永磁同步電動機交流伺服系統(tǒng)作為交流伺服系統(tǒng)的主流，在工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中應用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了整個伺服系統(tǒng)的性能。因此，精心設(shè)計性能優(yōu)異的永磁同步伺服電動機具有重要的理論意義和應用價值。本課題系統(tǒng)研究了永磁同步伺服電動機的本體設(shè)計，包括設(shè)計方法、性能計算、有限元分析、參數(shù)計算、控制仿真、實驗測試等。 首先，綜述和分析了永磁同步伺服電動機的研究現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展前景，研究了永磁同步伺服電動機的設(shè)計特點和方法。開發(fā)了永磁同步伺服電動機的電磁計算程序，結(jié)合有限元計算數(shù)值的校正，完成對樣機的性能計算，計算結(jié)果較為準確。 接著，深入分析永磁同步伺服電動機的氣隙磁場，得到充磁方式、極弧系數(shù)、不均勻氣隙、永磁體厚度等因素對氣隙磁場的影響，繪制了各因素對氣隙磁場基波和諧波總量影響的曲線，通過優(yōu)化設(shè)計，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場。并拓展研究總結(jié)了不同永磁體形狀和尺寸對永磁直流電動機在換向和性能上的影響，取得有實用價值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet電磁分析軟件建立了永磁同步伺服電動機的有限元分析模型，深入研究了電機的反電勢波形、穩(wěn)態(tài)運行性能和齒槽轉(zhuǎn)矩，計算了直、交軸同步電抗等重要參數(shù)。建立了永磁同步伺服電動機Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并進行了仿真研究。 最后，對永磁同步伺服電動機進行了實驗測試和分析，包括反電勢波形與磁場波形測試、性能曲線測試、直交軸同步電抗的測量。對測試結(jié)果與設(shè)計結(jié)果進行了比較分析，驗證了設(shè)計方法的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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永磁同步發(fā)電機由于一系列高效節(jié)能的優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及永磁同步發(fā)電機的設(shè)計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調(diào)整率，為分段式轉(zhuǎn)子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎(chǔ)，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發(fā)電機的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)形式和永磁同步發(fā)電機的運行性能，采用傳統(tǒng)解析理論給出了電壓調(diào)整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發(fā)電機樣機進行實體建模，經(jīng)過定義分配材料、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結(jié)果，直觀地看出電機內(nèi)部的磁場分布情況。 其次根據(jù)電磁場計算結(jié)果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉(zhuǎn)子在一個齒距內(nèi)不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據(jù)繞組與齒的匝鏈關(guān)系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發(fā)電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結(jié)果寫實驗結(jié)果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發(fā)電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發(fā)電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對外特性的影響規(guī)律，提出了有效降低電壓調(diào)整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯(lián)匝數(shù)N和增大導線面積以減小阻抗參數(shù)。通過改變電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調(diào)整率的變化規(guī)律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的直線驅(qū)動場合，都是由旋轉(zhuǎn)電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線運動。這樣的設(shè)置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產(chǎn)生的噪聲也非常明顯，同時也給系統(tǒng)的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現(xiàn)可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動的能力，直線電機已經(jīng)在機床驅(qū)動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經(jīng)過孕育、實驗、開發(fā)和實用這四個階段的發(fā)展，并借助于電力電子技術(shù)，以及日漸成熟的直線電機控制技術(shù)，直線電機已經(jīng)廣泛應用到了制造業(yè)、交通運輸業(yè)等各個方面。 與旋轉(zhuǎn)電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業(yè)；后兩者則被應用在需要連續(xù)和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結(jié)構(gòu)也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內(nèi)仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機設(shè)計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計思路的表現(xiàn)并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設(shè)計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統(tǒng)方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設(shè)計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數(shù)目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設(shè)計，這就給電機的系列化設(shè)計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設(shè)計任務的基礎(chǔ)上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統(tǒng)方案也更平穩(wěn)。體現(xiàn)了該設(shè)計方案的優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-29
