永磁同步發(fā)電機(jī)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(yīng)用，并且受到許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及永磁同步發(fā)電機(jī)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(xué)基金項目《無刷無勵磁機(jī)諧波勵磁的混合勵磁永磁電機(jī)的研究》的課題，主要研究永磁電機(jī)的電磁場空載和負(fù)載計算，求出永磁電機(jī)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(jī)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(jī)的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和永磁同步發(fā)電機(jī)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(jī)樣機(jī)進(jìn)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(yīng)強度B等結(jié)果，直觀地看出電機(jī)內(nèi)部的磁場分布情況。 其次根據(jù)電磁場計算結(jié)果，應(yīng)用齒磁通法對其進(jìn)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(jìn)而得到永磁同步發(fā)電機(jī)空、負(fù)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(jī)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(jī)的外特性進(jìn)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(dāng)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(dǎo)線面積以減小阻抗參數(shù)。通過改變電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對其電磁場進(jìn)行計算，找到永磁電機(jī)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(jī)做準(zhǔn)備，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
標(biāo)簽： 永磁同步 發(fā)電機(jī) 磁場分析
上傳時間： 2013-04-24
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繞組勵磁同步電機(jī)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(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機(jī)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(jī)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(yīng)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(xué)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(jī)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(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步的理論探討，并進(jìn)行了詳細(xì)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(xiàn)，對幾種常見的同步電機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，分析了同步電機(jī)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(jī)中的應(yīng)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(jìn)行了綜述，其方法有：基于電機(jī)定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機(jī)矢量控制的理論進(jìn)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(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機(jī)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(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計。忽略同步電機(jī)d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機(jī)αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)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(jìn)行估計。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)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(jìn)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(biāo)，達(dá)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
標(biāo)簽： 繞組 勵磁 同步電機(jī)
上傳時間： 2013-07-25
