混合動力電動汽車(HEV)作為降低城市汽車尾氣污染、減少油耗和調整能源結構的行業新技術，前景十分廣闊，日益受到人們的關注，其開發也成為新的熱點。驅動電機及其控制系統是HEV的核心部分，其性能的優劣很大程度上決定了車輛的動態性能，因此對其進行研究具有重要的理論意義和應用價值。 本文主要研究混合動力車用交流驅動電機控制系統，以高性能的數字信號處理器(DSP)為核心，采用轉子磁鏈定向矢量控制(FOC)算法，設計了一種基于DSP的交流驅動電機控制器。主要研究內容如下： 首先，在分析國內外研究狀況和比較幾種常用驅動電機的基礎上，結合HEV對驅動電機的特性要求，選擇交流異步電機作為HEV的驅動電機和基于轉子磁鏈定向的矢量控制技術作為系統開發方案。 其次，以交流異步電機的動態數學模型為基礎建立了轉子磁鏈位置的電流計算模型，實現交流電機轉矩和勵磁電流分量的有效解耦。結合矢量控制理論及電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術給出了混合動力車用驅動電機矢量控制系統結構框圖。 最后，以一臺5kw異步電機作為控制對象，搭建了系統主電路。系統控制電路以TMS32OLF2407A DSP為核心，由電流、電壓及速度等檢測模塊和CAN總線通信模塊組成。系統以CCS2集成開發環境為平臺，采用匯編語言編程，設計了基于DSP的矢量控制具體的軟件實現方法，實現了全數字化的HEV驅動電機矢量控制系統。論文給出了驅動電機運行的調試結果并進行了分析。 實驗表明該控制系統響應速度快，電壓利用率高，動態性能好，能夠滿足HEV對驅動電機動態和靜態性能的要求，對開發出低成本、高性能的電機驅動控制系統具有實用價值。
上傳時間： 2013-07-06
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在伺服系統中，為了實現高精度的控制，往往需要實時地檢測出電動機轉子的位置。用來檢測電動機轉子位置的角度傳感器主要有光電編碼器和旋轉變壓器。光電編碼器雖然能夠達到很高的精度，但是它的抗干擾性差，不宜應用在條件惡劣的場合中；相比較而言，旋轉變壓器（簡稱旋變）由于結構簡單，堅固耐用，抗干擾性強，能夠應用在各種條件惡劣的場合中，所以獲得了越來越廣泛的應用。 本文采用的旋變樣機是一種新型的磁阻式旋轉變壓器。分析了它的定轉子結構、定子繞組的連接方式以及轉子形狀的優化；并在此基礎上，推導出了它的正余弦輸出反電勢的表達式；最后在電磁場分析軟件Ansoft中，以樣機為原型建立了仿真模型，分析了它內部的電磁場分布以及正余弦輸出反電勢的波形。 其次，本文設計了一種以DSP為核心的R2D電路系統。它以振蕩電路產生的正弦波電壓信號作為旋變的激勵信號，加上相關的外圍電路，構成了旋轉變壓器一數字轉換器，解算出了旋變的軸角θ；并在此基礎上，分析了產生角度解算誤差的各種因素，同時計算出了旋變的轉速n。 最后，在上述解算方案的基礎上，本文又給出了第二種解算方案，即：DSP產生的方波經過濾波之后作為旋變的激勵信號，解算出了旋變的軸角θ；然后比較了這兩種解算方案的優缺點，重點分析了激勵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。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術、微處理器技術以及控制技術的發展，基于轉子磁鏈定向的交流電機矢量控制系統以其優良的性能受到了廣泛應用。采用SVPWM逆變器的異步電動機矢量控制系統在轉速參考值變化或者負載轉矩參考值變化的動態情況下，參考電壓矢量可能會超出基本空間矢量構成的正六邊形，此時便出現動態過調制，需要用過調制策略將超出的電壓矢量重新限定在正六邊形邊界內。不同的過調制策略會給整個系統帶來不同的動態性能，本文在對過調制策略進行完善的基礎上，針對三種過調制策略對交流電動機動態性能的影響進行了研究，并對其機理進行了理論分析與探討。 @@ 本文首先以三相異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態方程為基礎，按照轉子磁鏈定向，設計了轉子磁鏈觀測器，完成了勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦，并構建了基于SVPWM的異步電動機矢量控制系統的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，電流控制對系統性能具有重要影響。