隨著大功率開關器件、集成電路及高性能的磁性材料的進步，采用電子換相原理工作的無刷直流電機得到了長足的發展。無刷直流電動機既具有交流電動機的結構簡單、運行可靠維護方便等一系列優點，又具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗及調速性能好等諸多優點，在當今國民經濟各個領域的應用同益普及。 普通無刷直流電機存在著轉子位置傳感器，當電機尺寸較小時轉子位置傳感器難于安裝并且維修困難，另外傳統的霍爾元件溫度特性不好，導致系統可靠性變差，所以在一些小型，輕載啟動條件下，無位置傳感器無刷直流電機就成為理想選擇，并具有廣闊的發展前景。 同時隨著微處理器技術的發展，微處理器越來越多的用在控制系統中。許多復雜但有效的算法越來越多的用于電機控制當中。但是在無位置傳感器無刷直流電機，應用時往往需要精確的速度控制，尤其在高速運行場合，對信號反饋控制靈敏度的要求更為嚴格，并且算法也比較復雜。傳統的微處理器如 5l、96系列在實現對其的控制時，由于本身指令功能不強，乘除法所用周期過多，外圍電路數據轉換速度慢，資源相對較少，使其不能很好的完成對無位置傳感器無刷直流電機的控制。美國TI公司專門為電機的數字化控制設計的16位定點DSP控制器 TMS320X240集DSP的信號高速處理能力及適用于電機控制的優化的外圍電路于一體，可以為高性能，復雜傳動控制提供可靠高效的信號處理與控制硬件。本論文所研究的無位置傳感器無刷直流電機DSP控制系統即為滿足這一需要而設計的。 本論文首先對無刷直流電動機及其無位置傳感器控制的基本原理以及DSP芯片 TMS320F240進行了必要的介紹，并且對基于反電勢檢測法的DSP實現作了詳細的分析，包括對反電勢檢測及其相位實時修正方法，電機換流的實現，速度、電流雙閉環控制算法，電機的啟動分析，正反轉控制，速度的調節，制動、保護等都做了——詳細論述。本論文還對控制系統的控制及功率部分硬件作了詳細的分析。最后本論文對軟件的具體實現作了具體的闡述。 根據本論文所述的設計方案設計的無刷電機無位置傳感器DSP控制系統，可以獲得良好的速度控制性能。而且，DSP技術不僅使系統獲得了高精度，高可靠性，還簡化了系統結構，增加了系統的可靠性。具有控制靈活，智能水平高，參數易改等優點。
上傳時間： 2013-05-28
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該文通過研究直流調速系統雙向功率變換電路,提出一種ZCZVS Boost雙向DC/DC變換器與VVVF變頻調速器相結合,驅動鼠籠型異步電機的節能型電動車交流驅動系統.該系統在功能上實現了車輛剎車減速或下坡制動時能量的回饋,達到節能、提高能量使用效率和增加車輛行駛距離的目的;采用交流異步電機,克服了傳統直流驅動系統的諸多缺陷,降低了成本,減少了維護;采用ZCZVS技術,降低了電磁干擾和損耗,提高了效率;另外,在逆變主電路中采用IPM模塊,簡化了系統結構,節約了空間,提高了整個系統的可靠性和經濟性.論文詳細分析了系統工作原理,進行了拓撲和參數設計,并完成一套300W樣機的制作,通過相應的仿真和實驗測試,驗證了系統的可行性,特別適用于頻繁減速或剎車制動的電動車輛.預計該系統在旅游風景區、山城等將有很好的應用前景.
上傳時間： 2013-07-01
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隨著新型電力電子器件的不斷涌現和計算技術的不斷發展,高性能的異步電動機調速系統得到了廣泛的應用.而高壓變頻調速是近幾年剛剛開始應用的一種高新技術,不僅解決了大功率風機、水泵的軟起動和調速問題,而且節能顯著,具有較大的應用市場和廣闊的發展空間.該文首先對高壓變頻調速存在的對電網、電機和用電設備產生電磁污染的問題進行認真的分析,并針對高壓變頻調速系統存在的問題,根據增加電壓矢量種類,能降低高壓交流電輸出諧波的原理,采用了功率單元串聯的方法,設計出一種適用于風機和水泵調速的新型拓撲結構的高壓變頻器,供給普通異步電動機做調速驅動.測試結果表明,這種新型變頻器的輸出電壓波形符合實際的要求,解決了由于高壓變頻調速由于輸出諧波引起的電磁污染問題.該變頻器的拓撲結構復雜,主控制器的計算繁瑣、數據傳輸量大和控制難度高.為了得到良好的控制性能,該文結合同類產品,設計出以雙DSP(TM320F240)為核心的主控制器和系統總控制結構,同時給出了控制系統的軟件流程圖.最后,舉例說明功率單元串聯的新型高壓變頻器在風機上應用,論證了該高壓變頻調速系統的經濟效益和社會效益以及廣闊的應用前景.