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本文分析了永磁同步直線電動機(jī)的運行機(jī)理與運行特性，并通過坐標(biāo)變換，分別得出了電機(jī)在a—b—c，α—β、d—q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。針對永磁同步直線電機(jī)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(jìn)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(yīng)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(jī)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(jī)的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機(jī)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(jìn)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(yīng)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(fù)載擾動具有較強的魯棒性。
標(biāo)簽： 永磁同步 直線電機(jī) 矢量控制
上傳時間： 2013-07-04
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隨著家用空調(diào)的普及應(yīng)用，空調(diào)已日漸成為耗能大戶。我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)多年來高速發(fā)展，正面臨能源日益緊張的問題，由于空調(diào)節(jié)能尚有空間，因此人們普遍關(guān)注空調(diào)節(jié)能技術(shù)。在家用空調(diào)的各種節(jié)能技術(shù)中，直流壓縮機(jī)變頻驅(qū)動是發(fā)展的主流方向。從驅(qū)動方式上看，直流壓縮機(jī)可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比，矢量控制的空調(diào)直流壓縮機(jī)具有噪聲低、振動小、效率高等特點，更加符合節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展方向。 本文主要研究了適用于空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載的無轉(zhuǎn)子位置傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制方法。首先從電機(jī)的基本方程入手，詳細(xì)推導(dǎo)了永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)分析了各種電流控制策略特點，提出了采用適合直流壓縮機(jī)驅(qū)動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應(yīng)的壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)的一種簡化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測器，解決了IPMSM在αβ坐標(biāo)系中應(yīng)用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機(jī)運行特點，采用全維狀態(tài)觀測器方法，實現(xiàn)IPMSM反電動勢的觀測，根據(jù)反電動勢計算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了無傳感器矢量控制。本文詳細(xì)分析了全維狀態(tài)觀測器的極點配置方法，通過將四個極點配置在相同位置，簡輕了計算量，也便于實現(xiàn)。 第三，由于反電動勢估算法在電機(jī)低轉(zhuǎn)速下不能正確估算轉(zhuǎn)子位置，無法正常閉環(huán)起動，本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機(jī)的起動方法，實現(xiàn)了壓縮機(jī)的可靠起動。同時在深入分析電機(jī)等效模型的基礎(chǔ)上，給出了一種簡單的電機(jī)參數(shù)測量方法，通過簡單測量和計算，得到系統(tǒng)實現(xiàn)無傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機(jī)矢量控制方法進(jìn)行了仿真驗證，設(shè)計了以TMS320F2403數(shù)字信號處理器為控制核心的直流壓縮機(jī)矢量控制實驗平臺，并進(jìn)行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結(jié)果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應(yīng)用于實際的直流壓縮機(jī)矢量控制系統(tǒng)。
標(biāo)簽： 空調(diào)壓縮機(jī) 無傳感器 方法研究
上傳時間： 2013-06-13
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頻率是電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個基本參數(shù)，同時也是一個非常重要的參數(shù)。穩(wěn)定的時鐘在高性能電子系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，直接決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測頻系統(tǒng)使用時鐘的提高，測頻技術(shù)有了相當(dāng)大的發(fā)展，但不管是何種測頻方法，±1個計數(shù)誤差始終是限制測頻精度進(jìn)一步提高的一個重要因素。 本設(shè)計闡述了各種數(shù)字測頻方法的優(yōu)缺點。通過分析±1個計數(shù)誤差的來源得出了一種新的測頻方法：檢測被測信號，時基信號的相位，當(dāng)相位同步時開始計數(shù)，相位再次同步時停止計數(shù)，通過相位同步來消除計數(shù)誤差，然后再通過運算得到實際頻率的大小。根據(jù)M/T法的測頻原理，已經(jīng)出現(xiàn)了等精度的測頻方法，但是還存在±1的計數(shù)誤差。因此，本文根據(jù)等精度測頻原理中閘門時間只與被測信號同步，而不與標(biāo)準(zhǔn)信號同步的缺點，通過分析已有等精度澳孽頻方法所存在±1個計數(shù)誤差的來源，采用了全同步的測頻原理在FPGA器件上實現(xiàn)了全同步數(shù)字頻率計。根據(jù)全同步數(shù)字頻率計的測頻原理方框圖，采用VHDL語言，成功的編寫出了設(shè)計程序，并在MAX+PLUS Ⅱ軟件環(huán)境中，對編寫的VHDL程序進(jìn)行了仿真，得到了很好的效果。最后，又討論了全同步頻率計的硬件設(shè)計并給出了電路原理圖和PCB圖。對構(gòu)成全同步數(shù)字頻率計的每一個模塊，給出了較詳細(xì)的設(shè)計方法和完整的程序設(shè)計以及仿真結(jié)果。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字頻率計
上傳時間： 2013-06-05
