開關磁阻電機（SR電機）驅動系統(tǒng)（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(shù)等之間的關系。根據(jù)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(tǒng)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(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)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(jīng)網(wǎng)絡的SR電機精確解析數(shù)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(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)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(tǒng)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(tǒng)的運動方程出發(fā)，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(shù)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(tǒng)低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結果和運行實驗結果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優(yōu)化目標，對SR電機的開關角進行了優(yōu)化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)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(shù)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(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)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(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)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(jù)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(jù)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(lián)電路方案。在控制軟件中實現(xiàn)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(tài)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(tǒng)”（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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近年來，隨著人們生活的改善，機動車輛得到迅速發(fā)展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴重污染，一些城市相繼制定法規(guī)限制摩托車和燃油助力車的使用來保護環(huán)境。于是發(fā)展綠色交通工具已成為一個重要的課題。電動車具有輕便、無污染、低噪音和價格低廉的特點，成為比較理想的交通工具。開關磁阻電機的結構簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內高效運行、而且堅固耐用，適合于在惡劣條件下應用等特點決定了其非常適合于車輛負載。 本文主要研究四相8/6極開關磁阻電機傳動系統(tǒng)在兩輪電動車中的應用，設計了以AVR單片機為主控芯片的電動車控制器。1.根據(jù)開關磁阻電機的結構和工作原理，建立了SR 電機的數(shù)學模型，分析并確定了開關磁阻電機的位置信號檢測方法，制定了該系統(tǒng)使用的控制策略：采用轉速外環(huán)、電流內環(huán)的雙閉環(huán)控制，通過AVR單片機片內定時器/計時器T/C2輸出的PWM斬波調壓間接地調節(jié)電流以控制電機的轉速。2.以AVR單片機為核心，設計了開關磁阻電機控制系統(tǒng)的各硬件電路，主要有電源轉換電路和電壓采樣電路、系統(tǒng)功率電路及MOSFET驅動電路、位置信號檢測電路和電流檢測與保護電路。3.在硬件電路的基礎上設計了系統(tǒng)的控制軟件，并對電動車的剎車、過流保護、欠壓保護和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發(fā)的系統(tǒng)進行了調試，通過實驗得到的速度電流波形證實了該控制器的可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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隨著焊接技術、控制技術以及計算機信息技術的發(fā)展，對于數(shù)字化焊機系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為熱點，本文開展了對數(shù)字化IGBT逆變焊機控制系統(tǒng)的研究工作，設計了數(shù)字化逆變焊機的主電路和控制系統(tǒng)的硬件部分。 本文首先介紹了“數(shù)字化焊機”的概念，分析了數(shù)字化焊機較傳統(tǒng)的焊機的優(yōu)勢，然后結合當前數(shù)字化焊機的國內外發(fā)展形勢，針對數(shù)字信號處理技術的特點，闡明了進行本課題研究的必要性和研究內容。文章隨后列出了整個數(shù)字化逆變焊機的設計思路和方案，簡要介紹了數(shù)字信號處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點，較為詳細地解釋了以DSP為核心的控制系統(tǒng)設計過程。根據(jù)弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號。 逆變焊機的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結構(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設計要點及元件的選型和參數(shù)的計算，并對所設計的主電路進行了Matlab計算機仿真研究。 