作為數控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業的發展，永磁交流伺服系統成為國內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，伺服系統也逐步向全數字化方向發展，全數字化系統具有可靠性高、實現新控制策略容易、功能豐富等優點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制的最新發展，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，在電機轉速達到基本轉速之前采用最大轉矩/電流策略控制，超過基本轉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速空間，該策略可實現電壓矢量近似連續調節，有效減小了PMSM 的轉矩脈動，提高了系統的性能，仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上，研制開發了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數字永磁交流調速系統。該系統以空間矢量PWM 控制為核心。
上傳時間： 2013-06-08
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開發和研制無鐵心永磁電機是當前電機領域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發無鐵心永磁電機需要準確計算電機的參數和性能，而實現這一任務的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結構特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學的研究熱點之一。 本文的研究內容是國家高技術研究發展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設計與集成技術”的關鍵技術之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節約計算機內存和CPU時間。根據對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標量磁位漸近邊界條件數學模型。為了盡可能減少節點的數量，結合無鐵心永磁電機的具體結構，推導了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標量漸近邊界條件與有限元法結合的三維開域靜磁場的數學模型，并提出具體的實施方法，推導出相應的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節約計算機內存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內轉子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉子均無鐵心的情況下電機內部及周圍磁場的大小，總結出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規律。 第三部分針對不同拓撲結構的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數、電樞計算長度等主要設計參數隨電機結構尺寸的變化規律。 第四部分針對具有試驗數據的三種結構的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結果與試驗數據吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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隨著非線性負載在電網應用中的不斷增加，給電網造成的諧波污染日益嚴重，已成為影響電能質量的重要因素之一。與無源濾波器相比，有源濾波器具有濾波特性好，受電網阻抗影響小，可同時補償諧波和無功等優點，所以，有源電力濾波裝置作為一項有效措施，被廣泛地研究和應用。 本文首先介紹了諧波產生及其嚴重的危害性，綜述了國內外電力系統諧波抑制技術的發展概況以及有源電力濾波器在諧波抑制中的應用前景。闡明了以DSP為核心控制芯片的有源電力濾波器數字控制系統的特點。介紹了有源電力濾波器的結構和工作原理，在瞬時無功功率理論的基礎上設計了諧波電流的檢測方案，提出了有源電力濾波器全數字化控制系統的實施方案，包括信號調理、過零檢測、交流采樣、鎖相和濾波等，同時給出部分程序框圖及程序和程序運行結果。為了進行更加深入的理論分析，本文在MATLAB的SIMULINK仿真環境下建立了有源電力濾波器系統的仿真模型，并對諧波電流檢測方法進行了仿真對比。同時，重點進行了軟件設計，包括數字鎖相環、低通濾波器等，程序運行結果取得了令人滿意的效果。 本文以三相并聯有源電力濾波器為研究對象，設計了基于DSP芯片的數字化控制方案，該方案用一片DSP芯片TMS320F2812實現諧波指令電流計算和控制環節。并詳細介紹了該控制方案的軟件設計。 從目前國外的研究和使用情況來看，有源電力濾波器具有廣闊的應用前景。本題目今后的重點發展方向是進行實用化研究。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，人們對環境保護越來越重視，SF<,6>氣體的使用和排放受到限制，從而使電器領域內SF<,6>斷路器的發展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優異的絕緣與熄弧特性，且對環境不造成污染，所以目前在中壓領域已經占據了主導地位，而且不斷向高電壓、大容量方向發展。因此，未來高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”，所以，開發高壓真空斷路器最關鍵的是滅弧室的設計。本文對110kV的真空滅弧室的內部電磁場進行了仿真分析，為我國開發110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對110kV真空斷路器滅弧室內部靜電場進行了仿真分析，得到了滅弧室內部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對電場分布的影響；觸頭距離對滅弧室內部電場分布的影響；傘裙對滅弧室內部電場分布的影響。再根據等離子體和金屬蒸氣具有一定導電率的特點，從麥克斯韋基本方程出發，推導了滅弧室內部電場所滿足的計算方程，然后用有限元法對二維電場進行了求解。考慮到弧后粒子消散過程中，電極和懸浮導體表面會有帶電微粒的存在，又計算分析了帶電微粒對真空滅弧室電場分布的影響，進而提出了使滅弧室內部電場更加均勻的措施。 根據大電流真空電弧的物理模型，基于磁場對電流的作用力理論，計算分析了真空電弧自生磁場的收縮效應以及對分斷電弧的影響，得到了弧柱中自生磁場產生的電磁壓強分布，最后分析了外加縱向磁場分量對減小自生磁場收縮效應的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場觸頭三維電極模型，并利用有限元法進行了三維靜磁場和渦流場仿真。得到了電流在峰值和過零時縱向磁場分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布，給出了這兩種觸頭在電流過零時縱向磁場滯后時間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規律，最后還對這兩種觸頭的性能進行了比較。
上傳時間： 2013-07-09
