超聲波電機(jī)是上個(gè)世紀(jì)八十年代逐步發(fā)展起來的新型微電機(jī)。它利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)激發(fā)的超聲振動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)力，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的電磁馬達(dá)相比，它具有低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動(dòng)作相應(yīng)快、運(yùn)行無噪聲、無輸入時(shí)能自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、精密控制領(lǐng)域要比傳統(tǒng)的電磁電機(jī)性能優(yōu)越得多。目前，旋轉(zhuǎn)型超聲波電機(jī)，尤其是環(huán)形行波型超聲波電機(jī)，在工業(yè)、辦公、過程自動(dòng)化等領(lǐng)域的伺服系統(tǒng)中作為直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器得到廣泛的關(guān)注。 本論文主要研究并設(shè)計(jì)了用于超聲波電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)的小型控制系統(tǒng)。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價(jià)格較低、體積小、性能指標(biāo)適中，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，速度可調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行相關(guān)的研究和設(shè)計(jì)，并按照控制器的需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。最后給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，速度曲線較為理想，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求。 系統(tǒng)總結(jié)了超聲波電機(jī)的發(fā)展、特點(diǎn)、分類，通過與傳統(tǒng)電磁電機(jī)的對比給出了超聲波電機(jī)的廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，指出了超聲波電機(jī)研究的發(fā)展方向，明確了本文的研究內(nèi)容。 總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機(jī)調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅(qū)動(dòng)逆變電路的優(yōu)缺點(diǎn)。 本課題設(shè)計(jì)了基于超聲波電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路。首先，提出了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想及目的；其次，介紹了本設(shè)計(jì)的控制器硬件電路具體設(shè)計(jì)過程以及調(diào)頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方式。然后，詳細(xì)介紹了該控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成，包括上位機(jī)軟件、下位機(jī)軟件以及通訊部分。詳細(xì)闡述了在本控制系統(tǒng)中的調(diào)速、定位原理。最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了該小型控制系統(tǒng)的有效性。
標(biāo)簽： 超聲波 電機(jī) 控制驅(qū)動(dòng)
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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文中設(shè)計(jì)完成了以數(shù)字信號處理器DSP為控制核心，以智能控制功率模塊IPM為驅(qū)動(dòng)，以無刷直流電機(jī)作為伺服電機(jī)的一套高性能的電梯門機(jī)交流伺服系統(tǒng)。 論文闡述了設(shè)計(jì)的目的，給出了電機(jī)的選擇，介紹了無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)；說明了門機(jī)運(yùn)行曲線的形成及加減速運(yùn)行時(shí)按S曲線方式運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，并給出了加減速運(yùn)行時(shí)S曲線的具體形成方法；針對門機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的研究，將自適應(yīng)控制理論引入了電梯的門機(jī)控制系統(tǒng)中，并針對模型參考自適應(yīng)控制的方法進(jìn)行了分析，該方法的實(shí)施使系統(tǒng)的性能得到了提高。 系統(tǒng)采用TMS320LF2407A作為電梯的門機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制器，對TMS320LF2407A作了詳細(xì)的介紹。文中對系統(tǒng)采用了全數(shù)字化設(shè)計(jì)，完成了總體硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括計(jì)算控制電路、信號采集電路、鍵盤輸入及顯示電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等，并對每一部分電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的說明；驅(qū)動(dòng)電路選用了智能控制功率模塊IPM，并針對所選模塊進(jìn)行了說明。 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，采用對曲線進(jìn)行離散的方式，給出了門機(jī)運(yùn)行的參考模型，并根據(jù)采集的信號與參考模型進(jìn)行對比，求出加/減速運(yùn)行時(shí)S曲線實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償算法；并針對運(yùn)行參數(shù)變化的影響，提出了對門機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制的方法，給出了系統(tǒng)軟件的流程。 通過對系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對電梯門機(jī)系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)控制的目的。
標(biāo)簽： 電梯門 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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盤式永磁電機(jī)因其較高的轉(zhuǎn)矩密度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在各種驅(qū)動(dòng)、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣和應(yīng)用。本文針對盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)展開研究，所做工作主要包括以下幾個(gè)部分： 首先，從電機(jī)的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機(jī)和徑向永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度進(jìn)行了比較，得到了兩種電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度的變化關(guān)系。推導(dǎo)了六相盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)電抗、槽漏抗等的計(jì)算公式，同時(shí)也給出了這些參數(shù)相應(yīng)的有限元計(jì)算方法，兩種計(jì)算結(jié)果基本一致。并且在對多極少齒結(jié)構(gòu)電機(jī)的漏磁系數(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該類電機(jī)的漏磁系數(shù)的計(jì)算方法。 