超聲波電機是上個世紀八十年代逐步發展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發的超聲振動作為驅動力,通過定轉子間的摩擦力來驅動轉子運動。與傳統的電磁馬達相比,它具有低速大轉矩、無電磁干擾、動作相應快、運行無噪聲、無輸入時能自鎖等卓越特性,在非連續運動領域、精密控制領域要比傳統的電磁電機性能優越得多。目前,旋轉型超聲波電機,尤其是環形行波型超聲波電機,在工業、辦公、過程自動化等領域的伺服系統中作為直接驅動執行器得到廣泛的關注。 本論文主要研究并設計了用于超聲波電機控制驅動的小型控制系統。其目的是針對市場需要,提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標適中,操作簡便,能夠實現快速定位,速度可調節的標準的閉環控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅動電路進行相關的研究和設計,并按照控制器的需求設計相應的軟件。最后給出實驗結果:系統運行穩定,速度曲線較為理想,達到了最初的設計要求。 系統總結了超聲波電機的發展、特點、分類,通過與傳統電磁電機的對比給出了超聲波電機的廣闊的應用前景。在此基礎上,指出了超聲波電機研究的發展方向,明確了本文的研究內容。 總結了環形行波型超聲波電機的結構特點、運行機理,并在此基礎上總結了環形行波型超聲波電機調頻、調相、調幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅動逆變電路的優缺點。 本課題設計了基于超聲波電機的控制驅動系統電路。首先,提出了本次設計的設計思想及目的;其次,介紹了本設計的控制器硬件電路具體設計過程以及調頻調速的實現方式。然后,詳細介紹了該控制系統的軟件構成,包括上位機軟件、下位機軟件以及通訊部分。詳細闡述了在本控制系統中的調速、定位原理。最后通過實驗結果說明了該小型控制系統的有效性。
上傳時間: 2013-07-18
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勵磁調節系統是同步發電機的重要組成部分,對同步發電機乃至電力系統的安全穩定運行有著重要影響。隨著電力系統規模的不斷增大,系統結構和運行方式日趨復雜,對同步發電機勵磁控制系統運行的可靠性、穩定性、經濟性和靈活性提出了更高的要求。本文根據勵磁調節器的國內外發展趨勢,研究開發了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發電機DSP勵磁調節器。 本文首先介紹了數字勵磁的發展歷程、特點及應用范圍,然后介紹了同步發電機勵磁控制系統的國內外發展狀況及趨勢,提出了基于數字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統的結構和設計方案。 在詳細解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎上,提出了勵磁系統的主要硬件設計及軟件實現方法;完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護及驅動單元的設計;進行調節器硬件設計,給出了硬件原理圖和軟件流程圖;利用TMS320F2812芯片強大的數據處理能力和豐富的片內外設和高速的實時處理能力,用單片系統結構實現了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調節和系統保護等功能。TMS320F2812芯片的引入,大大簡化了勵磁控制器的硬件結構,提高了勵磁系統的抗干擾能力和可靠性。 最后,為驗證所設計的勵磁調節器的有效性和控制效果,采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺,設計了勵磁控制系統各環節的仿真模型。仿真結果表明,采用 TMS320F2812的同步發電機IGBT勵磁系統具有響應快速、調節靈敏、控制性能優良等特點。
上傳時間: 2013-07-29
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隨著采煤自動化技術的發展,對煤礦井下供電系統可靠性、安全性和連續性的要求越來越高的要求,因此對礦用隔爆型高壓開關智能綜合保護系統的研究具有重要的理論和應用價值。隨著微機保護的發展,一些新的保護原理和方案,受到越來越多的關注,并逐步得到實際應用。然而這些新方法在改善保護性能的同時也對微機保護裝置的計算精度、速度和尋址空間等提出了更高的要求,因而也對構成微機保護裝置的硬件平臺提出了更高的要求。針對以上問題本文提出了一種新的微機保護設計方案,設計了一種基于DSP 和單片機雙CPU 結構的微機保護系統,并應用于高壓開關裝置當中DSP 作為主CPU 芯片主要完成數據采集、數據處理和保護等功能,8051 作為從CPU 主要完成鍵盤處理、液晶顯示處理和通訊等人機對話功能。此雙核結構具有并行工作,分工明確的優點,既保證了繼電保護的速動性,選擇性、靈敏性和可靠性,又實現了實施測量的高精度。 本文首先根據礦井高壓電網的實際情況,從理論上分析了礦井高壓電網常見故障的電氣特征,并參照相關標準制定了相應的保護原理和動作指標,尤其是針對礦井供電系統中普遍采用中性點不接地的情況,采用了“基于零序功率方向型”的選擇性漏電保護原理。然后分析了交流采樣、直流采樣方法的優缺點,確定了高壓防爆開關保護系統的采樣方式。 保護系統的硬件是實現保護原理的平臺,其穩定性和可靠性直接影響到保護功能的實現。本微機保護系統是基于DSP 和單片機的雙CPU 微機線路綜合保護測控裝置,DSP 的采用大大提高了保護裝置的數據處理速度,雙CPU 結構大大提高了裝置的可靠性。另外,該裝置不僅可以完成繼電保護功能,而且緊隨當前電力系統自動化發展的需要,還可以完成測量、控制、數據通訊的功能,亦即實現保護、控制、測量、數據通訊一體化。
