本文系統地論述了應用單片機開發步進電動機二維運動控制器的方法。該二維運動控制器的樣品已經研制出來，經過實際運行測試，達到了設計要求，既能實現兩軸獨立運動控制，又能靈活方便地進行聯動控制。由于控制軟件對步進電動機采用了適當的自動調速方案，使得電機在運動過程中沒有失步現象，運行平穩，定位精度高，重復定位性好。 本文所完成的主要工作有：(1)步進電動機驅動電路的研究。(2)系統控制方案設計。(3)硬件系統設計。單片機的選擇、串行通信等電路設計。(4)軟件系統設計。該控制器重點在于步進電動機的驅動電路硬件與控制軟件的設計，以及上下位機串口通信的實現。本設計的控制環節由AT89S52單片機和環形分配器PMM8713構成，單片機采用RS-485標準的串口通信與上位機進行通信，利用PMM8713產生步進電動機運行和正反轉的控制信號。驅動環節采用UC3842實現恒流驅動，給出特定的脈沖驅動信號，驅動功率管進行開通和關斷，使步進電動機按照規定的軌跡和速度運行。軟件部分由上位機軟件和下位機軟件共同組成。上位機軟件用Visual Basic編制，界面友好，下位機軟件用單片機匯編語言編制。上位機輸入的指令經編譯生成相應的目標代碼并通過計算機串口發送到下位機中。下位機的功能：一是接收來自上位機的數據和命令；二是根據上位機發送的命令執行相應的動作；三是向上位機發送有關提示信息。 該控制系統在設計方面具有如下特點： 1.采用內部時鐘方式產生步進電動機的驅動脈沖，而沒有采用高速脈沖發生器等外部方式，用軟件來實現，從而降低硬件成本。 2.硬件設計方面，盡可能地選擇了標準化、模塊化的電路，從而提高了設計的成功率和結構的靈活性。 3.盡可能選用了功能強、集成度高、通用性好、市場貨源充足的電路或芯片。 控制器硬件結構簡單，成本低廉，控制可靠，功能強大，使用方便，因而具有十分廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-05-16
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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v無刷直流電動機具有結構簡單、可靠性高、維護方便、運行效率高和調速性能好等優點，隨著微處理器技術、電力電子技術、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發展，得到越來越廣泛的應用。無刷直流電動機采用無位置傳感器控制，電動機結構更加簡單，應用范圍擴大，相對于有位置傳感器控制優勢明顯。本論文圍繞無刷直流電動機的無位置傳感器控制進行較為系統和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發，在分析無刷直流電動機結構和工作原理的基礎上，建立了無刷直流電動機的數學模型，為分析無刷直流電動機無位置傳感器控制奠定基礎。 其次，根據無刷直流電動機反電勢過零檢測原理，對反電勢過零檢測法的各種實現方法進行研究，比較各種實現方法的優缺點，指出它們的適用范圍。在此基礎上，給出帶通濾波法及其簡化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢三次諧波的方法。論文將直流電源負端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題-起動方法進行研究，在詳細分析“三段式”起動方法的實現過程的基礎上，給出了從外同步到自同步平穩切換的條件。論文在研究無刷直流電動機無位置傳感器控制換相方法的基礎上，提出了一種新的換相方法，提高了電動機運行平穩性和系統穩定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無需對三次諧波積分即可得到換相時刻。 濾波器是反電勢法中反電勢過零檢測電路的重要組成部分。論文在分析無刷直流電動機端電壓信號特點的基礎上，給出濾波電路的技術要求，根據濾波器基本設計原理，分別對一階RC無源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進行電路設計和參數計算，并通過實驗驗證理論分析和仿真結果。這些為通過檢測反電勢過零點獲得可靠的換相信號創造了條件。 論文還分析了無刷直流電動機無位置傳感器控制中產生轉子位置檢測誤差的原因，提出了相應的校正方法。通過分析無刷直流電動機的換相過程，建立了換相狀態的等效電路和數學模型，研究了轉子位置誤差引起的電動機超前、滯后換相現象，及其由此產生的非導通相環流，在理論分析的基礎上，進行了仿真計算，并與實驗結果對照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設計和提高控制系統的可靠性方面具有重要作用。論文構建了由IGBT組成的簡化逆變器模型，并進行仿真研究。針對不同的開關頻率和柵極電阻，定量計算了IGBT開關過程中各階段的功率損耗，給出了變化規律，對逆變器的設計具有重要的指導意義。最后，論文研制了基于反電勢過零檢測法的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統，控制系統由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢過零檢測電路、驅動和逆變電路以及保護電路等，控制軟件包括電動機起動模塊(包括定位、加速、切換)、電動機運行控制模塊(包括過零檢測及校正、換相)和各保護功能模塊。對系統進行了調試，并對論文中所分析和提出的各種方法進行了相關的實驗研究，給出了實驗結果。
