本文分析了永磁同步直線電動機的運行機理與運行特性，并通過坐標變換，分別得出了電機在a—b—c，α—β、d—q坐標系下的數(shù)學模型。針對永磁同步直線電機模型的非線性與耦合特性，采用了次級磁場定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問題，還實現(xiàn)了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對它算法實現(xiàn)進行了研究。 針對速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過對傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結合，設計出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎上，設計了永磁同步直線電機矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問題；速度檢測采用了增量式光柵尺，設計了與DSP的接口電路，通過M/T法實現(xiàn)對電機的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進行仿真，結果表明采用模糊PID控制具有更好的動態(tài)響應性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動，對于負載擾動具有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-07-04
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變頻器在各行各業(yè)中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經(jīng)濟和生活中普遍需要的新技術。但是現(xiàn)有變頻器的調(diào)制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調(diào)制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業(yè)變頻器高性能調(diào)制算法為對象的研究內(nèi)容： 在闡述了工業(yè)變頻器系統(tǒng)的結構、調(diào)制算法、調(diào)速算法的基礎上，結合數(shù)學模型，分析了共模電壓產(chǎn)生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響，以及死區(qū)補償?shù)脑聿⑸鲜鰞蓚€調(diào)制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統(tǒng)給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統(tǒng)及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數(shù)設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統(tǒng)狀態(tài)處理程序、PWM發(fā)送中斷程序、電機啟動函數(shù)、電壓調(diào)整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現(xiàn)一般SVPWM的基礎上，根據(jù)之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區(qū)補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調(diào)制算法在硬件平臺上實現(xiàn)。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調(diào)試，并完成整個程序的編制和調(diào)試。此外，還調(diào)試了系統(tǒng)所需的反激式開關電源。整個系統(tǒng)調(diào)試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現(xiàn)的直通現(xiàn)象等。最終完成了工業(yè)變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調(diào)制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數(shù)校正(PFC)技術引用到串級調(diào)速中來提高定子側功率因數(shù)的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)中的不控整流橋后，系統(tǒng)可以等效為轉子串電阻調(diào)速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數(shù)、電磁轉矩脈動也進行了分析，發(fā)現(xiàn)能夠比傳統(tǒng)串級調(diào)速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現(xiàn)的特殊考慮和參數(shù)選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現(xiàn)了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下，以自行設計的機器人機械結構為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結構，介紹了機器人運動學理論，根據(jù)自行設計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結構算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結構設計機器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結構和控制系統(tǒng)結構組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節(jié)式機器人避障方法的基礎上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。 最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-08-05
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光伏發(fā)電是集開發(fā)可再生能源、改善生態(tài)環(huán)境于一體的重大課題，有巨大的經(jīng)濟、社會效益和學術研究價值。 本文首先介紹了3kW光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的組成和結構。3kW光伏并網(wǎng)逆變器采用兩級式結構，主電路由前級Boost變換器和后級的單相逆變橋組成。控制部分以DSP(DSP56F803)為核心，實現(xiàn)了光伏陣列最大功率點的跟蹤控制，以及產(chǎn)生與電網(wǎng)壓同頻同相的正弦電流，實現(xiàn)并網(wǎng)的功能。本文重點對逆變器系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制進行研究。 針對基于外特性建立的光伏陣列模型雖然簡單、參數(shù)易解，但精度低的問題，本文建立了基于物理特性的光伏陣列模型，并考慮光照強度、環(huán)境溫度對光伏陣列的影響，模型參數(shù)與實際參數(shù)嚴格對應。將幾種最大功率點跟蹤算法應用于所建立的光伏陣列模型使用MATLAB進行仿真，分析仿真結果，比較各種算法的優(yōu)缺點，總結出每種算法所適用的環(huán)境，并給出了最大功率點跟蹤控制在并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的實現(xiàn)策略。 設計了適用于額定功率為100W的光伏陣列最大功率點跟蹤的Boost電路，分別給出了利用PIC單片機16F873實現(xiàn)擾動觀察法和增量電導法的程序流程圖，實現(xiàn)了這兩種算法控制下光伏陣列的最大功率點跟蹤，并分析了兩種算法的跟蹤性能。