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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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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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隨著焊接技術、控制技術以及計算機信息技術的發展，對于數字化焊機系統的研究已經成為熱點，本文開展了對數字化IGBT逆變焊機控制系統的研究工作，設計了數字化逆變焊機的主電路和控制系統的硬件部分。 本文首先介紹了“數字化焊機”的概念，分析了數字化焊機較傳統的焊機的優勢，然后結合當前數字化焊機的國內外發展形勢，針對數字信號處理技術的特點，闡明了進行本課題研究的必要性和研究內容。文章隨后列出了整個數字化逆變焊機的設計思路和方案，簡要介紹了數字信號處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點，較為詳細地解釋了以DSP為核心的控制系統設計過程。根據弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號。 逆變焊機的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結構(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設計要點及元件的選型和參數的計算，并對所設計的主電路進行了Matlab計算機仿真研究。 在控制系統的設計中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點，為弧焊逆變器控制系統真正實現數字化提供了條件。在DSP最小系統、電壓電流采樣調理模塊、保護模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個焊接電源進行了實時的閉環控制與焊接過程的實時監控。控制電路采用脈寬調制方式(PWM)進行輸出控制，即：控制IGBT的導通時間來實現焊機輸出功率與輸出特性的控制。設計了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經過“分頻電路”分成兩路后，再經IGBT專用驅動模塊M57959L，進行功率放大后，觸發IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進行實時采樣，采用離散的PI控制算法計算后，輸出相應的控制量來實時調節IGBT驅動脈沖的脈寬，進而調制輸出電流，達到控制焊機輸出的目的。 經過實驗，得到了相應的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅動的實驗波形，該控制系統基本符合逆變焊機的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結的基礎上，對于本逆變焊機的進一步完善工作提出了建議，為數字化焊機控制系統今后更加深入的研究奠定了良好的基礎。
上傳時間： 2013-08-01
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統、可再生能源發電以及超導儲能系統等領域有廣闊的應用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓撲結構、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關問題和輸入電感磁復位問題等進行了系統深入的研究，解決了這一類拓撲所共有技術問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓撲族，分析比較了各種拓撲的特點，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進行了詳細的穩態分析和小信號建模分析，為其分析、設計和搭建實驗平臺提供了電路理論基礎。 理論上分析了IBFBC起動時存在電流沖擊的原因。提出了二種數字化軟起動方案，該方案對主電路進行了改造，利用DSP能靈活產生PWM波的特點采用了新的控制策略，成功實現了該系統的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關管關斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎上，通過控制PWM的發生方法，實現了有源箝位功率開關管和橋臂功率開關管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復位問題。在正常停機時提出了一種數字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態逐漸過渡到Buck工作狀態，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護停機，采用了繞組磁復位的方法，把輸入電感設計成反激式變換器形式，突然停機時，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護了變換器不會損壞。 給出了主電路關鍵器件參數的設計方法，設計了以DSP-TMS320F2407為核心的數字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實驗驗證了理論分析和仿真結果。 本文立足于IBFBC的關鍵技術要求，并充分考慮工程應用中的實際因素，進行了理論分析和實驗研究，為實際系統方案設計提供理論依據，并已經在實際應用中得到驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力系統自動化水平的提高以及新的變電站通信標準IEC61850的正式頒布，研究新型數字保護裝置已經變的刻不容緩。本論文圍繞設計和研制一套能符合IEC61850標準下變電站應用的新型數字保護裝置這一課題，主要研究以太網通信在數字保護中應用的可行性并參與設計基于雙網冗余的高速以太網通信網絡的網絡化數字保護平臺，在基于網絡化數字保護平臺上移植嵌入式操作系統Vxworks，討論基于VxWorks的微機保護任務的劃分并詳細介紹了實現饋線保護的功能和試驗測試結果。 論文開始概述了目前國內外數字繼電保護產品技術的發展現狀并簡單分析了變電站自動化通信網絡和系統標準IEC61850，對未來保護裝置發展趨勢進行了展望，明確了微機繼電保護裝置網絡化、平臺化、標準化的發展方向。本課題組研制的網絡化數字保護裝置則充分的考慮了IEC61850標準分層的意義和未來變電站自動化系統發展的必然趨勢，其研究對變電站改造和建設符合lEC61850標準的變電站自動化系統有重要意義。 論文首先分析數字式繼電保護裝置硬件平臺的發展過程，介紹了基于以太網通信技術的通用網絡化數字保護硬件平臺設計構想，并說明了全網絡化數字保護平臺的優點。全網絡化數字保護平臺采用模件化設計，整個裝置具體功能模件包括交流變換模件、數據采集模件、數據計算和邏輯處理模件、開入開出模件、以太網Hub模件、電源模件以及人機接口模件。 其次，概述以太網通信技術的發展和技術特點，并分析以太網通信技術應用于變電站自動化系統的可行性。根據提高以太網通信實時性的研究現狀，介紹雙網冗余高速以太網通信方案的實現，特別詳細闡述了基于以太網控制芯片LAN91Clll的以太網通信接口的設計，給出LAN91C111的初始化、以太網通信發送模塊以及以太網通信中斷接受模塊的流程。 再次，分析了在繼電保護產品軟件系統中應用前后臺系統和嵌入式實時操作系統的區別，闡明在繼電保護硬件平臺上應用嵌入式實時操作系統VxWorks的優勢。并重點闡述在嵌入式處理器AT91RM9200上移植VxWorks實時操作系統的過程。 論文分析了數字繼電保護軟件任務劃分的基本原則，合理劃分數字保護的任務和任務優先級，并通過調試工具WindView驗證任務調度的正確性。詳細的介紹網絡化數字保護平臺上實現饋線保護的具體功能和保護邏輯，最后通過試驗測試，證明裝置各項性能優越。 最后，對本論文所開展的工作作了總結，并對進一步研究的方向進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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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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