為了改善系統性能，所設計的矢量控制系統采用了同步電流控制，并對反電勢進行了前饋補償。 @@ 在分析了現有的三種過調制策略之后，對過調制策略進行了完善，并構建了異步電動機矢量控制系統的過調制仿真模型。過調制中，當原參考電壓矢量位于正六邊形中任意兩個扇區交界附近時，過調制策略2和3所得到的新電壓矢量仍會超出正六邊形邊界，過調制算法不再適用于此區域。針對以上不足，本文對過調制策略2和3進行了完善，使過調制算法適用于所有區域。采用完善后的過調制策略對轉速參考值變化和負載轉矩參考值變化的異步電動機矢量控制系統進行仿真，發現在加速與加載的條件下，過調制策略2的動態性能好于過調制策略1，而過調制策略3的動態性能最佳，具有最小的動態響應時間，暫態性能優良；在減載的條件下，過調制策略1和2能夠很快的進入穩定狀態，但是過調制策略3卻出現問題，動態響應時間很長，說明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探討了三種過調制策略導致不同動態性能的內在機理，通過對三種過調制策略中電壓矢量的幅值和相位進行分析，理論上解釋了出現不同動態響應時間的原因。出現過調制時，過調制策略2中新電壓矢量的幅值總是大于過調制策略1中新電壓矢量的幅值，所以動態性能更好。在加速和加 載條件下，過調制策略3中新電壓矢量的相位總是超前于過調制策略1和2中新電壓矢量的相位，因此可以獲得更快的動態響應，暫態性能更佳。但是在減載條件下，過調制策略3中新電壓矢量與原電壓矢量間的相位關系處于無規律的超前滯后狀態，導致過調制策略3出現問題，動態響應時間很長，說明此過調制策略有其不足之處，有待于改進。@@關鍵詞：SVPWM；矢量控制；過調制；動態性能
上傳時間： 2013-06-27
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統、通信系統、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統等機械裝置中也發揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發生器對于基礎理論的發展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續、分辨率高、頻率轉換速率快的優點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統設計的一個熱點。整個系統分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發生器的發展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，大多數嵌入式自動化系統都以MCU為核心，與監測、伺服、顯示等儀器、設備配合實現一定的功能?，F場信息往往止步于“現場”，嵌入式自動化系統從而成為了“信息孤島”，因而制約了其本身的發展。要實現大規模的信息集成、綜合實施自動化，就需要一種能在工業現場環境下運行、可靠性高且實時性好的通信系統，形成工業現場的底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點通信。 Ethernet（以太網）和CAN-bus（控制器局域網）分別是目前全球應用最為廣泛的國際互聯技術和開放式現場總線。隨著測控技術與網絡技術日益緊密的結合，測控系統接入互聯網已經成為大勢所趨，這也促成了近年來嵌入式網絡技術的飛速發展。以太網技術正在迅猛發展，將其應用到工控領域，可以達到降低成本，簡化結構等成效。隨著技術的發展以及實際的需要，將兩者結合無疑會為控制領域的飛速發展帶來巨大的原動力。本文設計了一種以ARM7處理器為核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet網關，可以用來實現監控設備和現場設備之間穩固、簡潔的互連通信，完成對大規?