標簽： 3kW 光伏并網(wǎng) 逆變器
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)如今，逆變器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術作為一種最常見的調(diào)制方式在交流傳動系統(tǒng)中廣泛應用。采用PWM調(diào)制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的，很多種基于PWM原理的調(diào)制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調(diào)速系統(tǒng)中，逆變裝置具有調(diào)速范圍寬，輸出頻率變化快等特點，而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下，分段同步調(diào)制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出，達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調(diào)制在交流牽引傳動系統(tǒng)中的應用進行研究，主要目的在于解決該調(diào)制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調(diào)制模式下載波比和載波比切換點選取的原則，重點分析了分段同步調(diào)制模式下載波比切換點沖擊電壓的產(chǎn)生原因和危害，提出了改善電壓電流沖擊的方法，并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外，本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調(diào)制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調(diào)制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺，在開環(huán)的VVVF調(diào)速系統(tǒng)中進行了分段同步調(diào)制載波比切換實驗；在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了分段同步調(diào)制模式下的電機牽引模型，進行了分段同步調(diào)制載波比切換仿真；實驗和仿真結果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發(fā)生的沖擊，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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異步電機無速度傳感器矢量控制技術提高了交流傳動系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。準確辨識電機轉速是實現(xiàn)無速度傳感器矢量控制的關鍵。 本文對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了研究，建立了異步電動機無速度傳感器電壓解耦矢量控制系統(tǒng)和基于模型參考自適應(MRAS)的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。基于MRAS的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)利用電動機定子電壓方程和電流方程得到電動機轉速的模型參考自適應辨識算法，在此基礎上建立了一個改進的變參數(shù)MRAS速度辨識數(shù)學模型，并利用Matlab軟件對基于該速度辨識模型的無速度傳感器異步電動機矢量控制系統(tǒng)在不同的情況下進行了詳細的仿真研究。仿真結果驗證了該改進的變參數(shù)MRAS速度辨識模型具有令人滿意的辨識精度和動態(tài)性能。 基于MRAS的轉速估算理論從本質(zhì)上來說屬于基于電機理想模型的轉速估算方案，該方法依賴于電機參數(shù)，而電機參數(shù)在電機運動過程中變化很大，因而給出了對電機的一些定、轉子參數(shù)進行實時辨識方法，以保持系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。 在傳統(tǒng)型模型參考自適應系統(tǒng)基礎上，將系統(tǒng)中原有的自適應調(diào)節(jié)機構用一個具有在線學習能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡取代，提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的異步電機轉速估計方法，并給出了速度估計器的神經(jīng)網(wǎng)絡結構和學習算法。最后對基于神經(jīng)網(wǎng)絡轉速估計的異步電機矢量控制系統(tǒng)進行了仿真，結果表明該系統(tǒng)具有良好的性能。 簡單介紹了基于DSP的異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的硬件結構以及軟件系統(tǒng)的設計。
上傳時間： 2013-05-30
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多電平逆變器在大容量、高壓場合得到了廣泛的應用。在多電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法具有調(diào)制比大、能夠優(yōu)化輸出電壓波形、易于數(shù)字實現(xiàn)、母線電壓利用率高等優(yōu)點，成為人們關注的熱點。 本文首先對電力電子技術的發(fā)展前景和多電平逆變器控制技術的發(fā)展狀況進行了綜述。在分析兩電平逆變器工作原理的基礎上對三電平逆變器進行了研究，綜合比較了三電平逆變電路三種典型拓撲結構的優(yōu)缺點；介紹了二極管箝位型三電平逆變器，分析了二極管箝位型三電平逆變器相對于傳統(tǒng)兩電平逆變器的優(yōu)點，體現(xiàn)了課題研究的重要意義。其次，本文以中點箝位式三電平逆變器的基本拓撲結構為基礎，著重分析了三電平空間電壓矢量調(diào)制基本原理，提出了一種將最近的三個矢量合成參考矢量的空間矢量脈寬調(diào)制算法，給出大扇區(qū)和小三角形區(qū)域判斷規(guī)則以及合成參考電壓矢量的相應輸出作用順序，并優(yōu)化了開關矢量的作用順序，利于實現(xiàn)對中點電壓的控制，使算法易于實現(xiàn)。再次，論文分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡產(chǎn)生的原因，分析了大、中、小矢量對中點電位的影響，提出了能夠影響中點電位波動的關鍵矢量，并通過分配成對小矢量的作用時間實現(xiàn)了對中點電位的控制。最后，采用MATLAB軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調(diào)制算法進行了仿真分析，結果證明了算法的可行性。
