水位計廣泛應用于水利、石油、化工、冶金、電力等領域的自動檢測和控制系統(tǒng)中.本文設計的智能水位計是吸收了國內(nèi)外最新智能化儀表的設計經(jīng)驗,采用工業(yè)控制單片機,集水位采集、存儲、顯示及遠程聯(lián)網(wǎng)于一體,適用于各種液位及閘門開度的測量.它具有高精度、高可靠性、多功能和智能化等特點.針對研制任務的要求,課題期間研制了下位機系統(tǒng)硬件和軟件,開發(fā)了上位機監(jiān)控軟件,其中所作的具體工作包括:測量原理的研究和在系統(tǒng)中的實現(xiàn),在本次設計中用三種方法來進行水位測量,分別是旋轉編碼器法、液位壓力傳感器法和可變電阻器法;主控芯片的選擇,我們選用了高集成度的混合信號系統(tǒng)級芯片C8051F021;實現(xiàn)了信號的采集和處理,包括信號的轉換和在單片機內(nèi)的運算;高集成度16位模數(shù)轉換芯片AD7705在系統(tǒng)中的應用,我們完成了它與單片機的接口設計及程序編制任務;精確時鐘芯片DS1302在系統(tǒng)中的應用,在此,我們實現(xiàn)了用單片機的I/O口與DS1302的連接和在軟件中對時序的模擬,該芯片的應用給整臺儀器提供了時間基準,方便了儀器的使用;另外,針對研制任務的要求,還給系統(tǒng)加上了一路4~20mA模擬信號電流環(huán)的輸出電路來提供系統(tǒng)監(jiān)測,該部分的實現(xiàn)是通過采用AD421芯片來完成的,本設計中完成了AD421與單片機的SPI接口任務,協(xié)調(diào)了它與AD7705芯片和單片機共同構成的SPI總線系統(tǒng)的關系,并完成了程序設計;與上位機的通信接口設計,該部分通過兩種方法實現(xiàn):RS232通信方式和RS485通信方式;系統(tǒng)設計方面還包括報警電路設計、操作鍵盤設計、電源監(jiān)控電路設計、電壓基準電路的設計.在硬件設計的基礎上,對系統(tǒng)進行了軟件設計,軟件部分包括下位機單片機程序的設計和上位機監(jiān)控軟件的設計.在軟硬件充分結合的情況下,實現(xiàn)了系統(tǒng)設計要求,很好地解決了以往的水位計中存在的問題,達到了高精度水位測量儀器的各項標準.
標簽： 水位計
上傳時間： 2013-06-20
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從雙饋電機的基本工作原理出發(fā),分析雙饋電機調(diào)速的特點,引入矢量控制技術,進行坐標變換,得出雙饋電機同步坐標系上的數(shù)學模型.用MATLAB的S函數(shù)建立雙饋電機仿真模型,對雙饋電機起動性能進行分析.對雙饋電機的調(diào)速性能進行了詳細討論,得知雙饋電機要完全進行調(diào)速必須實現(xiàn)MT軸轉子電壓矢量的完全解耦.為此我們確定雙饋電機調(diào)速時的矢量控制策略即轉子電流定向的矢量控制.在進行定子磁場定向后,保持轉子電流與定子磁鏈相垂直,進行轉子電流定向.雙饋電機轉子電流定向矢量控制調(diào)速系統(tǒng)完全分為兩個通道,解除了雙饋電機的內(nèi)部耦合,實現(xiàn)電機的勵磁電流與轉距電流的分別控制,使雙饋電機的調(diào)速性能優(yōu)異.試驗證明調(diào)速系統(tǒng)具有變頻器功率小、功率因數(shù)高、動態(tài)性能好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點,適用于風機、泵類負載的調(diào)速,有良好的工業(yè)應用前景.
上傳時間： 2013-07-02
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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(qū)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(qū)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(qū)動電源和簡單而又實用的控制技術已成為國內(nèi)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(qū)動電源進行了初步的探討和研究,研制了通用性較高的驅(qū)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(qū)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(nèi)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(zhì),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(diào)壓直流電源,結合控制電路和功率變換電路獲得了驅(qū)動超聲波電機所需兩項幅值、頻率、相位可調(diào)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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永磁無刷直流電動機體積小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工業(yè)、車輛、家電、計算機及軍事等諸多領域得到廣泛應用,尤其在電動車應用領域倍受青睞,是當前電動車電動機研發(fā)的熱點.可以預見,隨著永磁材料和電力電子器件的價格的進一步降低,以及無刷直流電機驅(qū)動的理論研究和實踐應用的不斷完善和提高,永磁無刷直流電機及其控制系統(tǒng)將在很多場合有廣泛的應用前景.該文通過大量的文獻資料閱讀,在對永磁無刷直流電機的發(fā)展和現(xiàn)狀有了一個整體了解的基礎上,針對復合式轉子結構永磁無刷直流電機研制了一套弱磁恒功率控制系統(tǒng),提出一種"雙模控制"的控制策略,成功的實現(xiàn)了基速以下恒轉矩控制,基速以上弱磁恒功率控制.該文的主要內(nèi)容包括:首先介紹了永磁無刷直流電機的應用現(xiàn)狀和基本原理,以及永磁無刷直流電機弱磁恒功率控制運行機理和難點;其次,對采用復合式永磁無刷直流電機本體的弱磁控制,詳述了其本體結構和整套控制系統(tǒng),給出了硬件電路和軟件編程,提出了相關控制策略;最后,系統(tǒng)成功運行,獲得了相關實驗數(shù)據(jù)和波形,驗證了控制策略和系統(tǒng)設計的正確性.