在控制系統(tǒng)的設計中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點，為弧焊逆變器控制系統(tǒng)真正實現(xiàn)數(shù)字化提供了條件。在DSP最小系統(tǒng)、電壓電流采樣調理模塊、保護模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個焊接電源進行了實時的閉環(huán)控制與焊接過程的實時監(jiān)控。控制電路采用脈寬調制方式(PWM)進行輸出控制，即：控制IGBT的導通時間來實現(xiàn)焊機輸出功率與輸出特性的控制。設計了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經(jīng)過“分頻電路”分成兩路后，再經(jīng)IGBT專用驅動模塊M57959L，進行功率放大后，觸發(fā)IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進行實時采樣，采用離散的PI控制算法計算后，輸出相應的控制量來實時調節(jié)IGBT驅動脈沖的脈寬，進而調制輸出電流，達到控制焊機輸出的目的。 經(jīng)過實驗，得到了相應的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅動的實驗波形，該控制系統(tǒng)基本符合逆變焊機的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結的基礎上，對于本逆變焊機的進一步完善工作提出了建議，為數(shù)字化焊機控制系統(tǒng)今后更加深入的研究奠定了良好的基礎。
上傳時間： 2013-08-01
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本文介紹了埋弧焊的特點、發(fā)展過程、國內外的研究現(xiàn)狀；分析了軟開關逆變式主回路的優(yōu)點、模擬電路控制系統(tǒng)和數(shù)字化控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點，指出數(shù)字化控制是逆變埋弧焊機控制的發(fā)展方向；對埋弧焊接工作原理和埋弧焊機控制系統(tǒng)進行分析，介紹了交流方波埋弧焊的優(yōu)點；論述了變動送絲電弧控制系統(tǒng)的原理及影響因素，并且分析了變動送絲情況下焊接電弧的穩(wěn)定性，為逆變式交流方波埋弧焊系統(tǒng)的設計提供了理論依據(jù)。 在分析傳統(tǒng)交流方波埋弧焊主回路的基礎上設計了主回路結構，對主回路中一次、二次逆變回路的軟開關工作方式進行分析并做了簡單仿真。IGBT是逆變電源的核心部件，文中論述了IGBT功率器件的選型和各種保護措施以保證系統(tǒng)的可靠工作。焊機工作發(fā)熱量很大，本文介紹了整機和關鍵器件的熱設計。 數(shù)字化控制方式是逆變埋弧焊機控制的發(fā)展方向，本文采用“MCU+DSP”的控制結構，對埋弧焊的整個焊接過程進行精確控制。文中詳細介紹了主控制板的設計思路和電源、電流與電壓反饋、控制芯片最小系統(tǒng)、通信與保護工作電路。焊機的工作中，各種干擾不可避免，對各種可能干擾分析的基礎上在硬件電路設計和PCB板的制作中采取了相應的抗干擾措施。軟件設計是焊接穩(wěn)定進行的關鍵因素，文中介紹了控制系統(tǒng)中關鍵步驟的軟件設計思路和流程并在軟件的實現(xiàn)中采用抗干擾措施。 最后，對采用本控制系統(tǒng)的埋弧焊機進行初步實驗，結果表明本文所設計的埋弧焊機控制系統(tǒng)能夠滿足逆變埋弧自動焊的要求，具有電路簡單，控制精度高，抗干擾能力強、操作方便、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，提高了焊機的綜合性能及自動化程度。 本課題所設計的逆變式交流方波埋弧焊電源具有良好的輸出特性和控制性能，可滿足埋弧自動焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、對焊接整個過程進行實時軟件控制，電弧穩(wěn)定，焊接效果好。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；逆變；軟開關
上傳時間： 2013-06-08
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數(shù)字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發(fā)展到數(shù)字階段。數(shù)字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規(guī)模集成、方便升級，成為焊機的發(fā)展方向，推動了焊接產業(yè)的巨大發(fā)展。針對傳統(tǒng)的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現(xiàn)方法和基于“MCU+DSP”的數(shù)字化埋弧焊控制系統(tǒng)的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統(tǒng)兩個方面闡述了數(shù)字化逆變電源的發(fā)展歷程，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的國內外研究現(xiàn)狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數(shù)字化焊接系統(tǒng)，實現(xiàn)了穩(wěn)定的交流方波輸出。 根據(jù)埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數(shù)計算。根據(jù)主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統(tǒng)來實現(xiàn)焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環(huán)PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環(huán)PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數(shù)和焊接狀態(tài)的給定，預置和顯示各種焊接參數(shù)，快速檢測焊機狀態(tài)并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協(xié)議交換數(shù)據(jù)。通過軟件設計，實現(xiàn)焊接參數(shù)的PI調節(jié)，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數(shù)字化埋弧焊電源穩(wěn)定運行的電磁兼容問題。 系統(tǒng)分析了交流方波參數(shù)的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的控制系統(tǒng)和焊接試驗進行了總結，分析了系統(tǒng)存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數(shù)字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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電動自行車用經(jīng)濟型開關磁阻電動機驅動系統(tǒng):開關磁阻電機驅動系統(tǒng)( SRD)的特點決定了其非常適合于車輛負載。針對電動自行車應用的特點,介紹了基于單片機ATmega8和GAL20V8器件的控制方案,由此
