隨著電力電子技術的發展，高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊，有較大的研究價值，對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機，尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優化設計、控制系統和樣機制造和實驗等做了大量的工作： 對電機的磁路進行分析設計：從磁路結構入手，分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優劣及其選型、選材的根據；講述了場路結合的分析計算方法；給出了極數、槽數、繞組、轉子參數、定子參數和軸承的參數確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析：從電機磁場分析入手，根據齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢；根據此電動勢的波形，推導了三相六狀態控制時，電動勢的電路計算模型，重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型，指出換相前電流波形出現尖峰脈沖的原因，該模型考慮了電感對高速電機性能的影響；給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大，根據經驗系數來計算鐵耗的傳統方法已顯得力不從心，如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題，本文根據Bertotti鐵耗分立計算模型，進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型，其各項損耗系數是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數據通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試，表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大，溫升也是一個重要問題，為了了解電機內的溫度分部，防止局部過熱，本文建立了基于熱網絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型，并對電機進行了溫升計算，計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法，建立了優化設計的數學模型，編制了程序，用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優化，給出了優化算例，并做出樣機，通過對優化前后的方案做出樣機并進行比較實驗，優化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統中的幾個關鍵問題進行了研究：位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統換相角問題，它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應用；功率管壓降對起動電流、功率的影響問題；控制系統提前或滯后換相對電機電流，輸出性能的影響，提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究，主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺，通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗，實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之，通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究，建立了一套永磁無刷直流電機的設計理論和分析方法，并通過樣機的制造和實驗，進一步的驗證了這些理論和方法的準確性，這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著世界范圍內的能源危機越來越嚴重，每個國家都投入了極大的熱情開發新型節能型產品，而且整個社會的節能意識越來越高。我國2005年廣東發生的油荒現象已經造成了局部能源恐慌，所以節能問題受整個社會關注的程度越來越高。 我國傳統螺桿泵采油系統的地面驅動部分采用異步電機加變速箱，長期以來存在“大馬拉小車”現象，系統效率和經濟效益低下，耗能非常嚴重。 永磁無刷直流電機在進入21世紀后，以其較高的效率和優異的控制性能保持較高的發展勢頭，已廣泛用于社會生活的方方面面，如比家電行業，汽車行業和工業控制等等。 本文基于ST7MC設計了應用于油田螺桿泵的永磁無刷直流電機驅動系統。通過大量的資料和文獻閱讀，首先從無刷直流電機的結構和原理開始介紹，在建立無刷直流電機的數學模型基礎上，對整個控制系統的硬件和軟件結構進行了詳細說明，給出了正弦波控制策略的頻率和相角估算方法。 