該控制系統(tǒng)基本符合逆變焊機(jī)的工作要求。 最后，在對(duì)本文做簡(jiǎn)要總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)于本逆變焊機(jī)的進(jìn)一步完善工作提出了建議，為數(shù)字化焊機(jī)控制系統(tǒng)今后更加深入的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-08-01
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無(wú)刷直流電機(jī),是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來(lái)的一種機(jī)電一體化電機(jī).隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來(lái)越多的局限性.同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號(hào)處理器的"狀態(tài)觀測(cè)器"法無(wú)位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點(diǎn).論文在詳細(xì)介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上,建立了基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)模型,對(duì)模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號(hào)處理器為核心,設(shè)計(jì)了一套基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設(shè)計(jì)電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動(dòng)技術(shù)是無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制中的常用起動(dòng)方法,也是"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).文中對(duì)"三段式"起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論,指出了各部分的難點(diǎn),給出了相應(yīng)的解決方法.基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運(yùn)算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測(cè)量誤差以及干擾噪聲,論文著重對(duì)系統(tǒng)誤差、量測(cè)誤差和干擾噪聲三個(gè)方面作了詳細(xì)的分析,并提出了解決的方法.對(duì)于噪聲信號(hào)的數(shù)字化處理,論文探討了常用的幾種數(shù)字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試過(guò)程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統(tǒng)調(diào)試中的電壓、反電勢(shì)以及相電流等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
標(biāo)簽： 擴(kuò)展 卡爾曼濾波 無(wú)位置傳感器
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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電壓源型PWM逆變器在當(dāng)前的工業(yè)控制中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在其應(yīng)用領(lǐng)域中，交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過(guò)程中，設(shè)置死區(qū)是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件發(fā)生直通短路。盡管死區(qū)時(shí)間很短，然而當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率很高或輸出電壓很低時(shí)，死區(qū)將使逆變器輸出電壓波形發(fā)生很大畸變，進(jìn)而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電流發(fā)生畸變，電機(jī)附加損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的控制性能降低，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此，需要對(duì)逆變器的死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。本文針對(duì)連續(xù)空間矢量調(diào)制提出了一種改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法；針對(duì)斷續(xù)空間矢量調(diào)制提出了通過(guò)改變空間矢量作用時(shí)間，來(lái)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖寬度的補(bǔ)償方法，并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細(xì)分析了死區(qū)時(shí)間對(duì)逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開(kāi)關(guān)器件寄生電容對(duì)輸出電壓的影響。其次對(duì)已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了理論分析，該方法先計(jì)算出補(bǔ)償電壓，再對(duì)由零電流鉗位現(xiàn)象引起的補(bǔ)償電壓極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，極性校正的參考量為d軸補(bǔ)償電壓的幅值，然而補(bǔ)償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時(shí)參考量為變化量的缺點(diǎn)，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出了改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補(bǔ)償方法，改進(jìn)后的方法是先對(duì)由零電流鉗位現(xiàn)象引起的電流極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，然后再計(jì)算補(bǔ)償電壓的大小，電流極性校正時(shí)的參考量為三相電流極性函數(shù)轉(zhuǎn)化到γ-坐標(biāo)系的函數(shù)sγ的幅值，sγ的幅值與補(bǔ)償電壓大小無(wú)關(guān)為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應(yīng)性強(qiáng)。再次把改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法應(yīng)用到PMSM矢量控制系統(tǒng)中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性。對(duì)兩種仿真結(jié)果的對(duì)比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續(xù)空間矢量調(diào)制和斷續(xù)空間矢量調(diào)制的輸出波形的區(qū)別和死區(qū)對(duì)兩種波形影響的不同。針對(duì)DSP芯片TMS320LF2407A硬件產(chǎn)生的斷續(xù)SVPWM波，提出了根據(jù)電壓矢量和電流矢量的相位關(guān)系，通過(guò)改變空間矢量作用時(shí)間，來(lái)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖寬度，對(duì)其進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒ā＝o出了基本空間矢量作用時(shí)間調(diào)整的實(shí)現(xiàn)方法，并建立了MATLAB仿真模型，進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的正確性和有效性。
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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繞組勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)大功率場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開(kāi)發(fā)高性能的繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。目前開(kāi)發(fā)高性能繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場(chǎng)定向矢量控制（FOC）。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，在交流傳動(dòng)領(lǐng)域中，越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，交直交型繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒(méi)有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論探討，并進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： @@ 通過(guò)廣泛的查找文獻(xiàn)，對(duì)幾種常見(jiàn)的同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，分析了同步電機(jī)變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無(wú)傳感器技術(shù)在同步電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無(wú)傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測(cè)方法和基于外加信號(hào)的激勵(lì)法。隨后，對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置的估計(jì)進(jìn)行了綜述，其方法有：基于電機(jī)定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，高頻信號(hào)注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計(jì)法和基于相電感計(jì)算法等。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)的研究還很少。 @@ 對(duì)繞組勵(lì)磁同步電機(jī)矢量控制的理論進(jìn)行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢(shì)等效原理，將三相靜止交流信號(hào)等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號(hào)，將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的電壓矩陣方程、功率方程和運(yùn)動(dòng)方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。