勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究并給出了相關(guān)結(jié)論，同時(shí)提出了一些新的控制算法，并建立了一個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)。 首先，從同步電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的模型入手，根據(jù)研究需要修改了同步電機(jī)的仿真模型，詳細(xì)地介紹了檢測(cè)單元、控制單元和勵(lì)磁系統(tǒng)主回路模型，在總結(jié)普通PID調(diào)節(jié)方式不足的基礎(chǔ)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(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)下，對(duì)普通PID、非線性PID和模糊自適應(yīng)PID三種控制方式在階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的情況下進(jìn)行仿真，對(duì)輸出的機(jī)端電壓進(jìn)行分析并得出相關(guān)結(jié)論。 除了對(duì)通用的勵(lì)磁控制算法進(jìn)行仿真分析外，提出了一種基于同步電機(jī)本身的勵(lì)磁控制算法，這種控制方式是對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進(jìn)行進(jìn)行精度調(diào)節(jié)。針對(duì)這種方式，提出了兩種實(shí)現(xiàn)方案。同樣在有刷和無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)下進(jìn)行階躍響應(yīng)和突變負(fù)載的仿真分析研究。仿真測(cè)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(lì)磁控制系統(tǒng)仿真的重復(fù)性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵(lì)磁控制仿真平臺(tái)，借助此平臺(tái)對(duì)SIMULINK模型操作，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的設(shè)置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關(guān)的輔助操作等等，可以極大地簡(jiǎn)化仿真的操作過(guò)程，提高仿真的效率。另外，此平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)也為其它系統(tǒng)類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
標(biāo)簽： 同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁控制 仿真研究
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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帶整流負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)在一些需要高品質(zhì)直流電源的場(chǎng)所，如艦船電力推進(jìn)、郵電通訊、飛機(jī)等電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并且受到了許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運(yùn)行穩(wěn)定性等方面。 本文對(duì)MATLAB/Simulink中的電機(jī)模型進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)MATTAB中電機(jī)仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機(jī)仿真模型并進(jìn)行了封裝，為進(jìn)行帶整流橋負(fù)載同步電機(jī)系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對(duì)帶整流橋負(fù)載同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，采用定、轉(zhuǎn)子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)睾悖春雎赞D(zhuǎn)子電阻影響的條件下，定、轉(zhuǎn)子分解模型很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹鄬?duì)稱非線性負(fù)載的同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導(dǎo)出的解析計(jì)算公式，給出了計(jì)算方法和步驟，并編寫了計(jì)算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了該解析計(jì)算的正確性。同時(shí)，仿真證實(shí)了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定的誤差，但是，在轉(zhuǎn)子電阻正常值范圍內(nèi)，忽略其影響是允許的。 對(duì)帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，利用同步電機(jī)換相計(jì)算的穩(wěn)態(tài)公式，對(duì)同步電機(jī)分解模型的定子部分和整流橋部分進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，得到了同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡(jiǎn)化模型。通過(guò)兩種模型的仿真計(jì)算，證實(shí)了該簡(jiǎn)化模型與非簡(jiǎn)化模型的仿真結(jié)果相當(dāng)一致。這樣既解決了帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計(jì)算的計(jì)算速度問(wèn)題，也證明了換相過(guò)程及其產(chǎn)生的諧波對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影響。
標(biāo)簽： 整流 同步發(fā)電機(jī) 分
上傳時(shí)間： 2013-06-19
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隨著變電站自動(dòng)化、通信和微電子等技術(shù)的快速發(fā)展，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域出現(xiàn)了大量基于微處理器/控制器的智能電子設(shè)備，變電站自動(dòng)化的水平在不斷提高，系統(tǒng)集成成為趨勢(shì)。在這一發(fā)展過(guò)程中，互操作性差已經(jīng)開始成為“瓶頸”問(wèn)題，即不同廠商或同一廠商在不同時(shí)期的智能電子設(shè)備采用的網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議可能不相同，使得智能電子設(shè)備之間需要協(xié)議轉(zhuǎn)換才能集成到一個(gè)變電站系統(tǒng)，從而增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。為了解決這個(gè)問(wèn)題并適應(yīng)將來(lái)快速更新的計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，國(guó)際電工委員會(huì)于2005年正式頒布了關(guān)于變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850。本文圍繞基于IEC61850的變電站網(wǎng)絡(luò)通信和符合該標(biāo)準(zhǔn)的智能電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信裝置的實(shí)現(xiàn)展開研究，分為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的體系分析和具體模型的構(gòu)建、基于IEC61850的通信網(wǎng)絡(luò)的特征及規(guī)劃、變電站通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流建模及網(wǎng)絡(luò)通信性能仿真、符合該標(biāo)準(zhǔn)的智能電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信裝置的設(shè)計(jì)幾部分。 IEC61850是一套完備的、面向未來(lái)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，本文首先介紹了其制定背景、結(jié)構(gòu)體系和主要內(nèi)容，分析了信息模型的內(nèi)涵、技術(shù)特征和建模方法，并針對(duì)變電站中最為重要的兩類模型--采樣值報(bào)文傳輸模型和通用變電站事件傳輸模型進(jìn)行了具體的模型構(gòu)建和通信映射。 實(shí)現(xiàn)IEC61850通信的物理承載是以太網(wǎng)，本文首先通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)的技術(shù)特征進(jìn)行分析，得出其通信特性，然后研究和分析了變電站通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境、規(guī)模、安全性、可靠性和實(shí)時(shí)性等要求，其中對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的特性進(jìn)行了深入研究。