隨著電力電子技術、微處理器技術以及新的電機控制技術的發(fā)展，交流調速性能日益提高。變頻調速技術的出現使交流調速系統(tǒng)有取代直流調速系統(tǒng)的趨勢。但是國民經濟的快速發(fā)展要求交流變頻調速系統(tǒng)具有更高的調速精度、更大的調速范圍和更快的響應速度，一般的通用變頻器已經不能滿足工業(yè)應用的需求，而交流電機矢量控制調速系統(tǒng)能夠很好的滿足這個要求。矢量控制(Field Oriented Control)，能夠實現交流電機電磁轉矩的快速控制，本文對三相交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)進行了研究和分析，以高性能數字信號處理器為硬件平臺設計了基于DSP的三相交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)，并分析了逆變器死區(qū)效應的產生，實現了逆變器死區(qū)的補償。 本文介紹了交流調速及其相關技術的發(fā)展，變頻調速的方案以及國內外對矢量控制的研究狀況。以三相交流異步電機在三相靜止坐標系下的數學模型為基礎，通過Clarke變換和Parke變換得到三相交流異步電機在兩相旋轉坐標系下的數學模型，并利用轉子磁場定向的方法，對該模型進行分析，設計了轉子磁鏈觀測器，以實現交流電機電流量的有效解耦，得到定子電流的轉矩分量和勵磁分量。仿照直流電機的控制方法，設計了矢量控制算法的電流與速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。設計了以TMS320LF2407A為主控制器的硬件平臺，在此基礎上實現了矢量控制算法，論述了電壓空間矢量調制(SVPWM)的原理和方法，并對其進行了改進。最后對逆變器的死區(qū)進行了補償。 實驗表明基于轉子磁場定向的矢量控制(FOC)系統(tǒng)，結構簡單，電流解耦方便，動態(tài)性能好，精度較高，能夠基本滿足現代交流電機控制系統(tǒng)的轉矩和速度要求。
上傳時間： 2013-05-24
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勵磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機及電力系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對勵磁控制系統(tǒng)進行了研究并給出了相關結論，同時提出了一些新的控制算法，并建立了一個勵磁控制系統(tǒng)仿真平臺。 首先，從同步電機和勵磁系統(tǒng)的模型入手，根據研究需要修改了同步電機的仿真模型，詳細地介紹了檢測單元、控制單元和勵磁系統(tǒng)主回路模型，在總結普通PID調節(jié)方式不足的基礎上提出了一種性能優(yōu)越的非線性PID控制方式。 其次，分別在有刷和無刷勵磁系統(tǒng)下，對普通PID、非線性PID和模糊自適應PID三種控制方式在階躍響應和突變負載的情況下進行仿真，對輸出的機端電壓進行分析并得出相關結論。 除了對通用的勵磁控制算法進行仿真分析外，提出了一種基于同步電機本身的勵磁控制算法，這種控制方式是對勵磁電流進行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進行進行精度調節(jié)。針對這種方式，提出了兩種實現方案。同樣在有刷和無刷勵磁系統(tǒng)下進行階躍響應和突變負載的仿真分析研究。仿真測試表明，這種控制算法在控制的快速性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于通用的控制方式。 最后，鑒于勵磁控制系統(tǒng)仿真的重復性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵磁控制仿真平臺，借助此平臺對SIMULINK模型操作，可以方便地實現對參數的設置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關的輔助操作等等，可以極大地簡化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺的實現也為其它系統(tǒng)類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制作為一種先進的控制策略，是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發(fā)展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。它是以交流電動機的雙軸理論為依據，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量：一個分量與轉子磁鏈矢量重合，稱為勵磁電流分量；另一個分量與轉子磁鏈矢量垂直，稱為轉矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉坐標系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉矩電流分量的大小，實現像直流電動機那樣對磁場和轉矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調速系統(tǒng)。 分析了脈寬調制和矢量控制的原理與實現方法，從而建立了異步電動機的數學模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導了三相坐標系、兩相靜止與旋轉坐標系下的電機基本方程和矢量控制基本公式。