忽略同步電機(jī)d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機(jī)αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)磁通觀測(cè)器來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通，實(shí)現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測(cè)器采用降維觀測(cè)器，僅對(duì)轉(zhuǎn)子磁通分量進(jìn)行重構(gòu)，并通過(guò)極點(diǎn)配置算法，合理配置觀測(cè)器的極點(diǎn)，使觀測(cè)器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達(dá)到磁通觀測(cè)的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對(duì)稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個(gè)有效開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量，這六個(gè)開(kāi)關(guān)矢量和兩個(gè)零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開(kāi)關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計(jì)算各有效開(kāi)關(guān)矢量的作用時(shí)間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過(guò)渡問(wèn)題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個(gè)扇區(qū)中開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實(shí)現(xiàn)了SVPWM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運(yùn)行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。 @@ 空間矢量過(guò)調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過(guò)調(diào)制方法。過(guò)調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器的性價(jià)比不斷提高，數(shù)字控制技術(shù)已逐步應(yīng)用于大中功率高頻開(kāi)關(guān)電源。相對(duì)于傳統(tǒng)模擬控制方式，數(shù)字控制方式具有電源設(shè)計(jì)靈活、外圍控制電路少、可采用較先進(jìn)的控制算法、具有較高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。 高頻開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波小等特點(diǎn)，現(xiàn)已逐步成為現(xiàn)代通訊設(shè)備的新型基礎(chǔ)電源系統(tǒng)。針對(duì)傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源中損耗較大、超調(diào)量較大、動(dòng)態(tài)性能較差等問(wèn)題，本文采用基于DSP的全橋軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。全橋軟開(kāi)關(guān)移相控制技術(shù)由智能DSP系統(tǒng)完成，采樣信號(hào)采用差分傳輸，控制算法采用模糊自適應(yīng)PID算法，產(chǎn)生數(shù)字PWM波配合驅(qū)動(dòng)電路控制全橋開(kāi)關(guān)的通斷。在輸入端應(yīng)用平均電流控制法的有源功率因數(shù)校正，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，從而使功率因數(shù)接近1。最后通過(guò)Matlab仿真結(jié)果表明模糊自適應(yīng)PID控制算法比傳統(tǒng)PID控制算法在超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間，動(dòng)態(tài)特性等性能上具有優(yōu)越性。 論文以高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)為主線，在詳細(xì)分析各部分電路原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)、輔助電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、仿真研究、軟件實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)介紹了高頻變壓器的設(shè)計(jì)及模糊自適應(yīng)PID控制器的實(shí)現(xiàn)。并將輔助電源及控制電路制成電路板，以及在此電路板基礎(chǔ)上進(jìn)行各波形分析并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：s藍(lán)莓汁
使用二極管和晶閘管實(shí)現(xiàn)的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網(wǎng)注入大量諧波和無(wú)功功率，造成嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始研究PWM整流技術(shù)。電壓型PWM整流器具有交流側(cè)電流低諧波、高功率因數(shù)、直流電壓輸出穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。由于PWM整流器具有以上優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償、潮流控制、太陽(yáng)能發(fā)電以及交直流傳動(dòng)系統(tǒng)等領(lǐng)域，具有越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。本論文對(duì)三相PWM整流器進(jìn)行了研究，主要完成以下工作： 首先，對(duì)PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了PWM整流器的換流過(guò)程，給出了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，對(duì)交流側(cè)電感和直流側(cè)電容進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 其次，對(duì)電流滯環(huán)控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進(jìn)行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差限制在很小的范圍以內(nèi)。在起動(dòng)過(guò)程中串接入限流電阻，使起動(dòng)電流限定允許范圍以內(nèi)。 最后，在進(jìn)行了以上三種控制方式仿真后，針對(duì)電壓空間矢量控制存在的電流誤差問(wèn)題，采用電流超前給定策略和基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問(wèn)題。 仿真結(jié)果表明，論文所設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了直流電壓的穩(wěn)定控制，解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低等問(wèn)題，具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-06-16
上傳用戶：胡佳明胡佳明
高頻開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)具有體積小、重量輕、高效節(jié)能、輸出紋波小等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已開(kāi)始逐步成為現(xiàn)代電源系統(tǒng)的主流。但是在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中，它通常是采用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓或電流控制的。近年來(lái)，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的日益完善、成熟，微處理器/微控制器和數(shù)字信號(hào)處理器性價(jià)比的不斷提高，數(shù)字控制在以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制策略，采用數(shù)字控制具有更高的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，并本文對(duì)開(kāi)關(guān)電源的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、模糊控制、模糊PID控制理論、PWM產(chǎn)生原理進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型數(shù)字化的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)以TMS320LF2407為控制核心，利用模糊PID控制，建立電壓環(huán)單環(huán)控制結(jié)構(gòu)，直接生成數(shù)字PWM波形，經(jīng)過(guò)IR2118驅(qū)動(dòng)主電路的功率開(kāi)關(guān)管(MOSFET)。 本系統(tǒng)采用模糊PID控制策略。該控制策略既能發(fā)揮模糊控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)量小、較好的適應(yīng)性的特點(diǎn)，又能發(fā)揮PID控制的穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點(diǎn)，能較好的適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源的非線性，實(shí)時(shí)性控制的需要。整個(gè)電源系統(tǒng)以DSP為控制核心，用單個(gè)TMS320LF2407 DSP芯片來(lái)集中實(shí)現(xiàn)電源輸出調(diào)壓和過(guò)壓過(guò)流保護(hù)等要靈活地選擇不同的控制功能。 另外，本文按照高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟，采用基于DSP的數(shù)字控制方式，最后對(duì)本開(kāi)關(guān)電源主電路進(jìn)行了PID控制和模糊PID控制的對(duì)比仿真研究。仿真結(jié)果表明這種控制策略具有很好的控制性能，算法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，是一種比較實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)的控制算法。
標(biāo)簽： PID 模糊 控制開(kāi)關(guān)
上傳時(shí)間： 2013-07-01
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