上傳時間: 2013-05-17
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微型燃微型燃氣輪發電機組由渦輪機、壓縮機、燃燒室、回熱器、軸承、高速發電機、電力變換系統、噴油系統等部分組成。它是一種環保型發電裝置,它可用作常規機組或緊急備用電源,也可以用于分布式發電及冷熱電聯供系統、汽車混合動力系統和微型燃機-燃料電池聯合系統等領域。因此,研究這種動力裝置具有很重要的實用意義。 本文在分析了微型燃氣輪發電機組及其控制技術發展現狀的基礎上,根據設計要求,機組控制系統應能保證機組安全穩定運行,保證機組在任何情況下,不發生超溫、超轉現象。同時應考慮機組從點火、加速、直至額定運行過程中,使機組能夠充分預熱,以降低對機組的熱沖擊,提高機組壽命。機組轉子轉速達到95%額定轉速后投入按額定轉速控制的閉環控制,保證發電機輸出電壓和電力輸出單元穩定工作。當發生一般性故障(按給定列表)且為無人職守狀態時,機組控制系統應正常停車:當機組發生一般性故障且為有人職守時,機組控制系統應發出聲光報警。當機組發生嚴重故障時機組控制系統應發出聲光報警并緊急停車。同時還應考慮設置機組調試時所需的與其它通信的數據接口。提出了微型燃氣輪發電機組控制系統的設計方案。 根據確定的方案和工程實際要求,完成了控制系統的結構、硬件和軟件的設計。以西門子S7-300PLC及相關的開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊作為發電機組的中心控制單元。完成了各PLC模塊硬件連接電路的設計,以及系統供電電路的設計,并完成了微型燃機發電機組的起動控制、檢測報警及停車控制的軟件設計。編程采用梯形圖語言,使程序更具可讀性。 本文采用德國西門子S7-300PLC及配套的I/0卡件作為微型燃機控制系統的主控制器;選用沈陽工業大學研制的全自動浮動式充電器作為電機的啟動直流電源;采用啟停自鎖邏輯解決了在停車后徹底切斷電瓶負載的問題。
上傳時間: 2013-04-24
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盤式永磁電機因其較高的轉矩密度和良好的動態響應特性,在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣和應用。本文針對盤式永磁同步電動機的設計展開研究,所做工作主要包括以下幾個部分: 首先,從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉矩密度進行了比較,得到了兩種電機轉矩密度的變化關系。推導了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應電抗、槽漏抗等的計算公式,同時也給出了這些參數相應的有限元計算方法,兩種計算結果基本一致。并且在對多極少齒結構電機的漏磁系數進行研究的基礎上,總結了該類電機的漏磁系數的計算方法。 其次,采用了針對六相電機的22極24槽結構,使得電機的主要尺寸減小,電機定子沖槽、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行優化,可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小,進而降低的轉矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉矩的影響規律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究,編寫了分環法盤式永磁電機電磁設計程序。通過對樣機設計值與實驗值比較,不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正,目前已經形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉子盤體進行剛度計算,并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算,保證了電機的可靠運行。 最后,在上述研究的基礎上,本文設計制造了一臺5kW的雙定子單轉子結構的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗,實驗結果與理論分析基本一致。
上傳時間: 2013-07-29