同時在進行相應的坐標變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現方法，根據矢量控制的基本原理，設計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數據的交換，并能在一方失控時另一方立即產生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數據顯示以及電流、速度檢測和保護等功能，也對變頻調速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護電路、電流和轉速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進行了編程，并給出了相關的仿真波形。MATLAB仿真結果表明，本文研究的調速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實現了對電機的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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混合動力電動汽車(HEV)作為降低城市汽車尾氣污染、減少油耗和調整能源結構的行業(yè)新技術，前景十分廣闊，日益受到人們的關注，其開發(fā)也成為新的熱點。驅動電機及其控制系統(tǒng)是HEV的核心部分，其性能的優(yōu)劣很大程度上決定了車輛的動態(tài)性能，因此對其進行研究具有重要的理論意義和應用價值。 本文主要研究混合動力車用交流驅動電機控制系統(tǒng)，以高性能的數字信號處理器(DSP)為核心，采用轉子磁鏈定向矢量控制(FOC)算法，設計了一種基于DSP的交流驅動電機控制器。主要研究內容如下： 首先，在分析國內外研究狀況和比較幾種常用驅動電機的基礎上，結合HEV對驅動電機的特性要求，選擇交流異步電機作為HEV的驅動電機和基于轉子磁鏈定向的矢量控制技術作為系統(tǒng)開發(fā)方案。 其次，以交流異步電機的動態(tài)數學模型為基礎建立了轉子磁鏈位置的電流計算模型，實現交流電機轉矩和勵磁電流分量的有效解耦。結合矢量控制理論及電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術給出了混合動力車用驅動電機矢量控制系統(tǒng)結構框圖。 最后，以一臺5kw異步電機作為控制對象，搭建了系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)控制電路以TMS32OLF2407A DSP為核心，由電流、電壓及速度等檢測模塊和CAN總線通信模塊組成。系統(tǒng)以CCS2集成開發(fā)環(huán)境為平臺，采用匯編語言編程，設計了基于DSP的矢量控制具體的軟件實現方法，實現了全數字化的HEV驅動電機矢量控制系統(tǒng)。論文給出了驅動電機運行的調試結果并進行了分析。 實驗表明該控制系統(tǒng)響應速度快，電壓利用率高，動態(tài)性能好，能夠滿足HEV對驅動電機動態(tài)和靜態(tài)性能的要求，對開發(fā)出低成本、高性能的電機驅動控制系統(tǒng)具有實用價值。
上傳時間： 2013-07-06
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目前離心機的變頻控制，采用的多是通用變頻器，沒有自主開發(fā)的離心機專用的交流調速控制器。同時，在控制方法上采用的主要還是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接轉矩控制方法則還沒有得到廣泛的應用。直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(jié)(Bang-Bang控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，獲得轉矩的高動態(tài)性能。直接轉矩控制，控制結構簡單、控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩響應迅速，限制在一拍內，是一種具有高動態(tài)響應的交流調速系統(tǒng)。本文通過對直接轉矩控制系統(tǒng)原理的分析、軟硬件的設計制作、系統(tǒng)的調試試驗，得到以下結論: ⑴直接轉矩控制系統(tǒng)，控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩動態(tài)響應迅速； ⑵直接轉矩控制系統(tǒng)中，低速階段轉矩脈動明顯，通過采用異步電動機適應全速的U-I模型，以及扇區(qū)細化等，可以有效減小轉矩脈動;由于轉矩和磁鏈采用離散的兩點式調節(jié)，即使在高速運行階段轉矩也有輕微的脈動，通過細分磁鏈扇區(qū)，采用空間矢量脈寬調制技術可以有效減小脈動，提高系統(tǒng)控制性能； ⑶直接轉矩控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)及其重要，特別是電壓、電流的檢測。無論采用哪種電機模型，電壓和電流都是最主要的參數，準確的電壓、電流檢測能夠增加電機模型的正確性，為控制提供基本的保障； ⑷直接轉矩控制系統(tǒng)中，對電機參數的要求簡單，只需要知道電動機定子電阻，因此直接轉矩控制系統(tǒng)的魯棒性強，易于移植。
上傳時間： 2013-04-24