其次，采用了針對六相電機(jī)的22極24槽結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)的主要尺寸減小，電機(jī)定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對永磁體的形狀進(jìn)行優(yōu)化，可使得永磁電機(jī)氣隙磁密波形畸變率減小，進(jìn)而降低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動(dòng)勢波形和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律。 通過對盤式永磁電機(jī)的磁場分布特點(diǎn)的研究，編寫了分環(huán)法盤式永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序。通過對樣機(jī)設(shè)計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值比較，不斷對盤式永磁電動(dòng)機(jī)的電磁程序進(jìn)行完善和修正，目前已經(jīng)形成了一個(gè)比較實(shí)用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子盤體進(jìn)行剛度計(jì)算，并且也對電機(jī)的定子進(jìn)行了固有頻率的計(jì)算，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行。 最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)制造了一臺5kW的雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的盤式永磁同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)并做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致。
標(biāo)簽： 高功率密度 永磁同步電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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玻璃磨邊機(jī)這項(xiàng)技術(shù)國外在上世紀(jì)九十年代末期發(fā)展起來；但設(shè)備價(jià)格比較昂貴。而國產(chǎn)機(jī)尚處于起步階段。根據(jù)玻璃深加工企業(yè)的實(shí)際需要，本課題設(shè)計(jì)和完成了這種高精度的玻璃磨邊設(shè)備。 本文主要研究了步進(jìn)電機(jī)、變頻器、光電編碼器、可編程控制器和由它們組成的控制系統(tǒng)在玻璃直線磨邊機(jī)上的應(yīng)用。介紹了步進(jìn)電機(jī)、變頻器、光電編碼器和可編程控制器的功能、特點(diǎn)。通過PLC、步進(jìn)電機(jī)、變頻器、編碼器組成的控制系統(tǒng)來對玻璃加工進(jìn)行控制。該系統(tǒng)在控制精度上基本達(dá)到了生產(chǎn)的需要。這里采用該系統(tǒng)來代替伺服系統(tǒng)，不僅降低了成本而且也滿足了企業(yè)的要求。文中還設(shè)計(jì)了PLC程序來對其進(jìn)行控制，而且進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。其間，還采取一些辦法解決了一些干擾問題，也掌握了實(shí)際選型的有關(guān)知識。本文還介紹了人機(jī)界面的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。 本文對玻璃直線雙邊磨邊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了綜合性論述對控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能分析，闡述了系統(tǒng)的性能要求；根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，本文對位置控制的方法進(jìn)行分析和研究，給出了玻璃直線雙邊磨邊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案；對變頻器和光電編碼器的原理進(jìn)行了分析，給出了變頻器與光電編碼器的選型方法。玻璃直線雙邊磨邊機(jī)的夾持梁升降系統(tǒng)采用開環(huán)控制；工作臺開合控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制，光電編碼器測量開合位置，反饋給PLC，對開合系統(tǒng)進(jìn)行慢速開合，以提高定位精度，降低了開發(fā)成本。 本文還對采用可編程控制器作為下位機(jī)現(xiàn)場控制進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹了PLC的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序，初始化程序，開合機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)程序，夾持梁升降控制系統(tǒng)程序，玻璃傳送控制系統(tǒng)程序及上位機(jī)與下位機(jī)的通信處理方法。
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)控制方面,經(jīng)常要用到低速驅(qū)動(dòng),以前一般采用電動(dòng)機(jī)加減速器或永磁感應(yīng)子式電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn),但是他們存在著很多缺點(diǎn)和不足。隨著分?jǐn)?shù)槽繞組結(jié)構(gòu)的提出,分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)在低速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本文將對這種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的介紹和分析。 分?jǐn)?shù)槽繞組和整數(shù)槽繞組是電機(jī)繞組的兩種重要形式。本文首先從電機(jī)結(jié)構(gòu)和繞組電感兩個(gè)方面對分?jǐn)?shù)槽繞組電機(jī)和整數(shù)槽繞組電機(jī)進(jìn)行比較,以加深對分?jǐn)?shù)槽繞組結(jié)構(gòu)的理解。分?jǐn)?shù)槽繞組也存在對稱性問題,即并不是所有的分?jǐn)?shù)槽繞組都是各相對稱的,接下來本文給出了分?jǐn)?shù)槽繞組的對稱條件,為分?jǐn)?shù)槽繞組電機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在分?jǐn)?shù)槽電機(jī)中,節(jié)距y=1的分?jǐn)?shù)槽繞組是一種非常重要的繞組,是中小型永磁電機(jī)和永磁交流伺服電機(jī)使用最多的的分?jǐn)?shù)槽繞組,本文將對這種繞組形式進(jìn)行詳細(xì)介紹,為了便于以后分析和應(yīng)用,還將給出這類電機(jī)常用的極槽配合和繞組的各種參數(shù)。整數(shù)槽電機(jī)60°相帶繞組的排列比較簡單,分?jǐn)?shù)槽電機(jī)則顯的比較復(fù)雜,本文將具體介紹兩種繞組排列方法來解決這一問題。
標(biāo)簽： 低速 直驅(qū) 永磁同步電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在伺服系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)高精度的控制，往往需要實(shí)時(shí)地檢測出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。用來檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的角度傳感器主要有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。光電編碼器雖然能夠達(dá)到很高的精度，但是它的抗干擾性差，不宜應(yīng)用在條件惡劣的場合中；相比較而言，旋轉(zhuǎn)變壓器（簡稱旋變）由于結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，抗干擾性強(qiáng)，能夠應(yīng)用在各種條件惡劣的場合中，所以獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 本文采用的旋變樣機(jī)是一種新型的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。分析了它的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、定子繞組的連接方式以及轉(zhuǎn)子形狀的優(yōu)化；并在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了它的正余弦輸出反電勢的表達(dá)式；最后在電磁場分析軟件Ansoft中，以樣機(jī)為原型建立了仿真模型，分析了它內(nèi)部的電磁場分布以及正余弦輸出反電勢的波形。 其次，本文設(shè)計(jì)了一種以DSP為核心的R2D電路系統(tǒng)。它以振蕩電路產(chǎn)生的正弦波電壓信號作為旋變的激勵(lì)信號，加上相關(guān)的外圍電路，構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，解算出了旋變的軸角θ；并在此基礎(chǔ)上，分析了產(chǎn)生角度解算誤差的各種因素，同時(shí)計(jì)算出了旋變的轉(zhuǎn)速n。 最后，在上述解算方案的基礎(chǔ)上，本文又給出了第二種解算方案，即：DSP產(chǎn)生的方波經(jīng)過濾波之后作為旋變的激勵(lì)信號，解算出了旋變的軸角θ；然后比較了這兩種解算方案的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)分析了激勵(lì)信號中的諧波分量對正余弦輸出反電勢以及角度解算的影響。