，F場設備的實時測控。 本文具體的研究內容如下： 1）以LPC2290為主控MCU的CAN-Ethernet互連系統的設計思想以及整體結構設計； 2）CAN-Ethernet互連系統轉換電路及外圍接口電路設計，MCS-51單片機與MCP2510實現CAN總線通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系統在LPC2290上的移植以及互連系統應用軟件設計實現與探討； 4）CAN-Ethernet互連系統核心交換模塊的設計； 5）使用HTTP協議實現Web服務的功能，并通過Web頁面實現對現場設備的遠程測控。
上傳時間： 2013-08-06
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為了解決當前PVC軟標生產技術落后、效率低、質量不穩定、能耗高、工作環境差等問題，本文提出研制集注標、烘烤、冷卻的數控PVC軟標機方案。 數控PVC軟標機控制系統采用“ARM9+RT-Linux”開發模式，將數控技術與嵌入式系統應用有機結合起來，一方面發揮ARM9微處理器高性能、低功耗的特點，使PVC軟標機數控系統有較強的數據處理和運動控制能力；另一方面利用實時操作系統RT-Linux的開放性、強大的功能，簡化了數控系統軟件的開發，縮短了應用系統開發周期。 本文研究的主要內容是基于嵌入式的PVC軟標機數控系統硬件設計和軟件開發。首先詳細介紹了系統各功能模塊的硬件電路設計，包括嵌入式最小系統搭建、伺服驅動器接口電路設計、電磁閥接口電路設計、人機交互模塊設計、通信模塊設計、開關量模塊設計等方面內容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系統軟件實現機理的理論指導下，提出了系統軟件的架構，在此基礎上詳細闡述了軟件實現過程：通過對PVC軟標機數控系統功能需求及多任務間數據依賴關系的分析，同時結合RT-Linux平臺上實時應用軟件的結構特點，本文在邏輯架構上對控制系統的實時任務和非實時任務進行了劃分，并設計了模塊間數據緩沖機制；在時序架構上提出了系統的多任務運行時機分配以及各任務之間正確合理的時序關系，以保證實時任務的實時性和非實時任務能夠得到適當運行；在應用軟件架構上利用RT-Linux多線程編程技術實現了系統軟件的基本功能。最后，針對本系統插補所需的精度和系統實時性要求，利用數據采用直線插補算法實現了系統的插補功能。 目前，PVC軟標機數控系統的基本功能已經實現，系統能夠在實驗平臺上穩定運行，基本達到預期目標。關鍵字：PVC軟標；數控系統；插補；RT-Linux；ARM9
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國加入WTO，我國逐漸成為世界縫制設備生產和銷售中心。在縫制設備行業占據極其重要地位的繡花機行業也因此而得到迅速發展，我國繡花機產量已占據全球繡花機產量的70％。但是，我國的繡花機行業在發展的過程中仍存在和面臨著很多問題。一方面是產品結構和產品質量，我國的繡花機主要以中低檔為主，在噪聲、刺繡質量、效率、產品壽命以及維護性等方面與國外先進機型存在較大差距；另一方面是技術實力和創新能力，作為繡花機全部技術核心的控制器，國內能開發的公司屈指可數，缺乏有效的競爭，且技術實力和創新能力無法與國際企業相抗衡。 針對上述情況，本文分析了繡花機的工作原理和當前主流繡花機的控制方式及特點，在研究室已完成的中低速平繡型工業繡花機課題的基礎上，設計了一種基于硬實時嵌入式操作系統WinCE5.0，以32位RISC架構ARM9處理器S3C2440A為主控芯片，以MAXII系列CPLDEPM1270為接口芯片的高速繡花機控制器。整個繡花機以高速，高質量為目標，以伺服電機作為主軸驅動，步進電機作為X/Y軸驅動，帶USB接口和Ethernet接口，預留特種繡接口，帶高分辨率彩色觸摸屏，功能豐富，操作方便。 本文分7章，第一章闡述了課題背景，繡花機發展現狀和關鍵技術；第二章從原理出發完成了需求分析，硬件和操作系統選型和項目規劃；第三章完成了總體硬件系統設計并重點介紹了驅動系統，CPLD單元，主控制板的設計和各種資源的分配；第四章在分析WinCE及其項目開發流程和環境構建的基礎上，完成了軟件的總體框架設計并介紹了相關設計要點。