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字控制技術在開關電源中的應用正變得越來越廣泛，開關電源的數(shù)字控制器包含三個主要的功能模塊：模數(shù)轉換器、數(shù)字補償器和數(shù)字脈寬調(diào)制器。本論文總結和比較了當今國際上高頻開關電源數(shù)字控制器各個模塊的先進技術和發(fā)展方向。 數(shù)字電源要在高頻開關電源應用領域中實用化、市場化，在技術上仍然存在許多的難關需要攻克。其中模數(shù)轉換器和數(shù)字脈寬調(diào)制器的分辨率問題給系統(tǒng)帶來了極限環(huán)振蕩的隱患，采樣時滯現(xiàn)象增加了實現(xiàn)電源的電壓調(diào)節(jié)快速動態(tài)響應特性的難度，同時數(shù)字補償器必須在一個開關周期內(nèi)完成若干次乘法和加法運算以便及時更新占空比信息，從而對數(shù)字控制器的運算速度提出了非常高的要求。本文集中研究和討論解決這些技術難點的途徑，利用matlab中的SISOTOOL塊，通過直接數(shù)字設計提出了2P2Z的數(shù)字補償算法。按照高頻開關電源的設計步驟，本文對主要元器件進行了參數(shù)的計算以及選型，并利用matlab中的SIMULINK模塊對電路的穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)性能進行仿真研究。 為了對理論分析和仿真研究進行驗證，本文設計實現(xiàn)了一款基于DSPic30F2020高性能數(shù)字信號處理器并采用2P2Z控制算法的高頻全橋拓撲大功率通信一次電源整流模塊。實驗結果表明，該數(shù)字電源方案穩(wěn)定可靠，性能參數(shù)優(yōu)異，能夠滿足應用的需要。
上傳時間： 2013-04-24
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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(diào)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(diào)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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傳統(tǒng)的直流電機一直在電機驅(qū)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(qū)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(qū)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(diào)節(jié)器，電流內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)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(nèi)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
上傳用戶：Shaikh
本文對超聲波電機驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了研究。全文主要內(nèi)容如下：系統(tǒng)介紹了超聲波電機的特點、研究歷史和主要應用，概述了超聲波電機驅(qū)動控制技術的研究現(xiàn)狀。在介紹壓電陶瓷逆壓電效應與壓電振子諧振特性的基礎上，闡述了超聲波電機的運行機理及調(diào)速原理。介紹了環(huán)狀行波型超聲波電機的基本結構及工作原理。研制了基于DSP的超聲波電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，為超聲波電機控制技術的研究提供了一個通用實驗平臺。通過光電編碼器檢測超聲波電機的速度，研制了利用速度反饋來進行頻率調(diào)整的頻率跟蹤控制器，實現(xiàn)了采用頻率P調(diào)節(jié)的超聲波電機速度穩(wěn)定性控制。實現(xiàn)了大外徑(80mm)環(huán)狀行波型超聲波電機的高精度位置檢測。研制了基于DSP的超聲波電機位置控制系統(tǒng)，完成了采用相位差P控制方案進行精密定位控制的實驗研究。
上傳時間： 2013-05-21
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動力傳動中的直線往復運動往往是通過旋轉運動在傳動裝置的作用下實現(xiàn)的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數(shù)學模型很難準確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉開關磁阻電機的轉矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術和數(shù)字技術的發(fā)展，直線開關磁阻電機以其簡單結實的電機結構、優(yōu)越的性能和經(jīng)濟指標，近年來受到學術界的極大關注，不少大學和研究機構都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導思想下，結合目前國際學術界的最新研究成果，對直線開關磁阻電機的理論、結構設計和系統(tǒng)仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導出直線開關磁阻電機的數(shù)學模型，并在此基礎上結合具體參數(shù)進行電機的結構設計，分析了各參數(shù)的靜態(tài)特性，推導出動態(tài)方程和傳遞函數(shù)，建立了非線性動態(tài)模型，利用該模型進行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，給出仿真結果；對系統(tǒng)進行優(yōu)化，提出了一種簡單可行的參數(shù)選擇方法。仿真結果表明，其動態(tài)響應性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎上，引進軟開關技術，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數(shù)據(jù)處理，給出了與DSP相連接的相關檢測電路。 為了降低和消除開關磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結構控制具有快速響應和對外部變化不靈敏等優(yōu)點，設計了LSRM滑模變結構控制系統(tǒng)。仿真結果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結構和開關磁阻電機的原理和控制方式結合起來，對直線開關磁阻電機進行深入的分析，并在動態(tài)特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關磁阻電機固有的優(yōu)點上，進一步簡化電機的結構，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統(tǒng)的效率。 研究結果表明，直線開關磁阻電機的結構十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
上傳時間： 2013-06-20
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開關磁阻電機（SR電機）驅(qū)動系統(tǒng)（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數(shù)等之間的關系。根據(jù)虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的SR電機精確解析數(shù)學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統(tǒng)振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統(tǒng)的運動方程出發(fā)，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結果和運行實驗結果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優(yōu)化目標，對SR電機的開關角進行了優(yōu)化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據(jù)實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；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。在控制軟件中實現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態(tài)轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、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比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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