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玻璃磨邊機這項技術國外在上世紀九十年代末期發展起來;但設備價格比較昂貴。而國產機尚處于起步階段。根據玻璃深加工企業的實際需要,本課題設計和完成了這種高精度的玻璃磨邊設備。 本文主要研究了步進電機、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在玻璃直線磨邊機上的應用。介紹了步進電機、變頻器、光電編碼器和可編程控制器的功能、特點。通過PLC、步進電機、變頻器、編碼器組成的控制系統來對玻璃加工進行控制。該系統在控制精度上基本達到了生產的需要。這里采用該系統來代替伺服系統,不僅降低了成本而且也滿足了企業的要求。文中還設計了PLC程序來對其進行控制,而且進行現場調試,達到了預期的目標。其間,還采取一些辦法解決了一些干擾問題,也掌握了實際選型的有關知識。本文還介紹了人機界面的主要設計參數。 本文對玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統的總體設計方案進行了綜合性論述對控制系統進行了功能分析,闡述了系統的性能要求;根據控制系統的性能要求,提出了系統的總體設計方案。為了實現設計方案,本文對位置控制的方法進行分析和研究,給出了玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統的具體實現方案;對變頻器和光電編碼器的原理進行了分析,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的夾持梁升降系統采用開環控制;工作臺開合控制系統采用變頻調速閉環控制,光電編碼器測量開合位置,反饋給PLC,對開合系統進行慢速開合,以提高定位精度,降低了開發成本。 本文還對采用可編程控制器作為下位機現場控制進行了軟硬件設計。詳細介紹了PLC的軟件設計,包括主程序,初始化程序,開合機構控制系統程序,夾持梁升降控制系統程序,玻璃傳送控制系統程序及上位機與下位機的通信處理方法。
上傳時間: 2013-06-04
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近年來,隨著永磁材料的發展,永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同,可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號,通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等),機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息,但其體積大,價格高,增加了轉子的慣量,且性能易受環境因素的影響,限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術,是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號,此技術雖取消了機械位置傳感器,但存在控制復雜,位置檢測精度不高,運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題,本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器,通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號,以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先,本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理,針對其不足提出了一種改進的方法,該法通過對位置區間初始速度的估算,可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型,并對其進行了仿真研究,仿真結果表明:改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差,性能明顯優于傳統的方法。 其次,完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片,以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響,為得到最佳的φ=f(ω)曲線,需根據負載特性進行優化。 最后,完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計,文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試,并對其進行了實驗驗證。
上傳時間: 2013-07-23
