作為數(shù)控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究和應用的一個重要領域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進步，伺服系統(tǒng)也逐步向全數(shù)字化方向發(fā)展，全數(shù)字化系統(tǒng)具有可靠性高、實現(xiàn)新控制策略容易、功能豐富等優(yōu)點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調(diào)制控制的最新發(fā)展，分析了從基礎理論到最新的控制算法的有關永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數(shù)學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機轉(zhuǎn)速達到基本轉(zhuǎn)速之前采用最大轉(zhuǎn)矩/電流策略控制，超過基本轉(zhuǎn)速之后采用弱磁擴速的電流控制策略，使電機具有更大的調(diào)速空間，該策略可實現(xiàn)電壓矢量近似連續(xù)調(diào)節(jié)，有效減小了PMSM 的轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能，仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上，研制開發(fā)了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數(shù)字永磁交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空間矢量PWM 控制為核心。
標簽： 永磁同步電動機 調(diào)速控制
上傳時間： 2013-06-08
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超聲波電機是上個世紀八十年代逐步發(fā)展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發(fā)的超聲振動作為驅(qū)動力，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。與傳統(tǒng)的電磁馬達相比，它具有低速大轉(zhuǎn)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(xù)運動領域、精密控制領域要比傳統(tǒng)的電磁電機性能優(yōu)越得多。目前，旋轉(zhuǎn)型超聲波電機，尤其是環(huán)形行波型超聲波電機，在工業(yè)、辦公、過程自動化等領域的伺服系統(tǒng)中作為直接驅(qū)動執(zhí)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(qū)動的小型控制系統(tǒng)。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標適中，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，速度可調(diào)節(jié)的標準的閉環(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(tǒng)運行穩(wěn)定，速度曲線較為理想，達到了最初的設計要求。 系統(tǒng)總結了超聲波電機的發(fā)展、特點、分類，通過與傳統(tǒng)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(fā)展方向，明確了本文的研究內(nèi)容。 總結了環(huán)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(huán)形行波型超聲波電機調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅(qū)動逆變電路的優(yōu)缺點。 本課題設計了基于超聲波電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)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(diào)頻調(diào)速的實現(xiàn)方式。然后，詳細介紹了該控制系統(tǒng)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(tǒng)中的調(diào)速、定位原理。最后通過實驗結果說明了該小型控制系統(tǒng)的有效性。
上傳時間： 2013-07-18
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文中設計完成了以數(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，以無刷直流電機作為伺服電機的一套高性能的電梯門機交流伺服系統(tǒng)。 論文闡述了設計的目的，給出了電機的選擇，介紹了無刷直流電機的優(yōu)點；說明了門機運行曲線的形成及加減速運行時按S曲線方式運行的優(yōu)點，并給出了加減速運行時S曲線的具體形成方法；針對門機控制系統(tǒng)的控制策略進行了詳細的研究，將自適應控制理論引入了電梯的門機控制系統(tǒng)中，并針對模型參考自適應控制的方法進行了分析，該方法的實施使系統(tǒng)的性能得到了提高。 系統(tǒng)采用TMS320LF2407A作為電梯的門機控制系統(tǒng)的核心控制器，對TMS320LF2407A作了詳細的介紹。文中對系統(tǒng)采用了全數(shù)字化設計，完成了總體硬件電路的設計，主要包括計算控制電路、信號采集電路、鍵盤輸入及顯示電路、驅(qū)動及保護電路等，并對每一部分電路的設計進行了具體的說明；驅(qū)動電路選用了智能控制功率模塊IPM，并針對所選模塊進行了說明。 在系統(tǒng)軟件設計中，采用對曲線進行離散的方式，給出了門機運行的參考模型，并根據(jù)采集的信號與參考模型進行對比，求出加/減速運行時S曲線實現(xiàn)的補償算法；并針對運行參數(shù)變化的影響，提出了對門機系統(tǒng)進行自適應控制的方法，給出了系統(tǒng)軟件的流程。 通過對系統(tǒng)的硬件及軟件的設計，實現(xiàn)了對電梯門機系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)控制的目的。
標簽： 電梯門 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-22
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盤式永磁電機因其較高的轉(zhuǎn)矩密度和良好的動態(tài)響應特性，在各種驅(qū)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(zhuǎn)矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)進行研究的基礎上，總結了該類電機的漏磁系數(shù)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(yōu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的影響規(guī)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(huán)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(jīng)形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fā)展起來；但設備價格比較昂貴。而國產(chǎn)機尚處于起步階段。根據(jù)玻璃深加工企業(yè)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(tǒng)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(tǒng)來對玻璃加工進行控制。該系統(tǒng)在控制精度上基本達到了生產(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。文中還設計了PLC程序來對其進行控制，而且進行現(xiàn)場調(diào)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(shù)。 本文對玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統(tǒng)的總體設計方案進行了綜合性論述對控制系統(tǒng)進行了功能分析，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)的總體設計方案。為了實現(xiàn)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(tǒng)的具體實現(xiàn)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(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現(xiàn)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(tǒng)程序，夾持梁升降控制系統(tǒng)程序，玻璃傳送控制系統(tǒng)程序及上位機與下位機的通信處理方法。
上傳時間： 2013-06-04