上傳時間： 2013-06-06
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無刷直流電機是隨著電力電子技術的發展和新型永磁材料的出現而迅速成熟起來的一種新型機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用,其常用的帶位置傳感器控制方法顯露出了越來越多的局限性,而無位置傳感器控制方法,特別是"反電勢法"無位置傳感器控制方法則漸漸受到了人們的青睞.論文在詳細介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎上,對"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統的核心部分——反電勢過零檢測電路的設計進行了詳細的分析和研究,給出了設計中幾個關鍵之所在.另外,論文以變頻空調壓縮機用無刷直流電機為樣機,設計了一套基于"反電勢法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統,該控制系統以Motorola公司的MC68HC908MR32單片機為核心.文中介紹了系統的各個組成部分,給出了相應的抗干擾措施."三段式"起動技術是"反電勢法"控制中常用的起動方法,也是"反電勢法"控制中的一個關鍵環節.文中對"三段式"起動技術中轉子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應的解決方法."反電勢法"控制中不可避免的會存在轉子位置誤差,論文對這種誤差產生的原因進行了分析,提出了減少轉子位置誤差的方法.論文還介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制中幾種常用的數字濾波算法,給出了該控制系統中采用這些算法的程序源代碼.在控制系統設計的基礎上,論文介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統的調試運行過程,討論了調試中出現的問題并提出了解決方法.最后,文中給出了系統運行中的電壓、反電勢過零點等信號的實測波形.調試結果表明,該系統穩定可靠,具有良好的調速性能,達到了預期的效果.
上傳時間： 2013-06-09
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無刷直流電機,是隨著電力電子技術的發展和新型永磁材料的出現而迅速成熟起來的一種機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來越多的局限性.同時,隨著計算機技術和電子技術的不斷發展,基于高性能數字信號處理器的"狀態觀測器"法無位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點.論文在詳細介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎上,建立了基于"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統模型,對模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數字信號處理器為核心,設計了一套基于"擴展卡爾曼濾波法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統,并給出了各模塊的設計電路.文中介紹了系統的各個組成部分,并給出了系統的抗干擾措施."三段式"起動技術是無傳感器無刷直流電機控制中的常用起動方法,也是"擴展卡爾曼濾波法"控制中的一個重要環節.文中對"三段式"起動技術中轉子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應的解決方法.基于"擴展卡爾曼濾波法"的控制系統中包含了大量的運算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統和測量誤差以及干擾噪聲,論文著重對系統誤差、量測誤差和干擾噪聲三個方面作了詳細的分析,并提出了解決的方法.對于噪聲信號的數字化處理,論文探討了常用的幾種數字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設計的控制系統的基礎上,論文介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統的運行調試過程,分析了調試中出現的問題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統調試中的電壓、反電勢以及相電流等信號的實測波形,并與仿真結果作了比較分析.
