本課題來源于國家863計劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機研究》項目的部分研究內(nèi)容。為了進一步提高稀土永磁同步電動機的效率，本論文主要采用有限元分析與實驗相結(jié)合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的諧波轉(zhuǎn)子銅耗、瞬態(tài)起動過程以及空載諧波磁場進行了深入研究。 論文利用有限元電磁場仿真軟件MagNet，對油田抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了詳細的電磁場仿真計算，首次，對諧波磁場引起的稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗進行了深入分析。通過對22kW電機的間接法和直接法效率實驗，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計算結(jié)果進行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時是存在轉(zhuǎn)子銅耗的，這也是和傳統(tǒng)稀土永磁同步電動機理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗分析》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了起動過程的仿真研究，并利用先進的動態(tài)示波記錄儀DL750對22kW電機進行了空載起動過程的實驗。實驗結(jié)果表明有限元電磁仿真計算結(jié)果是準確的，也為稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步電動機起動過程仿真研究》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應(yīng)用有限元電磁場軟件MagNet對作者設(shè)計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進行了仿真分析，得到空載諧波磁場的波形畸變率是6.23﹪；為了驗證有限元分析結(jié)果的正確性，專門設(shè)計了兩臺370W稀土永磁同步電動機對拖實驗，利用WT3000電力分析儀分析出：實際空載氣隙磁場波形的畸變率是3.26﹪；通過實驗結(jié)果和仿真結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)實際電機的轉(zhuǎn)子鼠籠條對電機空載諧波磁場有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動機空載氣隙磁場的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機》上。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電機在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何測試、分析和抑制電機振動和噪聲，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。虛擬儀器技術(shù)，相比于傳統(tǒng)儀器擁有性能高、擴展性強等優(yōu)點，在工程測試等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)，建立電機噪聲和振動的測試分析系統(tǒng)是一種可行的解決途徑。 本文將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電機的噪聲和振動問題，建立了基于虛擬儀器的電機噪聲振動測試分析系統(tǒng)。全文主要研究工作分為三部分：前兩部分分別研究了系統(tǒng)的硬件和軟件組成，建立了完整的硬件和軟件系統(tǒng)；第三部分進行了噪聲振動實驗研究，驗證了系統(tǒng)的正確性和有效性。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1．硬件部分。探討了系統(tǒng)的硬件組成，建立了以傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡為核心的測試系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件部分是正確采集電機噪聲和振動信號的關(guān)鍵，是測試分析的基礎(chǔ)。 2．軟件部分。用LabVIEw虛擬儀器編程語言完成了軟件部分的設(shè)計，實現(xiàn)了信號采集、顯示、處理、診斷、打印報告等一系列功能。針對電機噪聲振動的復(fù)雜性，建立了以快速傅里葉變換、功率譜函數(shù)分析、分數(shù)倍頻譜分析、小波分析等信號處理方法為核心的信號分析處理功能，并用最小二乘支持向量機實現(xiàn)了電機故障診斷功能。 3．實驗研究。實驗驗證了系統(tǒng)的信號采集、信號分析和故障診斷的正確性。構(gòu)造三類電機故障，實驗研究了采用最小二乘支持向量機進行故障診斷的有效性。 在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，提出了該電機噪聲和振動測試分析系統(tǒng)有待深入研究的若干問題。
上傳時間： 2013-07-22
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無刷直流電機,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)而迅速成熟起來的一種機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領(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越多的局限性.同時,隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號處理器的"狀態(tài)觀測器"法無位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點.論文在詳細介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎(chǔ)上,建立了基于"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)模型,對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)字信號處理器為核心,設(shè)計了一套基于"擴展卡爾曼濾波法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設(shè)計電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動技術(shù)是無傳感器無刷直流電機控制中的常用起動方法,也是"擴展卡爾曼濾波法"控制中的一個重要環(huán)節(jié).文中對"三段式"起動技術(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行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應(yīng)的解決方法.基于"擴展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測量誤差以及干擾噪聲,論文著重對系統(tǒng)誤差、量測誤差和干擾噪聲三個方面作了詳細的分析,并提出了解決的方法.對于噪聲信號的數(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)計的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的運行調(diào)試過程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問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、反電勢以及相電流等信號的實測波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
上傳時間： 2013-07-30
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隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，利用計算機仿真對電力電子電路進行分析和研究得到了日益廣泛的重視。盡管目前一些仿真軟件都有比較強大的功能，可以利用它們來完成某些電力電子裝置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和電力電子裝置負載的復(fù)雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進行的所有分析要求，特別是當其被用于電力電子裝置故障運行的仿真。針對上述問題，本論文在研究器件建模方法和裝置仿真方法的基礎(chǔ)上，運用C++語言開發(fā)了一個可專門用于電力電子裝置仿真分析的程序。 本課題首先對于各種電力電子器件進行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎(chǔ)上利用已知的電路原理和建模方法，抓住各具體電力電子器件的主要特征，建立其電路及邏輯仿真模型。由于本論文中研究的是電力電子裝置作為一個整體的特性，所以在對器件電路模型的建模過程采用高層次的電路模型，即理想開關(guān)模型和雙極性電阻模型。器件的邏輯模型則是通過皮特里網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，根據(jù)仿真的目的可建立不同精細程度的邏輯模型。因為器件邏輯模型的建模過程中采取的逐步細化的原則與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中自頂而下，逐步求精的思想不謀而合，所以在仿真程序中采用C++語言對所建立的器件模型進行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態(tài)特性和其負載的復(fù)雜性，使用階段仿真的思想進行程序設(shè)計。確定了仿真程序的總體結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了程序的模塊化設(shè)計。利用通用的狀態(tài)變化檢測模塊和兼容性檢測模塊在程序中確定電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的精確時刻，它們獨立于具體的電路結(jié)構(gòu)。狀態(tài)方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結(jié)構(gòu)相關(guān)，但是亦可將其設(shè)計為模塊的形式，針對不同的電路結(jié)構(gòu)僅需改變模塊中對于狀態(tài)方程和輸出方程的描述。鑒于數(shù)值計算方法對于仿真結(jié)果的重要性，本論文中討論了幾種數(shù)值積分方法的特點及適用范圍，并在程序用編寫了幾種常用的算法，以供用戶選擇。通過對于瓦格納斬波器、三相全控整流橋和三相半控整流橋的仿真驗證仿真程序的正確性和實用性。