上傳時間： 2013-07-26
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該文主要研究了以TI公司的16位定點TMS320F240型DSP為控制核心的全數字交流變頻調速系統硬件、軟件的設計理論和設計方法.該系統主要由主電路、系統保護電路、控制回路和采樣回路組成.主電路部分包括整流、濾波、逆變器(IPM)、IPM驅動電路等;系統保護電路包括過壓欠壓保護、限流啟動、IPM故障保護、過流保護等;控制回路包括DSP最小系統電路、與PC機通訊接口電路、仿真接口電路、PWM信號發生電路、A/D、D/A轉換電路等;采樣電路包括電流采樣、電壓采樣、轉速采樣.在軟件方面,考慮到SVPWM相對于SPWM具有較高的直流電壓利用率,以及更適合于數字控制系統,該文在研究SVPWM控制原理的基礎上,編制了基于SVPWM的開環控制程序.該文最后給出了試驗結果,開環運行試驗結果表明,該系統可以在0-50Hz范圍內平滑調速,在10Hz以上具有較強的帶負載能力,以及抗干擾能力.
上傳時間： 2013-05-21
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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發展，無刷直流電機的技術優勢逐漸凸顯，近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統效率、可靠性要求較高的場合，在國內，近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研，以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感，從分析換相過程入手，建立了三相星型六狀態工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數學模型，并基于此模型，通過仿真和實驗，對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數、反電勢系數、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究，分析表明電樞繞組電感對上述各系數和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設計和分析中，電樞繞組電感必須予以考慮。其次，本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數、計算極弧系數、電樞計算長度和氣隙系數，然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算，而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎，編制了無刷直流電機電磁設計軟件，并將其應用于兩臺樣機的設計，通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數據進行對比，驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發現q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素，設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間： 2013-04-24
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（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等之間的關系。根據虛位移原理，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值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網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網絡的SR電機精確解析數學模型。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、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。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。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；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低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，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多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優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滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態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雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現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”（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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超聲波電機是上個世紀八十年代逐步發展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力，通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁馬達相比，它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作相應快、運行無噪聲、無輸入時能自鎖等卓越特性，在非連續運動領域、精密控制領域要比傳統的電磁電機性能優越得多。目前，旋轉型超聲波電機，尤其是環形行波型超聲波電機，在工業、辦公、過程自動化等領域的伺服系統中作為直接驅動執行器得到廣泛的關注。 本論文主要研究并設計了用于超聲波電機控制驅動的小型控制系統。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標適中，操作簡便，能夠實現快速定位，速度可調節的標準的閉環控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅動電路進行相關的研究和設計，并按照控制器的需求設計相應的軟件。