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航空蓄電池是重要的機載設備,在飛機安全飛行中起著重要的作用。蓄電池充電設備的性能直接影響著蓄電池的電氣性能和使用壽命,因此近年來航空蓄電池充電設備的研制已經成為研究的熱點之一。論文研究一種采用上下位機聯合控制的航空蓄電池充放電系統,對鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池進行智能充電、放電和容量分析。 論文在綜合分析航空蓄電池充電器技術要求的基礎上,運用現代電力電子技術,設計了集充電、放電功能于一體的功率電路,并研制了基于DSP芯片TMS320F2812的充放電控制系統。論文詳細闡述了系統的設計方案、參數計算和控制方法。 論文以Visual Basic 6.0為開發環境,編制了航空蓄電池充放電系統的上位機軟件,實現了顯示、報警、打印、數據存儲與管理等功能。根據系統上下位機通信的需求,制定了通信協議并設計了基于RS-232串口的通信程序,實現了信息的交換與控制。 論文基于電路原理、自動控制原理等理論,建立了充電器控制系統的模型,并設計了以Buck電路為控制對象的系統仿真軟件。通過仿真分析,調整PID控制器的參數,優化控制器的性能,并縮短了調試的周期。
上傳時間: 2013-08-02
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無刷直流電機(BLDCM)是隨著電機控制技術、電力電子技術和微電子技術的發展而出現的一種新型電機。它是在有刷直流電機的基礎上發展起來的。無刷直流電機具有交流電機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列特點,又具有直流電機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優點,在很多場合有廣泛的應用前景,成為了國內外研究的熱點。無刷直流電機傳統的理論部分分析和設計方法已經比較成熟,因此對無刷直流電機控制策略的研究就顯得十分重要。 PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛應用。在系統模型參數變化不大的情況下,PID控制性能優良。但在工業上有許多無法建立精確數學模型的復雜控制對象和非線性控制對象,若采用傳統的PID進行控制的話,那么很難獲得比較理想的控制效果。 對于無刷直流電機而言,它是一個多變量、強耦合的非線性系統,固定參數的PID調節器無法得到很理想的控制性能指標。基于以上原因,本文以無刷直流電機為控制對象,通過分析無刷直流電機的數學模型,以BP神經網絡為基礎,設計了應用于無刷直流電機的神經網絡PID控制器。 在MATLAB平臺上,先利用神經網絡PID控制器,給出相應的控制算法,對典型的參數時變非線性系統的控制進行了仿真研究。仿真結果表明,同傳統PID控制器相比,神經網絡PID控制器對模型、環境具有較好的適應能力與較強的魯棒性,有效的改善了系統的控制結果,達到了預期的目的。隨后利用SIMULNK建立了無刷直流電機控制系統的仿真模型。分別采用普通PID控制器和神經網絡PID控制器對電機的不同運行狀況進行了仿真分析。仿真結果驗證了所建模型的正確性,并證明了神經網絡控制的優越性。
上傳時間: 2013-08-04
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風機的耗電量占全國總發電量的40﹪左右,是全國耗電最大的工業裝備,而且運行效率比國外低10﹪~30﹪。因此在風機(及水泵)上實行節能、節電、降耗是一個緊迫的任務,對緩解我國電能的供需矛盾、推進我國現代化建設、縮小我國和發達國家的差距具有非常現實和深遠的意義。 小型風機(1~10千瓦)特點是:單臺的耗電量很小,但是數量巨大,因此降低這些小型風機的耗電量同樣具有十分深遠的經濟意義。但在這一領域的節能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅動小功率風機的永磁無刷直流電機,通過調速調節風量從而達到節能的目的。永磁無刷直流電機是近年隨著電力電子技術和永磁材料的進步而迅速發展起來的一種新型電機。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置,即克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列缺點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多特點,因此在各個領域中得到了廣泛應用。 本論文從永磁材料、磁體結構、充磁方式、繞組分布、極弧系數等方面分析了風機外轉子永磁無刷直流電機的設計要求,給出永磁無刷直流電機結構、原理及一般設計要求;根據風機電機的驅動要求,設計制造外轉子風機用鐵氧體永磁無刷直流電機樣機;針對風機用電機驅動系統的調速及各種保護要求,基于降低成本的原則,設計制造永磁無刷直流電機的驅動系統。這一設計為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機的調速控制系統,并進行了試制、調試及試驗。實驗表明了系統具有簡單和優越的控制性能,適于小功率無刷直流電機的控制。 樣機實測數據表明外轉子永磁無刷直流電機用于驅動小功率風機具有良好的性能、較低的成本,具有進行產業化生產的優勢。
上傳時間: 2013-04-24
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