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直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業(yè)以及家用電器等工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統(tǒng)中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發(fā)揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優(yōu)勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環(huán)控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)和兩種改進的直接轉矩控制系統(tǒng)進行了研究。在傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統(tǒng)。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統(tǒng)中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優(yōu)化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統(tǒng)中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)中的轉矩和磁鏈滯環(huán)控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)和兩種改進的直接轉矩控制系統(tǒng)擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統(tǒng)中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統(tǒng)的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統(tǒng)和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統(tǒng)，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統(tǒng)均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩(wěn)態(tài)誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統(tǒng)在弱磁調速范圍內依然優(yōu)于傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩(wěn)態(tài)誤差。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：253189838
矢量控制變頻調速系統(tǒng)是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發(fā)展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發(fā)出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統(tǒng)，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統(tǒng)的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統(tǒng)的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統(tǒng)的軟件部分，給出了調速系統(tǒng)的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節(jié)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI調節(jié)器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統(tǒng)已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，運行穩(wěn)定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統(tǒng)。
標簽： 異步電動機 變頻調速系統(tǒng) 矢量控制
上傳時間： 2013-05-25
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開關磁阻電機(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有結構簡單、工作可靠、效率高和成本較低等優(yōu)點，在很多領域都顯示出強大的競爭力，但是位置傳感器的存在不僅削弱了SRM結構簡單的優(yōu)勢，而且降低了系統(tǒng)高速運行的可靠性，增加了成本，探索實用的無位置傳感器檢測轉子位置的方案成為開關磁阻電機驅動系統(tǒng)(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的熱點。