標(biāo)簽： R2D 旋轉(zhuǎn)變壓器 電路
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動(dòng)領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域正在取代直流電動(dòng)機(jī)，交流傳動(dòng)變得越來越經(jīng)濟(jì)和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重大的作用。永磁同步電動(dòng)機(jī)以其特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于中小功率傳動(dòng)場合，成為研究的重要領(lǐng)域。然而，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)脈動(dòng)，而對于這些應(yīng)用場合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，必須考慮其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制問題。本文針對電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中參數(shù)變化對電機(jī)性能的影響，以永磁同步電機(jī)為例，圍繞如何通過參數(shù)辨識來提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制性能，借助自行開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，對永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場定向控制，參數(shù)辨識，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高系統(tǒng)性能幾個(gè)方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對通過參數(shù)辨識抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了較為細(xì)致的分析。針對不同情況，通過改進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動(dòng)機(jī)的一般數(shù)學(xué)模型。經(jīng)坐標(biāo)變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相（d—q）坐標(biāo)系下永磁同步電動(dòng)機(jī)電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。 2、分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動(dòng)基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，推導(dǎo)并建立了id=0控制時(shí)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應(yīng)控制原理，設(shè)計(jì)了一種模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，考慮電機(jī)參數(shù)的時(shí)變性，對永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩辨識進(jìn)行了研究，以保持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真實(shí)驗(yàn)證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)性能，經(jīng)過訓(xùn)練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。本章針對永磁同步電機(jī)提出了一種以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案，同時(shí)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立和設(shè)計(jì)了負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)辨識的算法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為指導(dǎo)值和目標(biāo)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，具有跟蹤性能好和魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 5、電機(jī)的參數(shù)會隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進(jìn)行在線實(shí)時(shí)辨識。本文利用電機(jī)的定子電流、電壓和轉(zhuǎn)速，采用遞推最小二乘法進(jìn)行在線參數(shù)辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數(shù)辨識的耦合。電機(jī)狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項(xiàng)，對電機(jī)參數(shù)辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機(jī)狀態(tài)方程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，得到電機(jī)的參數(shù)辨識值，本文采用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，對以上方法的仿真實(shí)驗(yàn)得到了滿意的結(jié)果。 6、本文基于數(shù)字電機(jī)控制專用DSP自行開發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，通過軟件實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計(jì)，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實(shí)時(shí)估計(jì)是很準(zhǔn)確的，由此構(gòu)成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。
標(biāo)簽： 電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 參數(shù)辨識