基于本控制系統的設計方案完成的6.5KW無刷直流電機控制系統已經成功在油田上試運行，通過大量的負載試驗和井上運行試驗驗證了該系統達到了較高的系統的效率和經濟效益。并取得了預期的節能效果。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題提出了一套采用直流斬波技術的永磁無刷直流電機的調速控制系統。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機三相繞組端電壓的大小關系得出控制逆變橋開關管導通的信號。結合電機預定位起動原理，設計出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機起動的困難，確保電機的順利起動，并在實驗結果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實現電機的電子換相，無疑大大降低了控制系統的成本，具有一定的實用價值。另一方面采用直流斬波技術的無刷直流電機調速系統，從而大大減小了電流的脈動。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機，還適用于三相三線制的電機,從而擴大了其應用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動機的結構和基本原理進行了詳細的介紹；然后分別著重介紹了兩個部分的設計工作：無刷直流電機的驅動控制和采用直流斬波技術的調速系統；最后給出了相關的實驗結果和結論。 根據上述設計方案設計的無位置傳感器永磁無刷直流電動機調速控制系統，可以實現電機的平滑起動、無振動和失步現象，具有良好的調速性能。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、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注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、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整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、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等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發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電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：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匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能，在大功率電氣傳動領域獨占螯頭。同步電機雖然有很多優點，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生的反電勢才能自行關斷并且輔助設備較多。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斷的缺點，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉速開環恒壓頻比控制的起動方法。 @@ 首先，根據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、電磁轉矩等參數的變化曲線。針對異步起動過程中定子繞組產生過大沖擊電流的問題，提出了逐級變頻的轉速開環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子轉速跟隨定子旋轉磁場轉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動慣量、電磁轉矩等參數的關系式。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矩自行起動的可行性。通過計算轉子轉速達到相應同步轉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上，設計了恒壓頻比逐級變頻軟起動的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構建了轉速開環恒壓頻比控制同步電動機軟起動的數學模型，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。仿真結果驗證了轉速開環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問題進行了理論分析，并研究了相應的并網控制方案。應用MATLAB/SIMULINK對并網過程進行仿真試驗，給出并網瞬間電網電壓、同步電機相電流等參數變化曲線，從而驗證了并網方案的可行性。 @@ 最后，對所做工作進行了總結，并展望了大功率同步電動機的軟起動技術。 @@關鍵詞：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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直接轉矩控制技術(DTC)是繼矢量控制技術之后交流調速領域中新興的控制技術，它采用空間矢量分析的方法，直接在定子坐標系下計算并控制異步電機的轉矩和磁鏈，采用定子磁場定向，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，從而能夠快速而準確地控制異步電動機的轉矩和磁鏈，以獲得轉矩的高動態性能。目前在高速離心機行業，普遍采用通用型變頻器，其通用性好，但參數較多，價格較貴，為了降低成本增強控制性能，本文利用直接轉矩控制技術的優點，采用直接轉矩控制策略設計并制作了針對高速離心機的專用變頻器。 本文介紹了異步電動機和逆變器的基本數學模型，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，以及直接轉矩控制系統的基本組成，對直接轉矩控制系統進行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系統，介紹了仿真模型的各組成部分，包括3/2變換、定子磁鏈、電機轉矩觀測模型、轉矩調節器、磁鏈調節器、扇區判斷、開關表選擇等，給出了系統加減負載和加減轉速仿真結果，仿真結果表明了其磁鏈軌跡近似為圓形，系統具有良好的動態和穩態性能，同時證明了建立的轉矩和磁鏈觀測模型以及控制算法的正確性和可行性。根據仿真實現方法以及結果的指導，設計并制作了整個系統的硬件電路，包括主電路(單相整流、濾波、制動電路、啟動限流電路、逆變電路)、控制電路(DSP、驅動隔離放大、采樣)并對各器件進行選型，給出了硬件各部分電路圖；最后介紹了系統的軟件流程以及各模塊的程序實現，系統的軟件部分采用C語言進行編程，實現了定子相電流的采樣、定子相電壓的計算、定子磁鏈的計算和開關信號的輸出等功能。在分別對硬件和軟件各部分進行調試后，進行了系統的聯合調試，以TMS320F2808作為控制器，在一臺功率為1.5KW的交流異步電機上實現了直接轉矩控制。
上傳時間： 2013-05-31
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射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是一種允許非接觸式數據采集的自動識別技術。其中工作在超高頻(Ultra High Frequency，UHF)頻段的無源RFID系統，由于在物流與供應鏈管理等領域的潛在應用，近年來得到了人們的廣泛關注。這種系統所使用的無源標簽具有識別距離長、體積小、成本低廉等突出特點。目前在市場上出現了各種品牌型號的UHF RFID無源標簽，由于不同品牌型號的標簽在設計與制造工藝上的差異，這些標簽在性能表現上各不相同，這就給終端用戶選擇合適自己應用的標簽帶來了困難。RFID基準測試就是在實際部署RFID系統前對RFID標簽的性能進行科學評估的有效手段。然而為了在常規實驗室條件下得到準確公正的測試結果，需要對基準測試的性能指標及測試方法學開展進一步的研究。本文正是研究符合EPC Class1 Gen2標準的RFID標簽基準測試。 本文首先分析了當前廣泛應用的超高頻無源RFID標簽基準測試性能指標與測試方法上的局限性與不足之處。例如，在真實的應用環境中，由于受到各種環境因素的影響，對同一品牌型號的標簽，很難得到一致的識讀距離測試結果。另外，在某些測試場景中，使用識讀速率作為測試指標，所得到的測試結果數值非常接近，以致分辨度不足以區分不同品牌型號標簽的性能差異。在這些分析基礎上，本文把路徑損耗引入了RFID基準測試，通過有限點的測量與數據擬合分別得到不同類型標簽的路徑損耗方程，結合讀寫器天線的輻射方向圖，進一步得到各種標簽受限于讀寫器接收靈敏度的覆蓋區域。無源標簽由于其被動式能量獲取方式，其實際工作區域仍然受限于前向鏈路。本文通過實驗測試出這些標簽的最小激活功率后，得出了各種標簽在一定讀寫器發射功率下的激活區域。完成這些步驟后，根據這兩種區域的交集可以確定標簽的工作區域，從而進行標簽間的比較并達到基準測試的目的，并能找出限制標簽工作范圍的瓶頸。 本文最后從功率損耗的角度研究了標簽之間的相互干擾，為用戶在密集部署RFID標簽的場景中設置標簽之間的最小間隔距離具有重要的參考意義。
上傳時間： 2013-04-24