上傳時間： 2013-07-30
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隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統成為現代電機伺服驅動系統的一個發展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數字交流位置伺服控制系統。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現功率驅動，簡化了系統電路，縮小了系統的體積，提高了系統的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現了單片機初始化、三環控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統的實時控制性能；由軟件方式實現經典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯校正”閉環控制系統，提高了系統的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統能實現電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統的性能指標。
上傳時間： 2013-05-19
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貴州電解鋁廠供電四車間廠房內變壓器、整流柜、電容等設備種類繁多,同系列設備安放距離跨度較大.這些電力電子器件長期運行導致系統內部某些連接點絕緣介質老化,甚至脫落.這種現象單憑肉眼很難觀察,該廠對此問題的解決方法為:技術工人攜帶小型紅外探測儀定期采集上述器件的某些連接點,從紅外圖像數據得出溫度數據以此判斷器件工作是否處于良好狀態.由于人為因素,工人不一定能全部獲取所有連接點數據.可見,此方法費時費力,還存在隱患. 針對現行探測方法存在的弊端,依托"中鋁貴州分公司電解鋁廠整流所安全運行監控系統開發"項目,利用一臺直線行走的智能小車停靠在已選擇的定位點處監測車間的電器設備,因此這就涉及到了監控小車的精準定位問題.本文以卞位機智能監控小車為研究對象,采用模糊PID控制技術對PLC發出的脈沖頻率進行自動調節,依據脈沖頻率誤差E和誤差變化率EC的變化對PID控制的參數進行自整定,實現對小車速度的模糊控制,從而實現了小車的精準定位,為上位機的監控工作做好了準備. 論文第一章介紹了電解鋁廠供電車間的供電情況,分析了小車定位精準的重要性,介紹了本文的研究內容.第二章對小車主要結構的硬件設計作了介紹.第三章論述了小車的運動控制,從分析步進電機的矩頻特性和數學模型入手,介紹了小車的啟停控制和運動中的測速.第四章論述了小車的精準定位方法,介紹了模糊PID控制器設計,重點介紹了模糊PID控制算法的程序設計.第五章列舉了實際運行調試中出現的幾種問題,介紹了相應的控制方法加以克服.第六章對論文進行了總結.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電子技術的快速發展，各種電子設備對時間精度的要求日益提升。在衛星發射、導航、導彈控制、潛艇定位、各種觀測、通信等方面，時鐘同步技術都發揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對于分布式采集系統來說，中心主站需要對來自于不同采集設備的采集數據進行匯總和分析，得到各個采集點對同一事件的采集時間差異，通過對該時間差異的分析，最終做出對事件的準確判斷。如果分布式采集系統中的各個采集設備不具有統一的時鐘基準，那么得到的各個采集時間差異就不能反映出實際情況，中心主站也無法準確地對事件進行分析和判斷，甚至得出錯誤的結論。因此，時鐘同步是分布式采集系統正常運作的必要前提。 目前國內外時鐘同步領域常用的技術有GPS授時技術，鎖相環技術和IRIG-B 碼等。GPS授時技術雖然精度高，抗干擾性強，但是由于需要專用的GPS接收機，若單純使用GPS 授時技術做時鐘同步，就需要在每個采集點安裝接收機，成本較高。鎖相環是一種讓輸出信號在頻率和相位上與輸入參考信號同步的技術，輸出信號的時鐘準確度和穩定性直接依賴于輸入參考信號。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸的時間碼，但是由于其時間精度低，不適合應用于高精度時鐘同步的系統。