無刷直流電機(BLDCM)是隨著電機控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機。它是在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。無刷直流電機具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列特點，又具有直流電機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，在很多場合有廣泛的應(yīng)用前景，成為了國內(nèi)外研究的熱點。無刷直流電機傳統(tǒng)的理論部分分析和設(shè)計方法已經(jīng)比較成熟，因此對無刷直流電機控制策略的研究就顯得十分重要。 PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點至今仍被廣泛應(yīng)用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制性能優(yōu)良。但在工業(yè)上有許多無法建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對象和非線性控制對象，若采用傳統(tǒng)的PID進行控制的話，那么很難獲得比較理想的控制效果。 對于無刷直流電機而言，它是一個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器無法得到很理想的控制性能指標。基于以上原因，本文以無刷直流電機為控制對象，通過分析無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，設(shè)計了應(yīng)用于無刷直流電機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。 在MATLAB平臺上，先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，給出相應(yīng)的控制算法，對典型的參數(shù)時變非線性系統(tǒng)的控制進行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，同傳統(tǒng)PID控制器相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對模型、環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力與較強的魯棒性，有效的改善了系統(tǒng)的控制結(jié)果，達到了預(yù)期的目的。隨后利用SIMULNK建立了無刷直流電機控制系統(tǒng)的仿真模型。分別采用普通PID控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對電機的不同運行狀況進行了仿真分析。仿真結(jié)果驗證了所建模型的正確性，并證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性。
標簽： PID BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 無刷直流電機
上傳時間： 2013-08-04
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風(fēng)機的耗電量占全國總發(fā)電量的40﹪左右，是全國耗電最大的工業(yè)裝備，而且運行效率比國外低10﹪～30﹪。因此在風(fēng)機(及水泵)上實行節(jié)能、節(jié)電、降耗是一個緊迫的任務(wù)，對緩解我國電能的供需矛盾、推進我國現(xiàn)代化建設(shè)、縮小我國和發(fā)達國家的差距具有非常現(xiàn)實和深遠的意義。 小型風(fēng)機(1～10千瓦)特點是：單臺的耗電量很小，但是數(shù)量巨大，因此降低這些小型風(fēng)機的耗電量同樣具有十分深遠的經(jīng)濟意義。但在這一領(lǐng)域的節(jié)能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅(qū)動小功率風(fēng)機的永磁無刷直流電機，通過調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量從而達到節(jié)能的目的。永磁無刷直流電機是近年隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的進步而迅速發(fā)展起來的一種新型電機。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置，即克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列缺點，又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點，因此在各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 本論文從永磁材料、磁體結(jié)構(gòu)、充磁方式、繞組分布、極弧系數(shù)等方面分析了風(fēng)機外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機的設(shè)計要求，給出永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)、原理及一般設(shè)計要求；根據(jù)風(fēng)機電機的驅(qū)動要求，設(shè)計制造外轉(zhuǎn)子風(fēng)機用鐵氧體永磁無刷直流電機樣機；針對風(fēng)機用電機驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)速及各種保護要求，基于降低成本的原則，設(shè)計制造永磁無刷直流電機的驅(qū)動系統(tǒng)。這一設(shè)計為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機的調(diào)速控制系統(tǒng)，并進行了試制、調(diào)試及試驗。實驗表明了系統(tǒng)具有簡單和優(yōu)越的控制性能，適于小功率無刷直流電機的控制。 樣機實測數(shù)據(jù)表明外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機用于驅(qū)動小功率風(fēng)機具有良好的性能、較低的成本，具有進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢。
標簽： 無刷直流電機 驅(qū)動系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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電動摩托車具有零排放、低噪聲等優(yōu)點，是真正的綠色環(huán)保輕型交通工具，它以方便j快捷等特點被越來越多的人們所接受，成為大中城市公共交通的理想補充。而無刷直流電動機以其控制簡單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，被大量地用作電動摩托車驅(qū)動電機。本文主要研究基于AVR單片機的電動摩托車控制技術(shù)。 首先，分析了電動摩托車的發(fā)展趨勢，以及無刷直流電動機能在電動摩托車驅(qū)動領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的原因，并探討了電動摩托車無刷直流驅(qū)動電機的控制方法。 其次，在分析無刷直流電動機工作原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了無刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型，確立了通過PWM調(diào)節(jié)改變電樞電壓的大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制策略。 第三，采用ATMEL公司的ATmega88單片機為控制核心，設(shè)計了包括電流檢測與保護、位置信號檢測、功率開關(guān)管驅(qū)動、電源轉(zhuǎn)換和電壓采樣與欠壓保護等一系列硬件電路，充分利用了ATmega88單片機成本低、功能豐富、運算能力強等優(yōu)點，簡化了控制電路，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，降低了控制成本。 