最后給出實驗結果：系統運行穩定，速度曲線較為理想，達到了最初的設計要求。 系統總結了超聲波電機的發展、特點、分類，通過與傳統電磁電機的對比給出了超聲波電機的廣闊的應用前景。在此基礎上，指出了超聲波電機研究的發展方向，明確了本文的研究內容。 總結了環形行波型超聲波電機的結構特點、運行機理，并在此基礎上總結了環形行波型超聲波電機調頻、調相、調幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅動逆變電路的優缺點。 本課題設計了基于超聲波電機的控制驅動系統電路。首先，提出了本次設計的設計思想及目的；其次，介紹了本設計的控制器硬件電路具體設計過程以及調頻調速的實現方式。然后，詳細介紹了該控制系統的軟件構成，包括上位機軟件、下位機軟件以及通訊部分。詳細闡述了在本控制系統中的調速、定位原理。最后通過實驗結果說明了該小型控制系統的有效性。
上傳時間： 2013-07-18
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低壓斷路器是電力系統中低壓配電網中的主要電器開關之一，它不僅可以接通和分斷正常負載電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。主要在頻繁操作的低壓配電線路或開關柜中作為電源開關使用，并對線路、電器設備等實行保護，當它們發生嚴重過流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，起保護作用，應用十分廣泛。智能控制器是斷路器上的保護裝置，也是斷路器的核心控制裝置。 20世紀90年代，隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術和通信技術的飛速發展，斷路器的保護裝置己由傳統的電磁式過流脫扣器發展成采用集成電路的電子式脫扣器，直至目前出現了帶高性能微處理器的智能控制器。新一代的智能控制器采用了模塊化結構設計，集測量、監視、控制、通信、保護等功能于一體，在低壓系統中得到了廣泛的應用。 在本課題中，該智能控制器在硬件上以美國Microchip公司推出的公司生產的PIC148F448為核心處理器，主要進行數據的實時采集處理和斷路器的故障保護，實時顯示線路運行時電流或故障信息等。利用帶有CAN接口的高性能的PIC18F448單片機設計了CAN總線接口，給出了CAN接口的硬件電路、軟件流程。該電路具有硬件設計簡單、可靠性高、實時性強等特點。實現了智能控制器與PC機的雙向通信功能，通過總線系統達到遙調、遙控的目的，使得智能控制器的性能得到增強，符合配電系統的要求，達到了本課題研究要求。
上傳時間： 2013-04-24
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傳統污水系統采用繼電器調節控制，容易漂移，且不能智能化，無法保證泵站及時可靠運行。而以單片機為基礎的微型控制機抗干擾能力差，工作期間調整點不穩定，系統容易死機，需要經常到現場服務調節，無法及時準確掌握污水泵站的運行狀態。采用可編程控制器控制，系統運行可靠，基本可以做到免維護調整。 本文針對污水泵站的性能要求和PLC的技術特點，研究了基于DCS測控系統的控制與管理。該系統是以SIEMENS公司的S7-200系列小型PLC作遠程終端，以工業PC機作上位機的主從式一點對多點監控網絡。工業PC機安裝在污水處理廠的中央控制室，既是泵站PLC的上位機，又是處理廠微機局域網的一個工作站，通過自定義無線通訊模塊與各泵站實現數據通信，并通過時間和事件觸發，計算出最佳的平衡水量和各泵站調度水量。下位機PLC安裝在泵站，根據上位機的指令控制泵站的水泵和閥門，組成本地數據采集系統。根據給定的調度水量，調整開啟的水泵臺數和工作時間，達到調度水量的目的。 污水泵站管理系統中泵站地理位置分散，處理廠集中進行數據處理、監視。這一特點與DCS系統功能相吻合。從這一意義上來講，集散控制系統能較好地適應本系統，同時還可以滿足在中心控制室集中顯示、打印、控制各系統的運行狀態和參數的要求。系統統一設計，使其功能合理分配到各子系統中。避免了功能重復及各系統間的不兼容，這樣使得系統維護方便，減少了備品備件。給整個泵站運行管理帶來了方便，提高了運行效率，同時也提高了管理效率，減少了泵站現場管理人員，降低了人力資源成本，也大大降低了因為人工管理造成的疏漏，提高了系統的可靠性。
上傳時間： 2013-08-05
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盤式永磁電機因其較高的轉矩密度和良好的動態響應特性，在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣和應用。本文針對盤式永磁同步電動機的設計展開研究，所做工作主要包括以下幾個部分： 首先，從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉矩密度的變化關系。推導了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數相應的有限元計算方法，兩種計算結果基本一致。并且在對多極少齒結構電機的漏磁系數進行研究的基礎上，總結了該類電機的漏磁系數的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結構，使得電機的主要尺寸減小，電機定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對永磁體的形狀進行優化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進而降低的轉矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉矩的影響規律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究，編寫了分環法盤式永磁電機電磁設計程序。通過對樣機設計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正，目前已經形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉子盤體進行剛度計算，并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算，保證了電機的可靠運行。 最后，在上述研究的基礎上，本文設計制造了一臺5kW的雙定子單轉子結構的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗，實驗結果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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