上傳時間： 2013-04-24
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為了滿足市場需要，研制了+,%-#’" 直流脈沖氬弧焊機，并對該焊機的電路組成及工作原理進行了介紹，對./0 脈寬調制技術做了較詳細的分析。實踐表明，該焊機滿足設計要求，具有體積小、質量輕、高效節(jié)能等
上傳時間： 2013-04-24
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高溫超導（High Temperature Superconductor,HTS）磁陰電動機與傳統(tǒng)磁陰電動機相比，能夠以更小的體積和重量實現(xiàn)更大的輸出功率、更高的功率因數(shù)和效率.國外有關超導磁阻電動機的研究目前還處于初級階段，國內在這一領域更為滯后.論文以普通磁阻電動機的電磁關系為基礎，結合超導材料特殊的電磁特性，初步提出了超導磁阻電動機電磁設計的一般原則;并嘗試進行了一臺額定功率為150W的內反應式HTS磁阻電動機的電磁設計.論文以實際設計的一臺內反應式HTS磁阻電動機樣機作為分析實例，基于第二類超導體臨界態(tài)Kim模型和電磁場的有限元方法，提出了一般HTS磁阻電動機的內部磁場及交、直軸同步電抗的分析與計算方法.并在此基礎上進一步研究了如何借助HTS磁阻電動機的電抗曲線分析HTS磁阻電動機的穩(wěn)態(tài)工作特性.論文對常規(guī)磁阻電動機與HTS磁阻電動機進行了比較.計算結果表明，在電機尺寸、結構不變的前提下，超導磁阻電動機比常規(guī)磁阻電動機明顯地提高了電機X/X值，因而以更小的尺寸獲得了更大的輸出轉矩、更高的效率和功率因數(shù)，同時電機的穩(wěn)定運行區(qū)間也有所增大.計算結果還表明，采用抗磁性更強的YBCO塊材作為交軸阻磁介質，能夠保證轉子在獲得較大的直、交軸磁阻差異的同時不必犧牲較大的極孤系數(shù)和氣隙寬度，從而氣隙磁密有較好的波形，電機具有較好的同步性能.論文也對幾種具有相同定子但轉子結構不同的HTS磁阻電動機做了比較，比較結果顯示，ALA式HTS磁阻電動機比內反應式HTS磁阻電動機具有更大的輸出轉矩;當輸出功率較大時，ALA結構的HTS磁阻電動機還比內反應結構具有更好的穩(wěn)態(tài)工作特性.另外發(fā)現(xiàn)，thin-zebra ALA式HTS磁阻電動機的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻電動機更好.在進行內反應式HTS磁阻電動機的設計時，內反應槽既要盡量阻隔交軸磁通，又要分布的比較均勻，這樣才能既獲得足夠的直、交軸同步電抗比，又削弱轉矩脈動，從而最終改善電機的同步性能.
上傳時間： 2013-04-24
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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(shù)學模型基礎上實現(xiàn)無位置傳感器控制十分困難，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡的出現(xiàn)為解決這個問題提供了新的思路。徑向基函數(shù)(RadialBasisFunction，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡是一種映射能力極強的前向型神經(jīng)網(wǎng)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(jīng)網(wǎng)絡對SRM進行控制的新方法，所采用的RBF神經(jīng)網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)等優(yōu)點至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數(shù)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(shù)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(jīng)網(wǎng)絡在線辨識的SRM單神經(jīng)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(jīng)元來構成開關磁阻電機的單神經(jīng)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(wǎng)絡對系統(tǒng)進行在線辨識，建立其在線參考模型，由單神經(jīng)元控制器完成控制器參數(shù)的自學習，從而實現(xiàn)控制器參數(shù)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(jīng)網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)電機的準確換相，從而實現(xiàn)了電機的無位置傳感器控制；基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡在線辨識的單神經(jīng)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。
標簽： RBF PID 控制 神經(jīng)網(wǎng)絡
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(shù)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(shù)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(jīng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)比較容易.但對于變參數(shù)、變結構的開關磁阻電機來說固定參數(shù)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(shù),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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