第四，采用C語言編寫了控制程序，完善了控制功能，實現(xiàn)了軟、硬件控制方法的結(jié)合。使用ICC-AVR集成開發(fā)環(huán)境和SL-ISP在線編程，降低了開發(fā)成本；采用模塊化設(shè)計方法設(shè)計控制程序，提高了程序的可維護性。完成的功能模塊主要包括啟動與換相模塊、電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊、過電流與堵轉(zhuǎn)保護模塊、欠電壓保護模塊和定速巡航模塊等。 最后，對開發(fā)的控制系統(tǒng)進行了調(diào)試，并對實驗結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明，控制系統(tǒng)運行可靠、實時性好，證明ATmega88單片機適合用作電動摩托車驅(qū)動電機的控制芯片。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高速永磁無刷直流電機應(yīng)用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設(shè)計具有重要的經(jīng)濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優(yōu)化設(shè)計、控制系統(tǒng)和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設(shè)計：從磁路結(jié)構(gòu)入手，分析了定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體的各種結(jié)構(gòu)優(yōu)劣及其選型、選材的根據(jù)；講述了場路結(jié)合的分析計算方法；給出了極數(shù)、槽數(shù)、繞組、轉(zhuǎn)子參數(shù)、定子參數(shù)和軸承的參數(shù)確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據(jù)齒磁通分析計算了電樞繞組的感應(yīng)電動勢；根據(jù)此電動勢的波形，推導(dǎo)了三相六狀態(tài)控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導(dǎo)了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現(xiàn)尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內(nèi)的損耗尤其是鐵耗較大，根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)來計算鐵耗的傳統(tǒng)方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內(nèi)的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據(jù)Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導(dǎo)了考慮電機內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數(shù)是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數(shù)據(jù)通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內(nèi)損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內(nèi)的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網(wǎng)絡(luò)法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結(jié)果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優(yōu)化，給出了優(yōu)化算例，并做出樣機，通過對優(yōu)化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優(yōu)化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)中的幾個關(guān)鍵問題進行了研究：位置檢測技術(shù)、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統(tǒng)換相角問題，它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應(yīng)用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統(tǒng)提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當(dāng)提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內(nèi)置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設(shè)計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構(gòu)了對樣機進行發(fā)電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉(zhuǎn)子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結(jié)果和計算結(jié)果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機的設(shè)計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設(shè)計和應(yīng)用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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電動油泵在國外高中檔汽車中已有廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)，一些國產(chǎn)汽車也開始使用電動燃油泵，目前油泵電機普遍采用有刷直流電機，從而帶來壽命短、可靠性低、EMC性能差等不利影響。本論文基于實際需要，采用Magneforce/BIDC軟件，設(shè)計了一臺無刷直流電機油泵電機代替原有有刷直流電機，以期改善原有電動油泵的運行性能，提高可靠性，延長使用壽命。文中給出了兩種滿足性能指標的方案，并對它們的工作特性及額定運行性能作了比較。并就其中一種方案(四極六槽結(jié)構(gòu))研究了磁鋼極弧寬度、超前導(dǎo)通角對電機性能的影響，以及一系列設(shè)計參數(shù)對定位轉(zhuǎn)矩的影響。之后，論文采用了ANSOFT/MAXWELL軟件對樣機進行了磁場分析，得出了樣機在一個電周期內(nèi)空載和負載時的磁場分布規(guī)律。另外論文采用了ANSYS軟件，分析了樣機的溫度場分布。 為了進一步分析無刷直流油泵電機的可靠性，論文建立了帶霍爾位置傳感器的無刷直流電機的Simulink仿真模型，并利用該仿真模型對無刷直流電機所可能發(fā)生的故障進行了仿真研究。仿真了無刷直流電機常見的包括電機本體、逆變器及位置傳感器在內(nèi)的三類故障運行情況，在理論上對各個故障仿真結(jié)果進行了詳細分析，并在樣機上實驗驗證了仿真結(jié)果，這對進一步提高無刷直流電機的故障診斷水平及提高電機的可靠性具有重要的指導(dǎo)意義。 論文還根據(jù)樣機的性能參數(shù)及實際應(yīng)用的需要，研制了一臺基于ML4425的無刷直流電機無位置傳感器控制器。實驗證明，該無位置傳感器控制無刷直流油泵電機可以取代原有的有刷電機，滿足實際應(yīng)用的需要。