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盤式永磁同步電動機(jī)是一種性能優(yōu)越、但結(jié)構(gòu)特殊的電動機(jī)。作為一種理想的驅(qū)動裝置，其應(yīng)用范圍遍及航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉(zhuǎn)子、單定子結(jié)構(gòu)盤式無鐵心永磁同步電機(jī)，進(jìn)一步減輕了電機(jī)的質(zhì)量并消除轉(zhuǎn)矩脈動。 對電機(jī)的設(shè)計、性能預(yù)測都離不開電機(jī)電磁場的計算。不同于傳統(tǒng)的圓柱式徑向磁通電機(jī)，盤式無鐵心電機(jī)是軸向磁通電機(jī)，外加其無鐵心的結(jié)構(gòu)，決定了該電機(jī)的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機(jī)的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內(nèi)容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結(jié)果，并總結(jié)出盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的磁場分布規(guī)律。 (2)在磁場計算的基礎(chǔ)上，將Halbach型永磁體陣列的理論應(yīng)用到磁鋼設(shè)計中來，提出磁鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的磁鋼結(jié)構(gòu)，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機(jī)的電磁場，分析計算結(jié)果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結(jié)構(gòu)、不等厚軸向充磁磁鋼結(jié)構(gòu)并將Halbach陣列的理論應(yīng)用到盤式無鐵心永磁同步電機(jī)的磁剛結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結(jié)合，提出了最經(jīng)濟(jì)、有效的改進(jìn)型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場進(jìn)行結(jié)果仿真。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 磁場分析 磁鋼
上傳時間： 2013-06-23
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隨著微處理器技術(shù)與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用也進(jìn)入到國防、工業(yè)、能源、交通以及日常生活中的各個領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的軟件核心是嵌入式操作系統(tǒng)。然而，國內(nèi)在嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)上有很多困難，主要有：國外成熟的RTOS大都價格昂貴并且不公開源代碼，用好這些操作系統(tǒng)需對計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)有深刻理解。針對以上問題，免費公開源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)就倍受矚目了，μC/OS-II就是其中之一。μC/OS-II是面向中小型應(yīng)用的、基于優(yōu)先級的可剝奪嵌入式實時內(nèi)核，其特點是小巧、性能穩(wěn)定、可免費獲得源代碼。 本文在深入研究μC/OS-II內(nèi)核基礎(chǔ)上，將其運用于實際課題，完成了基于ARM架構(gòu)的μC/OS-II移植及實時同步交流采樣的誤差補償研究。本文主要工作內(nèi)容和研究成果如下： 1.剖析了μC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核，重點研究了μC/OS-II內(nèi)核的任務(wù)管理與調(diào)度算法機(jī)理，得出了μC/OS-II內(nèi)核優(yōu)點：任務(wù)調(diào)度算法簡潔、高效、實時性較好(與Linux相比)。 2.介紹了ARM9體系架構(gòu)，重點講敘了MMU(存儲管理單元)功能。為了提高交流采樣系統(tǒng)的取指令和讀數(shù)據(jù)速度，成功將MMU功能應(yīng)用于本嵌入式系統(tǒng)中。 3.完成了μC/OS-II操作系統(tǒng)在目標(biāo)板上的移植，主要用匯編語言編寫了啟動代碼、開關(guān)中斷、任務(wù)切換和首次任務(wù)切換等函數(shù)。 4.針對國內(nèi)外提出的同步交流采樣誤差補償算法的局限性，本文從理論上對同步交流采樣的準(zhǔn)確誤差進(jìn)行了研究，并嘗試根據(jù)被測信號周期的首尾過零點的三角形相似法，求出誤差參數(shù)并對誤差進(jìn)行補償。此外，考慮到采樣周期△T不均勻，經(jīng)多次采樣后會產(chǎn)生累積誤差，本文也給出了采樣周期△T的優(yōu)化算法。 5.完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計，并根據(jù)補償算法和△T優(yōu)化法則，編寫了相應(yīng)采樣驅(qū)動和串口驅(qū)動。最后對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和比較，得出重要結(jié)論：該補償算法實現(xiàn)簡單，計算機(jī)工作量小，精度較高。
標(biāo)簽： ARM COS 架構(gòu) 交流采樣
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同步技術(shù)是跳頻系統(tǒng)的核心。本文針對FPGA的跳頻系統(tǒng)，設(shè)計了一種基于獨立信道法，同步字頭法和精準(zhǔn)時鐘相結(jié)合的快速同步方法，同時設(shè)計了基于雙圖案的改進(jìn)型獨立信道法，同步算法協(xié)議，協(xié)議幀格式等。該設(shè)計使用VHDL硬件語言實現(xiàn)，采用Altera公司的EP3C16E144C8作為核心芯片，并在此硬件平臺上進(jìn)行了功能驗證。實際測試表明，該快速同步算法建立時間短、同步穩(wěn)定可靠。
標(biāo)簽： FPGA 跳頻系統(tǒng) 同步算法
上傳時間： 2013-10-21
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上傳時間： 2013-10-27
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