在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)變電站通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了規(guī)劃和構(gòu)建，提出了使用適用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?bào)文加入優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽、采用基于多VLAN的節(jié)點(diǎn)分布規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)冗余等提高實(shí)時(shí)性和可靠性的改進(jìn)措施。 區(qū)別于傳統(tǒng)的以太網(wǎng)通信，變電站通信網(wǎng)絡(luò)中存在多種數(shù)據(jù)流，是要進(jìn)行特殊處理的。本文首先對(duì)基于IEC61850的變電站通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析并劃分類別，根據(jù)其特性建立了數(shù)學(xué)模型。然后歸納了網(wǎng)絡(luò)模擬的一些技術(shù)和方法，并通過(guò)基于NS-2的網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)對(duì)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，得出了相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。模擬結(jié)果證明了使用交換式以太網(wǎng)、報(bào)文引入優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽和采用基于多VLAN的節(jié)點(diǎn)分布規(guī)劃等提高實(shí)時(shí)性措施的正確性，有利于變電站的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)以及智能電子設(shè)備通信裝置的設(shè)計(jì)。 從現(xiàn)代電力系統(tǒng)的信號(hào)源開始，首先分析了電子式互感器數(shù)字接口的要求并建立數(shù)學(xué)模型，然后采用模塊化的思想設(shè)計(jì)出相應(yīng)的具體軟/硬件，實(shí)現(xiàn)了基于IEC61850的電子式互感器數(shù)字接口的通信裝置樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上將此裝置經(jīng)過(guò)擴(kuò)展和修改用于其他的智能電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信，使其具有廣泛使用性和兼容性。最后設(shè)計(jì)了試驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了該樣機(jī)的通信性能滿足要求并具有較高的可靠性。
上傳時(shí)間： 2013-07-08
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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。采用先進(jìn)控制策略和全數(shù)字控制技術(shù)的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術(shù)不斷進(jìn)步，同時(shí)市場(chǎng)對(duì)伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應(yīng)能力的要求也不斷提高。 本文從詳細(xì)分析了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調(diào)制技術(shù)，建立了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。針對(duì)伺服系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)變化及負(fù)載擾動(dòng)等問(wèn)題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與矢量控制相結(jié)合，改進(jìn)了基于趨近率的單段滑模面變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計(jì)了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結(jié)構(gòu)控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了詳盡的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結(jié)構(gòu)控制能夠有效應(yīng)用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標(biāo)簽： 滑模變結(jié)構(gòu) 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-18
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變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用發(fā)展十多年來(lái)，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復(fù)雜，自動(dòng)化功能獨(dú)立、堆砌，缺少集成應(yīng)用和協(xié)同操作，數(shù)據(jù)缺乏有效利用等問(wèn)題。這些問(wèn)題大多是由變電站整體數(shù)字化水平不高、缺乏能夠完備實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備之間互操作的變電站通信標(biāo)準(zhǔn)造成的。 電力工業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)化改革的深入對(duì)供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求不斷提高，作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，變電站數(shù)字化、信息化的要求越發(fā)迫切，數(shù)字化變電站成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關(guān)等智能化一次設(shè)備的誕生使建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網(wǎng)絡(luò)以及完備的通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)的保障，特別是最新頒布的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)-IEC 61850為建設(shè)數(shù)字化變電站提供了全面規(guī)范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，結(jié)合新架構(gòu)的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)平臺(tái)與試驗(yàn)系統(tǒng)研制的具體實(shí)踐，展開專門研究，主要內(nèi)容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數(shù)字化變電站的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。 ②總結(jié)了IEC 61850的內(nèi)涵，通過(guò)分析說(shuō)明IEC 61850不再是簡(jiǎn)單的通信協(xié)議，更多意味的是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術(shù)特征，包括功能分層的變電站、面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ汀⒐δ芘c通信的解耦、變電站配置語(yǔ)言和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對(duì)信息模型的屬性和服務(wù)進(jìn)行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應(yīng)用研究①?gòu)南到y(tǒng)和設(shè)備兩個(gè)層面總結(jié)了實(shí)踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務(wù)。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時(shí)間及時(shí)間同步等通信模型的特殊通信服務(wù)映射。 ④討論了信息模型實(shí)體的構(gòu)建方法，即如何讓設(shè)備的實(shí)際功能、運(yùn)行機(jī)制和數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確和完備的實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)應(yīng)信息模型的所有細(xì)節(jié)。