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現實生活中的語音不可避免的要受到周圍環境的影響，背景噪聲例如機械噪聲、街頭音樂噪音，其他說話者的話音等均會嚴重地影響語音信號的質量：此外傳輸系統本身也會產生各種噪聲，因此接收端的信號為帶噪語音信號。混疊在語音信號中的噪聲按類別可分為環境噪聲等的加法性噪聲及電器線路干擾等的乘法性噪聲；按性質可分為平穩噪聲和非平穩噪聲。 語音增強的根本目的就是凈化語音質量。把不需要的噪音減低到最小程度。但是由于噪音的復雜性，很難歸納出一個統一的特征，因此不可能尋求一種算法完全適應于所有的噪音消除，因此語音增強是一個復雜的工程。 有關抗噪聲技術的研究以及實際環境下的語音信號處理系統的開發，在國內外已經成為語音信號處理非常重要的研究課題，已經作了大量的研究工作，取得了豐富的研究成果。本文僅對加性噪聲下的語音增強技術做了較為仔細的討論，我們先給出語音信號處理的基本理論，它是語音增強算法研究和實現的理論基礎，在此基礎總結了自適應信號處理技術的特點以及在語音增強方面的應用。選取工程領域最常用的自適應LMS濾波算法和RLS濾波算法作為研究對象，提出了利用最小均方誤差意義下自適應濾波器的輸出信號與主通道噪聲信號的等效關系，得到濾波器最佳自適應參數的方法，并分析了在平穩和非平穩噪聲環境下，L M S濾波器族和R L S濾波器在不同噪音輸入下的權系數收斂速度、權系數穩定性、跟蹤輸入信號的能力和信噪比的改善等特性。 研究了MATLAB語言程序設計和使用MALTLAB對語音算法進行仿真、并輸入了多種實際環境下的噪音進行濾波仿真并對仿真的結果進行比較和分析。總結出了LMS、NLMS、SIGN-ERROR-LMS、RLS自適應濾波器在語音濾波方面的特點 和應用情況。 最后在MATLAB仿真的基礎上，利用Altera公司的Cyclone2系列FPGA芯片和多種EDA工具，完成了L M S自適應濾波器的FPGA設計。 關鍵詞：語音增強，背景噪音，自適應濾波器，LMS，RLS，FPGA
上傳時間： 2013-04-24
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開發與利用新能源是我國21世紀的重要能源戰略。風能是一種“取之不盡，用之不竭”、環境友好的可持續性能源，已受到了越來越廣泛的重視，并成為發展最快的新型能源。但是風電具有間歇性和隨機性的固有缺點，隨著大量的風力發電接入電網，勢必會對電力系統的安全、穩定運行以及保證電能質量帶來嚴峻挑戰，從而限制風力發電的發展規模。風電場短期風速和發電功率預測是解決該問題的有效途徑之一。中國的風電場大都是集中的、大容量的風電場，而且處于電網建設相對比較薄弱的地區，因此，中國更需要進行風電場短期風速和發電功率預測的研究，而發電功率的預測主要源自風速的預測。在此背景下，選擇風電場短期風速預測方法作為主要研究內容，主要包括以下幾個方面： 首先運用統計學方法來分析風速的時間序列特性及其預測方法和應用特點，說明現實中的風速序列具有很強的非平穩性。然后運用具有“數字顯微鏡”之美譽的小波變換來分析歷史紀錄的風速數據，通過運用二進正交小波變換Mallat算法對香港和河西走廊地區風速序列進行分解和重構，分離出風速序列中的低頻信息和高頻信息。對Mallat算法分解后的信號，運用最小二乘支持向量機分別進行向前一步預測，然后再把各預測結果合成，得到預測值。建立了基于小波變換和最小二乘支持向量機的短期風速預測方法。應用Matlab對該算法進行了仿真，仿真試驗表明，小波變換是非平穩風速序列時頻分析的有效工具，對風速序列的高頻和低頻信息起到很好的分離作用；最小二乘支持向量機的應用提高了預測的準確性。應用香港地區與河西走廊地區小時平均風速歷史數據，驗證了方法的有效性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著21世紀的到來，特別是近年來現代高科技和信息技術正在由智能大廈走向智能化住宅小區，進而走進家庭。人們對家居生活環境的要求也越來越高，并將注意力越來越多的放在了生活環境的安全性、舒適性和便利性上。 家居無線監控問題是當今國際建筑智能化領域的前沿性研究課題。無線傳感網絡的出現克服了家庭中布線的煩瑣，充分體現了智能家居系統的靈活、方便、高效。本項目研究開發了基于ZigBee技術和Internet技術的智能家居監控系統，將Internet的遠程監控與ZigBee短距離控制相結合，實現系統的家居無線控制和數據采集，避免了綜合布線，可擴展性好。 本文首先進行系統總體設計，結合底層ZigBee無線傳感網絡的特點和系統總體網絡監控的要求，將該系統設計分為四部分：無線傳輸模塊、數據處理模塊、以太網傳輸模塊、上位機顯示界面。然后對ZigBee協議標準做了全面地研究分析，同時給出了基于CC2430的無線傳輸模塊的軟硬件設計和星型網絡搭建，并給出了測試結果。接著設計了基于TMS320F2812的數據處理模塊，給出了硬件電路和外圍輔助電路設計方案，并為其移植了實時操作系統μc/OS-Ⅱ。本設計完成了基于RTL8019AS的以太網傳輸模塊設計和系統的以太網通信程序的設計，實現了從底層ZigBee無線傳感網絡的數據采集最終到監控機的數據傳輸并測試成功。最后在VC++6．0環境下，應用Windows Sockets套件接口開發顯示界面對底層采集的數據分類顯示。 整個智能家居監控系統能夠對家用電器的完成開關量的控制，還能夠對三 表（水表、電表、燃氣表）進行無線抄表，最重要的是可監測來自家庭安防傳感器（火警、煤氣泄露）的數據，以備物業等部門監控。通過測試后，證實了設計方案的正確性，結果滿足系統設計要求，該設計具有一定的新穎性和實用性。關鍵詞：智能家居，ZigBee，數據處理，μC/OS-Ⅱ，Windows Sockets
上傳時間： 2013-06-28
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