上傳時間： 2013-07-16
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護更方便?，F(xiàn)代電氣傳動控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機實際運行狀態(tài)進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實現(xiàn)，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎(chǔ)，以永磁同步電機為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設(shè)計了電機狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計方案。整個方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實踐，應(yīng)用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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運動控制卡是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，是上位機與驅(qū)動執(zhí)行部件的之間的一座橋梁。數(shù)控加工中的定位控制的精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標都與運動控制卡密切相關(guān)。目前，國內(nèi)研制的運動控制卡與國外專業(yè)性公司研制的先進的開放式運動控制卡相比還有較大差距。因此，對于運動控制卡的研究與開發(fā)具有很大的現(xiàn)實意義。 本文對運動控制卡的各種實現(xiàn)方案作了深入的比較，對于運動控制卡的發(fā)展趨勢進行了探討。在分析數(shù)控系統(tǒng)對于運動控制卡需求的基礎(chǔ)上，提出了一種基于DSP的PCI總線運動控制卡的實現(xiàn)方案。該方案具有通用性好、軟件易于修改升級、調(diào)試方便等特點。 文中對這一方案的具體實現(xiàn)做了詳細的分析，給出了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，軟硬件組成情況。詳盡闡述了運動控制電路、總線接口電路、驅(qū)動器接口電路等硬件電路的設(shè)計過程，以及運動控制卡的制作過程。論述了DSP上的程序結(jié)構(gòu)，并具體分析了插補算法、速度控制算法等在DSP上的實現(xiàn)方法。對PC機上的運動控制卡的驅(qū)動程序的模型以及編寫方法做了介紹。 通過對制成樣板的調(diào)試表明，運動控制卡具有良好的性能。
上傳時間： 2013-07-29
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本文首先從數(shù)控系統(tǒng)的組成與特點進行詳細分析，然后對運動控制卡在整個系統(tǒng)中承擔功能進行了分析。根據(jù)數(shù)字型號處理器件的快速運算能力和現(xiàn)場可編程門陣列器件的靈活、通用性提出了基于DSP器件和FPGA器件進行總體設(shè)計的規(guī)劃。 本文重點詳細闡述了四軸運動控制卡硬件電路的設(shè)計。通過對現(xiàn)有部分PC總線的介紹與比較，設(shè)計選擇了PCI總線作為上位PC與運動控制卡的通信總線，并且選擇PCI9052芯片來設(shè)計PCI接口模塊；基于DSP器件的特點，設(shè)計選擇了TMS320LF2407芯片為核心，進行運算控制單元的設(shè)計，同時對其主要內(nèi)部資源進行了分配。最后，根據(jù)硬件的原理圖，完成了具體電路板的制作。 對軟件設(shè)計，文章主要對插補算法在DSP上的實現(xiàn)作了一些探討。介紹了兩種加速模式：梯形加速模式和s曲線加速模式。就逐點比較法直線和圓弧插補算法以及數(shù)字積分插補原理也進行了分析。最終，提出總體程序流程控制、速度控制算法、插補算法等的程序設(shè)計框架，并進行了具體程序設(shè)計。
上傳時間： 2013-07-19
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(shù)(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復(fù)雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設(shè)計是由高性能的復(fù)雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設(shè)計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術(shù)應(yīng)用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎(chǔ)知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術(shù)及其在糾錯碼中的應(yīng)用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應(yīng)算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結(jié)果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設(shè)計要求，從而驗證了譯碼器設(shè)計的可靠性，所設(shè)計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
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(yīng)用領(lǐng)域廣闊的電機，其傳統(tǒng)的理論分析與設(shè)計方法已比較成熟。它的進一步推廣應(yīng)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(qū)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(dǎo)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(yīng)用于永磁同步電機無位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)的方法。對永磁同步電機的數(shù)學模型和卡爾曼濾波原理作了詳細的分析，在dq轉(zhuǎn)子同步坐標系中應(yīng)用推廣卡爾曼濾波算法，對永磁同步電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)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(jīng)濟耐用的優(yōu)點。利用在線估計出的轉(zhuǎn)速和電流實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子初始位置的檢測方法。針對轉(zhuǎn)子磁場定向方式及矢量控制方案，采用了空間矢量脈寬調(diào)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(guān)頻率和不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下，明顯提高電機的調(diào)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(zhuǎn)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(jié)果表明本文的方法達到了預(yù)期的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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對基于Pmac控制卡的機器人控制軟件進行了分析，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可重用性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的清晰性， 采用COM接口技術(shù)實現(xiàn)軟件的插件化，從而為軟件功能的擴展奠定了基礎(chǔ)， 降低了系統(tǒng)的耦合度，便于系統(tǒng)的維護和升
上傳時間： 2013-05-28
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