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著無刷直流電機在工業(yè)控制和家用電器等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，其傳統(tǒng)的帶位置傳感器無刷直流電機控制呈現(xiàn)出越來越多的局限性，由此，無位置傳感器控制便應(yīng)運而生，特別是“反電勢”法無位置傳感器控制逐漸受到了人們的青睞，并成為無刷直流電機控制系統(tǒng)的研究熱點及發(fā)展主流。 論文在詳細介紹了無刷直流電機的運行原理及數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對反電勢過零檢測法無位置傳感器控制的原理以及過零檢測電路的設(shè)計進行了詳細的分析和研究。由于在零速或低速時電機反電勢為零或很小，基于反電勢的控制方法都需要特殊的起動技術(shù)，本文在分析常有起動方法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了一種新的起動方法一轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)起動法，該起動方法包括轉(zhuǎn)子零初始位置檢測、轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)加速以及切換至反電勢法運行三個步驟，并通過仿真和實驗證明，與傳統(tǒng)的三段式起動方法相比，該起動方法具有更優(yōu)良的起動性能。同時，本文還對反電勢法無位置傳感器控制的檢測誤差及干擾影響進行了系統(tǒng)的理論分析，并提出了相應(yīng)的誤差補償及干擾抑制措施。 最后，確立了以MC56F805為核心的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的硬件實驗平臺。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。實驗證明，所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成無刷直流電機無位置傳感器控制功能，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快速、可靠性高。
上傳時間： 2013-07-21
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在永磁無刷直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于水磁體產(chǎn)生的磁場同定子鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即齒槽定位力矩。定位力矩使電機輸出轉(zhuǎn)矩波動，產(chǎn)生振動和噪聲。影響齒槽轉(zhuǎn)矩的因素很多，如齒槽的數(shù)量、齒槽形狀、斜槽角度、磁鋼的極弧系數(shù)以及輔助凹槽等等，因此，準確計算定位力矩較為復(fù)雜。本文利用麥克斯韋張量法來分析定位力矩，為電機設(shè)計提供理論參考。文中闡述了齒槽力矩產(chǎn)生機理，綜述了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，探討了抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的發(fā)展趨勢。 本文以永磁無刷直流電機為對象，利用Ansoft有限元仿真軟件，通過有限元分析對改變槽口寬度、定子斜槽、改變極弧系數(shù)和定子沖片增加輔助凹槽對定位力矩的影響進行了研究。深入分析了沖片輔助凹槽對抑制永磁無刷直流電機定位力矩的作用，因為沖片面加輔助凹槽的方法，生產(chǎn)中便于加工，對電機性能影響很小。結(jié)果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。 最后對這幾種抑制定位力矩的方法進行優(yōu)化組合，找出了一個最優(yōu)的抑制永磁無刷直流電機定位力矩的方案。
上傳時間： 2013-06-18
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盤式永磁無刷直流電動機的設(shè)計可以借鑒圓柱式無刷直流機和一般盤式電機設(shè)計的方法,但又有其獨特的特點.本文主要研究的盤式永磁無刷直流電機的電磁分析與設(shè)計.考慮到盤式電機特殊的磁場形式,本文從磁場分析方法入手,研究了盤式永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計特點,比較了與普通圓柱式電機之間的異同,并給出了一個電磁設(shè)計程序.
上傳時間： 2013-07-15
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本課題來源于重點航空研究項目——某型飛機電動舵機用雙余度隔槽嵌放式稀土永磁直流無刷電機的研制,進行雙余度無刷直流電機的控制技術(shù)及性能研究具有理論意義、工程意義和顯著的社會效益和經(jīng)濟效益.論文介紹以AT89C51單片機與SG3525脈寬調(diào)制控制器為核心的雙余度稀土永磁無刷直流電機試驗器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),并對PWM調(diào)速控制、功率驅(qū)動輸出及GAL邏輯綜合等電路進行分析,提出并設(shè)計了電流截止負反饋電路實現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)和起動時的電流限制功能.在控制器軟件需求分析的基礎(chǔ)上,介紹了基于KeilC51的RTXTiny實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件工程化技術(shù).按照控制設(shè)計、編程、測試、試驗等規(guī)范,建立了完整的文檔,提高軟件的易讀性、易理解性,以達到軟件的高可靠性和強壯性.無刷直流電機是典型的強電與弱電相結(jié)合的系統(tǒng),并且飛機系統(tǒng)的電磁環(huán)境復(fù)雜,本文對系統(tǒng)的干擾源、傳播途徑等問題進行了研究,并提出相應(yīng)的軟、硬抗干擾措施使系統(tǒng)性能達到總體設(shè)計要求.
標簽： 無刷直流電機 控制系統(tǒng)設(shè)計 性能
上傳時間： 2013-07-21
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本文首先介紹無刷直流電機原理及其常用的控制方法。在建立了無刷直流電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了MATLAB環(huán)境下控制系統(tǒng)的仿真模型，并對各個仿真模塊進行了分析。設(shè)計了無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路。該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908JL3單片機為核心，功率變換電路采用三菱公司IPMPS21246-E模塊。介紹了電路的各個組成部分，給出了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施。針對雙閉環(huán)無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)，深入研究了基于串級PI控制的控制策略，給出了參數(shù)選擇方法，并進行了仿真分析。根據(jù)所設(shè)計的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由物理層和應(yīng)用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實現(xiàn)模塊，包括啟動按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應(yīng)用層程序調(diào)用物理層程序模塊，通過一定的算法邏輯，實現(xiàn)整個系統(tǒng)軟件的功能。最后對無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了調(diào)試。給出了系統(tǒng)運行中的電壓、速度和電流等信號的實測波形，并進行了分析。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有良好的調(diào)速性能，達到預(yù)期的效果。
上傳時間： 2013-07-11
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