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)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(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)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(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)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(jī)研究的熱點(diǎn)。 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(jī)無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢﹄姍C(jī)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(jī)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(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴(kuò)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(shí)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(kuò)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(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)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(kuò)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(jī)為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)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(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過檢測電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)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(jī)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(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：lifangyuan12
果園收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化是廣大果農(nóng)們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，開展果樹采摘機(jī)器人研究，不僅對于適應(yīng)市場需求、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效率有著一定的現(xiàn)實(shí)意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)、促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)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(jī)械手固定在履帶式移動(dòng)平臺上構(gòu)成的一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術(shù)項(xiàng)目“果樹采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，以自行設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)為研究對象，對果樹采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析、研究和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了視覺伺服控制器，并對采摘機(jī)器人避障技術(shù)進(jìn)行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，介紹了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，根據(jù)自行設(shè)計(jì)的5自由度機(jī)械臂機(jī)械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機(jī)器人機(jī)械臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 其次，基于開放、先進(jìn)和可靠的考慮，采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要對果樹采摘機(jī)器人硬件組成部分主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。在分析果樹采摘機(jī)器人工作環(huán)境和工作特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了果樹采摘機(jī)器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)了PID控制器，應(yīng)用于機(jī)器人視覺伺服控制，實(shí)現(xiàn)果樹采摘機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。在詳細(xì)論述關(guān)節(jié)式機(jī)器人避障方法的基礎(chǔ)上，對果樹采摘機(jī)器人避障方法進(jìn)行了初步的探討，提出了采用C—空間法實(shí)現(xiàn)采摘機(jī)器人實(shí)時(shí)避障。 最后，建立了傳感器實(shí)驗(yàn)平臺，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺和實(shí)地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉(zhuǎn)臺控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-08-05
上傳用戶：liuxiaojie
無刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，另外它還具有和直流電機(jī)一樣的調(diào)速特性，而沒有直流電機(jī)復(fù)雜的機(jī)械換相設(shè)備，所以被廣泛應(yīng)用于伺服控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、控制精度高的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機(jī)控制方法，它已經(jīng)成熟的應(yīng)用在感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本文通過大量的文獻(xiàn)資料閱讀，對無刷直流電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢有了一個(gè)比較全面的理解，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并提出了一套相應(yīng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，建立了仿真和試驗(yàn)平臺，進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了有價(jià)值的研究成果。 本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)詳細(xì)分析了無刷直流電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上闡述無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本控制機(jī)理，包括基于逆變器二二導(dǎo)通模式的空間電壓矢量的定義和針對無刷直流電機(jī)具有非正弦波反電動(dòng)勢這一特點(diǎn)而推導(dǎo)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的具體實(shí)施方案，并根據(jù)這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，對所提出的控制方案進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，編寫了控制程序軟件，進(jìn)行了無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的要求，證實(shí)了直接轉(zhuǎn)矩控制在改善無刷直流電機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)速性能上的優(yōu)勢。 本論文開展了繼異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)之后對無刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)得出了一些有意義的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論，為課題的進(jìn)一步深入開展奠定了基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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