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對作為工業(yè)裝備重要驅(qū)動源之一的伺服系統(tǒng)的性能提出了越來越高的要求。永磁同步電機( PMSM)作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護保養(yǎng)等優(yōu)點，正得到越來越廣泛地應用。要構(gòu)建高性能的伺服系統(tǒng)，好的伺服控制系統(tǒng)則必不可缺，本論文主要圍繞高性能的永磁同步電流伺服控制系統(tǒng)這一主題展開研究。 根據(jù)永磁同步電機的動態(tài)dq數(shù)學模型，從實現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制出發(fā)，對永磁同步電機的矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)等控制策略進行了比較分析。針對本伺服系統(tǒng)永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點，選用了具有線性控制轉(zhuǎn)矩特性，能獲得比較平穩(wěn)轉(zhuǎn)矩輸出的基于轉(zhuǎn)子磁場定向的id=0的矢量控制策略，同時還介紹了該策略的重要組成部分空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，并在MATLAB仿真平臺對所選控制方案進行了仿真研究。 對控制系統(tǒng)的軟件部分進行了設(shè)計，詳細分析了針對16位定點DSP控制器TMS320LF2407A的程序設(shè)計特點，建立了電機的標幺值模型，解決了變量的定標問題。并介紹了電機控制程序的總體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的詳細設(shè)計過程。 為實現(xiàn)高性能的伺服控制系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)輸出平滑的轉(zhuǎn)矩，本文還對電壓型PWM逆變器“死區(qū)效應”引入的轉(zhuǎn)矩脈動進行了分析，分析表明了在永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)中，由“死區(qū)效應”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，并應用一種實用的死區(qū)補償技術(shù)減小了轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能。 最后在伺服系統(tǒng)實驗平臺上對伺服控制系統(tǒng)進行綜合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上做了大量的實驗研究，實驗結(jié)果表明系統(tǒng)性能可靠且擁有優(yōu)良的調(diào)速性能。
標簽： 永磁同步電機 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-18
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同步電動機以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對電網(wǎng)電壓波動不敏感等良好的運行性能，在大功率電氣傳動領(lǐng)域獨占螯頭。同步電機雖然有很多優(yōu)點，但它的最大缺點是起動困難。目前，大功率同步電機的軟起動大多采用靜止變頻器起動方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動機產(chǎn)生的反電勢才能自行關(guān)斷并且輔助設(shè)備較多。而一旦逆變器換流失敗就會導致電動機起動失敗。針對晶閘管不能自行關(guān)斷的缺點，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的起動方法。 @@ 首先，根據(jù)同步電動機的工作原理對同步電動機的起動特性進行了詳細分析，并對全壓異步起動方法進行了仿真研究，得出了起動過程中電動機相電流、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化曲線。針對異步起動過程中定子繞組產(chǎn)生過大沖擊電流的問題，提出了逐級變頻的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動機軟起動方法。闡述了逐級變頻開環(huán)控制同步電動機軟起動的原理，即通過逐級改變變頻器輸出頻率使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速逐級升高至額定值。推導出起動過程中變頻器逐級變化的頻率與電動機轉(zhuǎn)動慣量、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的關(guān)系式。通過對一臺同步電動機做工頻起動和低頻起動的仿真研究，證明了同步電動機在低頻下依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩自行起動的可行性。通過計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到相應同步轉(zhuǎn)速的時間來確定變頻器逐級升高的電壓頻率隨時間的變化規(guī)律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機變頻電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計了恒壓頻比逐級變頻軟起動的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構(gòu)建了轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動機軟起動的數(shù)學模型，對同步電動機的起動過程進行仿真試驗，并且分別對空載起動和負載起動過程進行了分析。仿真結(jié)果驗證了轉(zhuǎn)速開環(huán)控制同步電動機軟起動的可行性。 @@ 針對同步電動機起動后的并網(wǎng)問題進行了理論分析，并研究了相應的并網(wǎng)控制方案。應用MATLAB/SIMULINK對并網(wǎng)過程進行仿真試驗，給出并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)電壓、同步電機相電流等參數(shù)變化曲線，從而驗證了并網(wǎng)方案的可行性。 @@ 最后，對所做工作進行了總結(jié)，并展望了大功率同步電動機的軟起動技術(shù)。 @@關(guān)鍵詞：同步電動機；軟起動；變頻器；恒壓頻比
上傳時間： 2013-05-26
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伺服系統(tǒng)是一種輸出能夠快速而精確地響應外部的輸入指令信號的控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)在工業(yè)控制和家用電氣、航空航天等領(lǐng)域的應用越來越廣泛。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對伺服設(shè)備的性能也提出了越來越高的要求。因此，研制高性能、高可靠性的交流伺服系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實意義。 在伺服領(lǐng)域，永磁同步電機在結(jié)構(gòu)特點和運行方式上具有比其它類型的傳統(tǒng)伺服電機更為優(yōu)秀的運行性能和更廣泛的適用范圍，被越來越多的應用到交流伺服系統(tǒng)。以數(shù)字信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以永磁同步電機為執(zhí)行電機，采用高性能控制策略的全數(shù)字化永磁同步交流伺服控制系統(tǒng)必將成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。 本論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎(chǔ)上，詳細討論了磁場定向矢量控制理論，確定了id=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。本文采用TI公司生產(chǎn)的專門用于電機控制的數(shù)字信號控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作為控制系統(tǒng)核心處理芯片，設(shè)計了一套基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機伺服控制系統(tǒng)。論文詳細論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計和調(diào)試，包括功率驅(qū)動電路，供電電路與電源電路以及傳感器電路等等。軟件開發(fā)均在TI的CCStudl02.2集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用匯編語言編寫，完成了主程序模塊和子程序模塊設(shè)計，實現(xiàn)了電流A/D采樣、模型切換、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)等功能，實現(xiàn)了位置、速度和電流雙閉環(huán)矢量控制，同時給出了主程序和各個子程序模塊的流程圖。 實驗結(jié)果表明，基于DSP實現(xiàn)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)具有響應速度快、速度超調(diào)小、轉(zhuǎn)矩脈動小等特點，具有良好的動靜態(tài)特性以及較高的精度。基本達到了課題預期的效果，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。