IEC 61850沒(méi)有對(duì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的具體方法作出規(guī)定，這給各廠商在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上留出了足夠的自由發(fā)揮空間。但同時(shí)我們注意到若僅在“形態(tài)”層面上實(shí)踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內(nèi)涵和應(yīng)用價(jià)值，則可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)IEC 61850的預(yù)定目標(biāo)或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構(gòu)建方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)分析從中選擇出作者認(rèn)為最優(yōu)的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)(CNDS)的研究①在分析以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)存在延時(shí)不確定的問(wèn)題，總結(jié)了提高以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網(wǎng)的一般局域網(wǎng)的區(qū)別，針對(duì)CNDS在網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應(yīng)對(duì)措施和解決方案。 ③提出了過(guò)程子網(wǎng)和全站惟一網(wǎng)絡(luò)2種組網(wǎng)方案。通過(guò)分析各自的特點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)難度，指出過(guò)程子網(wǎng)目前較易實(shí)現(xiàn)，而全站惟一網(wǎng)絡(luò)將憑借信息高度共享等優(yōu)勢(shì)成為CNDS的最終形態(tài)。闡述了VLAN、由交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余等組網(wǎng)技術(shù)在SAS中的應(yīng)用方法及IED自身通信冗余的實(shí)現(xiàn)方法。 ④歸納了CNDS數(shù)據(jù)流的類型和到達(dá)時(shí)間規(guī)律：建立了簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)流模型為表征數(shù)據(jù)流、研究數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協(xié)議及其運(yùn)行機(jī)制，提出了TcP應(yīng)用于CNDS的優(yōu)化方法。 ⑤利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，建立了EMAC和TCP/IP仿真節(jié)點(diǎn)模型，對(duì)以太網(wǎng)、TCP和交換式以太網(wǎng)的基本特征等進(jìn)行了仿真研究；依據(jù)CNDS實(shí)際承載的功能，建立了過(guò)程子網(wǎng)和站級(jí)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)仿真模型，圍繞網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和端到端延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，對(duì)不同組網(wǎng)方式和應(yīng)用功能下的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了考察，得出了具有普遍適用性的結(jié)論和建議，為分析解決此類問(wèn)題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)平臺(tái)與試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)①闡述了一種新架構(gòu)的、能夠無(wú)縫接入CNDS并具有多種運(yùn)行方式的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)平臺(tái)與試驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。提出了適用于數(shù)字保護(hù)的RTOS多任務(wù)劃分方法。 ②以饋線保護(hù)測(cè)控裝置為例，建立了平臺(tái)的IEC 61850信息模型。以此為基礎(chǔ)，在平臺(tái)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了利用SMV和GOOSE報(bào)文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實(shí)現(xiàn)了遵循IEC 61850的過(guò)程層通信，為平臺(tái)接入IEC 61850系統(tǒng)和數(shù)字化變電站做好了準(zhǔn)備。 ③進(jìn)行了保護(hù)測(cè)量功能和過(guò)程層通信試驗(yàn)，驗(yàn)證了平臺(tái)的可用性和過(guò)程層通信的可靠性，為類似設(shè)計(jì)方法在間隔層IED上的應(yīng)用提供了可信依據(jù)。
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問(wèn)題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要問(wèn)題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過(guò)優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長(zhǎng)度的大小來(lái)降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過(guò)合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來(lái)減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長(zhǎng)度對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過(guò)有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長(zhǎng)度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過(guò)合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過(guò)計(jì)算繞組反電勢(shì)系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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無(wú)刷直流電機(jī)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機(jī)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論對(duì)其進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出的各種調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。因此，無(wú)刷直流電機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，在很大程度上依賴于對(duì)一些先進(jìn)控制策略的研究。 為了改進(jìn)無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無(wú)刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)模型。常規(guī)的PID控制以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)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控制性能優(yōu)良，但無(wú)刷直流電機(jī)是一種多變量、非線性的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制器難以克服電機(jī)自身參數(shù)不確定和擾動(dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速偏差問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經(jīng)典PID控制器不依賴于對(duì)象模型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)經(jīng)典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優(yōu)良并且算法簡(jiǎn)單。該控制器設(shè)計(jì)不需要建立電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)不敏感。系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了給定速度參考模型的自適應(yīng)跟蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的魯棒性。 本文以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，把無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分為確定部分與不確定部分，對(duì)被控對(duì)象的不確定部分建立灰色模型，進(jìn)行灰色預(yù)估補(bǔ)償，使控制系統(tǒng)的灰量得到一定程度的白化。對(duì)所提出的無(wú)刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對(duì)仿真結(jié)果給出理論分析；以TMS320F2812型DSP為核心控制器建立了無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于灰色PID控制算法的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)受電機(jī)參數(shù)變化影響較小，具有較高的控制精度和魯棒性，表現(xiàn)出優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能。