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在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自動控制方面,經(jīng)常要用到低速驅(qū)動,以前一般采用電動機加減速器或永磁感應子式電動機來實現(xiàn),但是他們存在著很多缺點和不足。隨著分數(shù)槽繞組結構的提出,分數(shù)槽永磁同步電機在低速驅(qū)動領域的應用越來越廣泛。本文將對這種特殊結構的電機進行詳細的介紹和分析。 分數(shù)槽繞組和整數(shù)槽繞組是電機繞組的兩種重要形式。本文首先從電機結構和繞組電感兩個方面對分數(shù)槽繞組電機和整數(shù)槽繞組電機進行比較,以加深對分數(shù)槽繞組結構的理解。分數(shù)槽繞組也存在對稱性問題,即并不是所有的分數(shù)槽繞組都是各相對稱的,接下來本文給出了分數(shù)槽繞組的對稱條件,為分數(shù)槽繞組電機的設計提供依據(jù)。在分數(shù)槽電機中,節(jié)距y=1的分數(shù)槽繞組是一種非常重要的繞組,是中小型永磁電機和永磁交流伺服電機使用最多的的分數(shù)槽繞組,本文將對這種繞組形式進行詳細介紹,為了便于以后分析和應用,還將給出這類電機常用的極槽配合和繞組的各種參數(shù)。整數(shù)槽電機60°相帶繞組的排列比較簡單,分數(shù)槽電機則顯的比較復雜,本文將具體介紹兩種繞組排列方法來解決這一問題。
上傳時間： 2013-04-24
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在伺服系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高精度的控制，往往需要實時地檢測出電動機轉(zhuǎn)子的位置。用來檢測電動機轉(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(zhuǎn)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(zhuǎn)變壓器。分析了它的定轉(zhuǎn)子結構、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(nèi)部的電磁場分布以及正余弦輸出反電勢的波形。 其次，本文設計了一種以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信號，加上相關的外圍電路，構成了旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，解算出了旋變的軸角θ；并在此基礎上，分析了產(chǎn)生角度解算誤差的各種因素，同時計算出了旋變的轉(zhuǎn)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(chǎn)生的方波經(jīng)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(yōu)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。
標簽： R2D 旋轉(zhuǎn)變壓器 電路
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現(xiàn)代電氣傳動控制的發(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量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，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研究的熱點。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，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，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機實際運行狀態(tài)進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴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)方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴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，易于數(shù)字化實現(xiàn)，不僅具備擴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，以永磁同步電機為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉(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)付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(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)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下，以自行設計的機器人機械結構為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結構，介紹了機器人運動學理論，根據(jù)自行設計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結構算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結構設計機器人的控制系統(tǒng)。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結構和控制系統(tǒng)結構組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節(jié)式機器人避障方法的基礎上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。 最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉(zhuǎn)臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-08-05
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無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高和轉(zhuǎn)動慣量小等優(yōu)點，另外它還具有和直流電機一樣的調(diào)速特性，而沒有直流電機復雜的機械換相設備，所以被廣泛應用于伺服控制、數(shù)控機床、機器人等工業(yè)領域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應速度快、調(diào)節(jié)能力強、控制精度高的無刷直流電機控制系統(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控制方法，它已經(jīng)成熟的應用在感應電機和永磁同步電機上，實現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應特性。本文通過大量的文獻資料閱讀，對無刷直流電機及其相關技術的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢有了一個比較全面的理解，在此基礎上，詳細分析了無刷直流電機的數(shù)學模型，并提出了一套相應的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，建立了仿真和試驗平臺，進行了仿真分析和實驗研究，獲得了有價值的研究成果。 本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)詳細分析了無刷直流電機的運行機理和數(shù)學模型，在此基礎上闡述無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本控制機理，包括基于逆變器二二導通模式的空間電壓矢量的定義和針對無刷直流電機具有非正弦波反電動勢這一特點而推導的轉(zhuǎn)矩計算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的具體實施方案，并根據(jù)這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，對所提出的控制方案進行了仿真分析。仿真結果驗證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎之上，設計研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制實驗系統(tǒng)，編寫了控制程序軟件，進行了無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制的實驗。實驗結果達到了預期的要求，證實了直接轉(zhuǎn)矩控制在改善無刷直流電機動態(tài)調(diào)速性能上的優(yōu)勢。 本論文開展了繼異步電機和永磁同步電機之后對無刷直流電機實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計算機仿真和實驗得出了一些有意義的經(jīng)驗和結論，為課題的進一步深入開展奠定了基礎。
標簽： 無刷直流電機 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時間： 2013-07-11
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