標簽： DSP 永磁同步電機 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-18
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繞組勵磁同步電機具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點，在工業(yè)大功率場合獲得了廣泛應用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速響應迅速，易實現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點。因此，在交流傳動領(lǐng)域中，越來越受到學者的關(guān)注。但是，無論在國內(nèi)還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅實的基礎(chǔ)。本論文主要研究內(nèi)容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統(tǒng)進行了綜述，分析了同步電機變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無傳感器技術(shù)在同步電機中的應用現(xiàn)狀。無傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉(zhuǎn)子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應的轉(zhuǎn)子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機轉(zhuǎn)子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應原理，對同步電機轉(zhuǎn)速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數(shù)學模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行估計。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應估計的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計磁通觀測器來估計轉(zhuǎn)子磁通，實現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉(zhuǎn)子磁通分量進行重構(gòu)，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統(tǒng)的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個開關(guān)矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關(guān)矢量的作用時間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實現(xiàn)了SVPWM。實驗結(jié)果表明，該算法簡單易實現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點。 @@ 空間矢量過調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過調(diào)制方法。過調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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20世紀90年代以來，為了緩解能源和環(huán)境對人類生活和社會發(fā)展的壓力，世界各國都投入了大量資金開發(fā)電動汽車。在日本、美國、法國等汽車強國已經(jīng)開發(fā)出一些商品化的電動汽車。我國在“十五”期間，國家電動汽車重大科技專項確立以燃料電池汽車、混合電動汽車、純電動汽車以及相關(guān)的多能源動力總成控制、驅(qū)動電機、動力蓄電池及燃料電池等關(guān)鍵零部件研發(fā)。 與其它驅(qū)動電機相比，永磁同步電動機具有高效率、高功率密度和良好的控制特性，受到人們的普遍關(guān)注，越來越多地應用于電動汽車的驅(qū)動裝置中。本文課題以印度REVA公司小型純電動汽車驅(qū)動用永磁同步電動機及其控制器為研究對象，對永磁同步電動機本體及控制器硬件進行了比較深入的研究，設(shè)計并制作了永磁同步電動機試驗樣機以及基于TMS320LF2407A DSP的永磁同步電動機控制器，在此基礎(chǔ)上展開了初步試驗研究。 本文首先比較了當前常用電動汽車驅(qū)動電機的特點，并綜述了電力電子和計算機控制技術(shù)在汽車驅(qū)動中的應用；然后分析永磁同步電機氣隙磁場對電機性能的影響，針對電動汽車驅(qū)動電機的特點，提出了T形轉(zhuǎn)子永磁同步電動機，不僅使永磁同步電動機的氣隙磁場接近正弦同時解決了高速運行時磁鋼的固定問題；同時，制作了基于TMS320LF2407A DSP和IPM模塊的永磁同步電動機矢量控制器，并對控制器進行了驅(qū)動無刷直流電動機的負載實驗和永磁同步電機的空載實驗；最后，分析永磁同步電機矢量控制的數(shù)學模型，并建立了永磁同步電機的SVPWM驅(qū)動的仿真模型，進行了id=0的矢量控制系統(tǒng)仿真，研究了永磁同步電機參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)響應的影響。
上傳時間： 2013-07-23
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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(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)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(chǔ)，以永磁同步電機為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設(shè)計了電機狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計方案。整個方案在不增加成本的基礎(chǔ)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(guān)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
上傳用戶：lifangyuan12
本文分析了永磁同步直線電動機的運行機理與運行特性，并通過坐標變換，分別得出了電機在a—b—c，α—β、d—q坐標系下的數(shù)學模型。針對永磁同步直線電機模型的非線性與耦合特性，采用了次級磁場定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問題，還實現(xiàn)了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對它算法實現(xiàn)進行了研究。 針對速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過對傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結(jié)合，設(shè)計出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了永磁同步直線電機矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問題；速度檢測采用了增量式光柵尺，設(shè)計了與DSP的接口電路，通過M/T法實現(xiàn)對電機的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進行仿真，結(jié)果表明采用模糊PID控制具有更好的動態(tài)響應性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動，對于負載擾動具有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-07-04
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