SRM高度非線性的電磁特性決定了在精確的數學模型基礎上實現無位置傳感器控制十分困難，而人工神經網絡的出現為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(RadialBasisFunction，RBF)神經網絡是一種映射能力極強的前向型神經網絡，具有收斂速度快、全局逼近能力強等優(yōu)點。本文提出一種利用自適應RBF神經網絡對SRM進行控制的新方法，所采用的RBF神經網絡以電機繞組的相電流、磁鏈作為輸入，轉子位置作為輸出，通過離線和在線相結合的方法對網絡進行訓練，建立SRM電流、磁鏈與轉子位置之間的非線性映射，從而實現SRM的無位置傳感器控制。 常規(guī)的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優(yōu)點至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數變化不大的情況下，PID控制效果良好，但當被控對象具有高度非線性和不確定性時，僅靠PID調節(jié)效果不好。對于SRM，它的電磁關系高度非線性，固定參數的PID調節(jié)器無法得到很理想的控制性能指標。論文提出了一種基于RBF神經網絡在線辨識的SRM單神經元PID自適應控制新方法。該方法針對開關磁阻電機的非線性，利用具有自學習和自適應能力的單神經元來構成開關磁阻電機的單神經元自適應控制器，不但結構簡單，而且能適應環(huán)境變化，具有較強的魯棒性。同時構造了一個RBF網絡對系統(tǒng)進行在線辨識，建立其在線參考模型，由單神經元控制器完成控制器參數的自學習，從而實現控制器參數的在線調整，能取得更好的控制效果。 仿真及實驗結果表明，自適應RBF神經網絡能夠實現電機的準確換相，從而實現了電機的無位置傳感器控制；基于RBF神經網絡在線辨識的單神經元自適應控制能夠達到在線辨識在線控制的目的，控制精度高，動態(tài)特性好，具有較好的自適應性和魯棒性。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應用領域廣闊的電機，其傳統(tǒng)的理論分析與設計方法已比較成熟。它的進一步推廣應用，在很大程度上有賴于對控制策略的研究。實踐中，使用通用變壓變頻(VVVF)變頻器來驅動沒有阻尼繞組的永磁同步電動機開環(huán)運行時，有時電機的運行頻率超過某一頻率，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定，甚至導致系統(tǒng)失步。本文研究了無位置傳感器的永磁同步電機的速度控制問題。 論文提出了一種將推廣卡爾曼濾波(EKF)原理應用于永磁同步電機無位置傳感器調速系統(tǒng)的方法。對永磁同步電機的數學模型和卡爾曼濾波原理作了詳細的分析，在dq轉子同步坐標系中應用推廣卡爾曼濾波算法，對永磁同步電機的轉角和轉速進行實時在線估計。所選取的濾波算法只需測量電流和逆變器直流母線電壓，具有不改造電機、可靠性高和經濟耐用的優(yōu)點。利用在線估計出的轉速和電流實現轉速電流雙閉環(huán)的永磁同步電機矢量控制。同時還提出了基于磁飽和原理的永磁轉子初始位置的檢測方法。針對轉子磁場定向方式及矢量控制方案，采用了空間矢量脈寬調制方法對系統(tǒng)進行控制，此方法可以輸出任意給定位置的電壓矢量，在不增加功率管開關頻率和不增加系統(tǒng)復雜性的前提下，明顯提高電機的調速性能。 在Matlab6.5環(huán)境下進行的系統(tǒng)仿真實驗表明，所提出的位置估計算法和控制方法具有優(yōu)良的轉角跟蹤特性和速度控制性能，同時系統(tǒng)具有較強的抗負載擾動性能和較好的魯棒性。實驗結果表明本文的方法達到了預期的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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開關磁阻電機驅動系統(tǒng)(SRD)是一種新型交流驅動系統(tǒng),以結構簡單、堅固耐用、成本低廉、控制參數多、控制方法靈活、可得到各種所需的機械特性,而備受矚目,應用日益廣泛.并且SRD在寬廣的調速范圍內均具有較高的效率,這一點是其它調速系統(tǒng)所不可比擬的.但開關磁阻電機(SRM)的振動與噪聲比較大,這影響了SRD在許多領域的應用.本文針對上述問題進行了研究,提出了一種新型齒極結構,可有效降低開關磁阻電機的振動與噪聲.通過電磁場有限元計算可看出,在新型齒極結構下,導致開關磁阻電機振動與噪聲的徑向力大為減小,尤其是當轉子極相對定子極位于關斷位置時,徑向力大幅度地減小,并改善了徑向力沿定子圓周的分布,使其波動減小,從而減小了定子鐵心的變形與振動,進而降低了開關磁阻電機的噪聲.靜態(tài)轉矩因轉子極開槽也略微減小,但對電機的效率影響不大.開關磁阻電機因磁路的飽和導致參數的非線性,又因在不同控制方式下是變結構的.這使得開關磁阻電機的控制非常困難.經典的線性控制方法如PI、PID等方法用于開關磁阻電機的控制,效果不好.其它的控制方法如滑模變結構控制、狀態(tài)空間控制方法等可取得較好的控制效果但大都比較復雜,實現起來比較困難.而智能控制方法如模糊控制本身為一種非線性控制方法,對于非線性、變結構、時變的被控對象均可取得較好的控制效果且不需知道被控對象的數學模型,這對于很難精確建模的開關磁阻電機來說尤其適用.同時,模糊控制實現比較容易.但對于變參數、變結構的開關磁阻電機來說固定參數的模糊控制在不同條件下其控制效果難以達到最優(yōu).為取得最優(yōu)的控制效果,該文采用帶修正因子的自組織模糊控制器,采用單純形加速優(yōu)化算法通過在線調整參數,達到了較好的控制效果.仿真結果證明了這一點.
上傳時間： 2013-05-16
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