上傳時間： 2013-08-01
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在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優(yōu)劣的重要指標。傳統(tǒng)電機系統(tǒng)通常采用PID控制，其本質(zhì)上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發(fā)生變化，會使得線性常參數(shù)的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數(shù)的過程中，參數(shù)整定值是具有一定局域性的優(yōu)化值，并不是全局最優(yōu)值。實際電機系統(tǒng)具有非線性、參數(shù)時變及建模過程復雜等特點，因此常規(guī)PID控制難以從根本上解決動態(tài)品質(zhì)與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數(shù)時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優(yōu)化算法等)研究應用的發(fā)展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統(tǒng)開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優(yōu)化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優(yōu)化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數(shù)學模型，對相應的控制系統(tǒng)進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。結合常規(guī)PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和同步傳動系統(tǒng)的控制器設計中，以滿足不同控制系統(tǒng)對電機動、靜態(tài)性能的要求以及對調(diào)速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態(tài)性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統(tǒng)PID控制相比，系統(tǒng)的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優(yōu)化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
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由于永磁無刷直流電機既具備交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又兼有普通有刷直流電機調(diào)速特性好、運行效率高的優(yōu)點，因此它在當今國民經(jīng)濟各個領域得到了越來越廣泛的應用。本文對基于DSP的無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了設計和研究。 本論文首先回顧了無刷直流電機的產(chǎn)生、發(fā)展歷程，介紹了目前的熱點研究方向和最新研究成果。 第二章對無刷直流電機的組成環(huán)節(jié)、結構、工作原理、運行特性進行了分析，并且建立了無刷直流電機的數(shù)學模型，對其控制方法進行了討論。同時，DSP控制器由于其高速的處理能力和豐富的片上資源，已經(jīng)廣泛的應用于電機控制領域。 第三章介紹了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的結構和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且對系統(tǒng)的相關環(huán)節(jié)進行了討論和分析。 第四、五兩章分別完成了硬件和軟件的設計。此系統(tǒng)是基于PWM技術和PID算法的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。硬件電路包括了控制電路、主電路、檢測電路、保護電路幾個部分；軟件采用模塊化的編程思想，編制了各程序模塊的控制流程圖，并論述了其實現(xiàn)方面的若干問題。 第六章給出了系統(tǒng)的仿真實驗結果及分析。 第七章對全文內(nèi)容進行了總結，并對無刷直流電機控制系統(tǒng)提出了展望。
標簽： DSP 無刷直流電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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高壓變頻調(diào)速技術節(jié)能效果顯著，多電平逆變器是其常用的一種電路拓撲形式。三電平逆變器能降低功率器件耐壓要求、降低諧波含量，普遍地采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制的控制策略。將DSP數(shù)字控制技術應用于三電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結構，提高系統(tǒng)性能，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文首先簡要介紹了三電平逆變器的拓撲結構和控制策略，并闡述了二極管箝位式三電平逆變器電路結構和電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略的實現(xiàn)方法。在此基礎上，通過對逆變器的工作過程分析，建立了逆變器的數(shù)學模型。并提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡并且能降低開關損耗的電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法。 本文在綜述人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術的基礎上，提出一種基于復合人工神經(jīng)網(wǎng)絡的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法，充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的快速并行處理能力、學習能力，縮短了計算時間，降低了由控制延時引起的諧波成分。最后在MATIAB/Simulink環(huán)境下，結合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真結果證明了基于復合人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法的可行性。 本文進行了三電平逆變器的主電路、開關器件驅動電路、電流電壓檢測電路和保護電路等的設計。根據(jù)三電平逆變器主電路功率開關多，驅動信號不能共地的特點，本文設計一種利用光耦隔離驅動功率開關器件的驅動保護電路，降低電磁干擾，并在過流等異常情況下實時保護功率開關器件。最后以TMS320LF2407DSP為數(shù)字控制平臺，實現(xiàn)了三電平逆變器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略。
上傳時間： 2013-07-07
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