標(biāo)簽： 控制 無(wú)刷 直流電機(jī)調(diào)速
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是工業(yè)控制中常用的一種電機(jī)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行開環(huán)控制，無(wú)需位置和速度傳感器，并且具有很高的精度，因而在辦公設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的效率和運(yùn)行精度，性能優(yōu)異，是本文的研究對(duì)象。然而，采用傳統(tǒng)控制方法進(jìn)行開環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)行噪聲大、易振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致失步。 實(shí)踐證明，細(xì)分控制可以有效的減小步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)和噪聲，增加電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。由于混合式步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理類似于同步電機(jī)，因而可以借鑒同步電機(jī)先進(jìn)的控制方法來(lái)控制混合式步進(jìn)電機(jī)。本文將同步電機(jī)常用的矢量控制應(yīng)用到混合式步進(jìn)電機(jī)控制中，實(shí)現(xiàn)了混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的任意細(xì)分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，在忽略一些非線性因素的前提下，建立了三相混合式步進(jìn)電機(jī)理想的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型提出了相應(yīng)的控制方案。 以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2403A為核心，設(shè)計(jì)了三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的硬件和軟件。數(shù)字PI調(diào)節(jié)器和空間矢量PWM技術(shù)是本控制系統(tǒng)的核心，文中詳細(xì)介紹了PI調(diào)節(jié)器和空間矢量PWM的原理及數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。 最后介紹了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了控制方案的可行性，也表明了本課題設(shè)計(jì)的控制器具有優(yōu)良的性能。
標(biāo)簽： DSP 三相混合式 步進(jìn)電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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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(lái)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(lái)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(chǎng)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(duì)于這些應(yīng)用場(chǎng)合，轉(zhuǎn)矩平滑通常是基本要求。因此，對(duì)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(wèn)題。本文針對(duì)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中參數(shù)變化對(duì)電機(jī)性能的影響，以永磁同步電機(jī)為例，圍繞如何通過(guò)參數(shù)辨識(shí)來(lái)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(tái)，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)定向控制，參數(shù)辨識(shí)，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(duì)通過(guò)參數(shù)辨識(shí)抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了較為細(xì)致的分析。針對(duì)不同情況，通過(guò)改進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識(shí)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(chǎng)定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(guò)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(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。本章針對(duì)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(shí)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(huì)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(shí)。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(shí)，該方法不需要觀測(cè)的磁鏈信號(hào)，消除了磁鏈觀測(cè)和參數(shù)辨識(shí)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(duì)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)以后，仍然是非線性方程，為了對(duì)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(shí)值，本文采用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，對(duì)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(tái)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)電阻和磁鏈的估計(jì)，以及基于磁場(chǎng)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(duì)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(shí)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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本書是輕松跟我學(xué)系列之一。該系列內(nèi)容涉及電子、電氣、信息等廣泛領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，為那些對(duì)技術(shù)、工程感興趣的非本專業(yè)人士或相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員提供從必要的基本原理到相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展最新動(dòng)態(tài)等信息。本系列編排獨(dú)特，采用了正文與相關(guān)的圖示分開，以良好的視覺(jué)效果展示的做法幫助讀者達(dá)到對(duì)正文內(nèi)容的理解最大化。 本書主要內(nèi)容有電動(dòng)機(jī)的工作原理、直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)的特性和類型，電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)及其應(yīng)用、模型電動(dòng)機(jī)的拆卸和發(fā)電實(shí)驗(yàn)等。
標(biāo)簽： 電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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