第五章主要是驅動程序和運動控制模塊并以步進電機驅動的開發為例介紹了流驅動的開發過程和相關的技術要點。第六章設計了一種自主的內部花樣格式并完成了相應的測試。最后一章是對本課題的總結和展望。 本文不僅從項目研究與開發和軟件工程的高度詳細探討了基丁ARM和WinCE5.0的繡花機控制器的整個開發過程，也具體的從硬件設計，資源配置，軟件編寫，驅動開發，運動控制和花樣處理等多個方面進行了深入的分析和研究。本課題的工作對于高速高檔繡花機的開發具有很好的參考價值和實踐意義，對于提升國內繡花機行業在高端市場與國外企業的競爭力，提升民族品牌價值，改變國內繡花機控制器被少數公司所壟斷，增加良性有效競爭有積極影響。
上傳時間： 2013-06-29
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作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術已成為高性能變頻調速系統的首選方案。矢量控制系統中，磁鏈的觀測精度直接影響到系統控制性能的好壞。在轉子磁鏈定向的矢量控制系統中，轉矩電流和勵磁電流能得到完全解耦[1]。一般而言，轉子磁鏈觀測有兩種方法:電流模型法和電壓模型法。磁鏈的電流模型觀測法中需要電機轉子時間常數，而轉子時間常數易受溫度和磁飽和影響。為克服這些缺點，需要對電機的轉子參數進行實時觀測，但這樣將使得系統更加的復雜。磁鏈的電壓模型觀測法中不含轉子參數，受電機參數變化的影響較小。矢量控制計算量大，要求具有一定的實時性，從而對控制芯片的運算速度提出了更高的要求。 本文介紹了一種異步電機矢量控制系統的設計方法，采用了電壓模型觀測器[2]對轉子磁鏈進行估計，針對積分環節的誤差積累和直流漂移問題，采用了一種帶飽和反饋環節的積分器[3]來代替電壓模型觀測器中的純積分環節。整個算法在tms320f2812 dsp芯片上實現，運算速度快，保證了系統具有很好的實時性。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，伴隨著PC及微處理器的迅速發展、軟件資源的豐富，嵌入式系統成為研究與應用的熱點。嵌入式系統是一種面向具體應用的將底層硬件、實時操作系統和應用軟件相結合的專用計算機系統。其廣泛應用于控制領域、消費電子產品等行業，己成為現代電子領域的重要研究方向之一。 本文結合課題實際需要與當前的控制器發展趨勢，構建和開發基于ARM和μC/OS-Ⅱ實時操作系統的嵌入式通用控制器應用平臺.在分析ARM內核處理器的基礎上，自主開發以PHILIPS公司LPC2880芯片為核心的嵌入式通用控制器的硬件平臺。根據嵌入式控制器的實際應用要求設計了相應的應用模塊，主要包括：串口模塊、存儲器擴展模塊、液晶顯示和鍵盤模塊等。并完成了各個功能模塊的接口函數，創建了應用函數庫，為后面的代碼應用和移植提供了方便。在對電機驅動控制原理的學習掌握基礎上，開發出基于L297/L298芯片的步進電機驅動器及基于LMD18200芯片的伺服電機驅動器。為實現控制器與PC機的通訊，確定了USB2.0通訊接口作為主要通訊方式，詳細分析了通用串行總線的軟硬件特點，根據LPC2880芯片特點實現嵌入式USB主機模式的通訊方式，并給出了它和主控制器的連線原理圖以及USB主機的系統軟件框架。 嵌入式實時操作系統是嵌入式系統應用軟件開發的支撐平臺，通過對現在常用的幾種嵌入式操作系統的綜合比較，選擇μC/OS-Ⅱ作為本系統的RTOS。詳細分析了μC/OS-Ⅱ內核工作原理，改進了中斷和時鐘處理的不足。成功的將μC/OS-Ⅱ系統移植到ARM微處理器中，并通過相應的開發工具，對移植系統進行模擬調試和功能測試。結果表明，設計的嵌入式通用控制器平臺基本達到預期目標.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。 通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。
上傳時間： 2013-07-22
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