基于上述分析，本文結合這三種常用技術，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統時鐘同步控制技術。該技術既保留了GPS 授時的高精確度和高穩定性，又具備IRIG-B時間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統中的時鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設計采用了Ublox公司的精確授時GPS芯片LEA-5T，通過對GPS芯片串行時間信息解碼，獲得準確的UTC時間，并實現了分布式采集系統中各個采集設備的精確時間打碼。為了能夠使整個分布式采集系統具有統一的高精度數據采集時鐘，本論文采用了數模混合的鎖相環技術，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號作為參考基準，生成了與秒信號高精度同步的100MHZ 高頻時鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準時標志與GPS 秒信號同步，提高了IRIG-B 碼的時間精度。在分布式采集系統中，IRIG-B時間碼能直接通過串口或光纖將各個采集點時間與UTC時間統一，節約了各點布設GPS 接收機的高昂成本。最后，通過PC104總線對時鐘同步控制卡進行了數據讀取和測試，通過實驗結果的分析，提出了改進方案。實驗表明，改進后的時鐘同步控制方案具有很高的時鐘同步精度，對時鐘同步技術有著重大的推進意義！
上傳時間： 2013-08-05
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永磁無刷直流電動機是一種性能優越、應用前景廣闊的電動機,傳統的理論分析及設計方法已比較成熟,它的進一步推廣應用,在很大程度上有賴于對控制策略的研究.該文提出了一套基于DSP的全數字無刷直流電動機模糊神經網絡雙模控制系統,將模糊控制和神經網絡分別引入到無刷直流電動機的控制中來.充分利用模糊控制對參數變化不敏感,能夠提高系統的快速性的特點,構造適用于調節較大速度偏差的模糊調節器,加快系統的調節速度;由于神經網絡既具有非線性映射的能力,可逼近任何線性和非線性模型,又具有自學習、自收斂性,對被控對象無須精確建模,對參數變化有較強的魯棒性的特點,構造三層BP神經網絡調節器,來實現消除穩態偏差的精確控制.以速度偏差率為判斷依據,實現模糊和神經網絡兩種控制模式的切換,使系統在不同速度偏差段快速調整、平滑運行.此外充分利用系統硬件構成的特點,采用適當的PWM輸出切換策略,最大限度的抑制逆變橋換相死區;通過換相瞬時轉矩公式推導和分析,得出在換相過程中保持導通相功率器件為恒通,即令PWM輸出占空比D=1,來抑制定子電感對換相電流影響的控制策略.上述抑制換相死區和采用恒通電壓的控制方法,減小了換相引起的轉矩波動,使系統電流保持平滑、轉矩脈動大幅度減小、系統響應更快、并具有較強的魯棒性和實時性.在這種設計下,系統不僅能實現更精確的定位和更準確的速度調節,而且可以使無刷直流電動機長期工作在低速、大轉矩、頻繁起動的狀態下.該文選用TMS320LF2407作為微控制器,將系統的參數自調整模糊控制算法,BP神經網絡控制算法以及PWM輸出,轉子位置、速度、相電流檢測計算等功能模塊編程存儲于DSP的E2PROM,實現了對無刷直流電動機的全數字實時控制,并得到了良好的實驗結果的結果.
上傳時間： 2013-06-01
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交流電動機是一個多變量、高階、強耦合的非線性系統，不象直流電機那樣易于控制轉矩，采用矢量控制技術可解決傳統交流調速的難題，使交流電機可以按直流電機的控制規律來進行控制，而無傳感器矢量控制技術由于可以省去速度傳感器，使相應的交流調速系統變得簡便、廉價和可靠，所以成為當前研究的熱點，本論文工作就是這方面的一個嘗試。 論文首先介紹了矢量控制技術的基本理論。對感應電動機在三相靜止坐標系下強耦合和互感變參數的數學模型，通過坐標變換，導出感應電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，然后將同步坐標系按轉子磁場定向，實現了對轉子磁鏈和轉矩的分別控制，從而可以按直流電機的控制規律來控制交流電機。 其次，論文基于同步軸系下的感應電動機電壓磁鏈方程式，提出了一種感應電動機按轉子磁場定向的矢量控制方法，利用在同步軸系中T軸電流的誤差信號實現對電機速度的估算，這種速度估算方法結構簡單，有一定的自適應能力。同時在該無傳感器矢量控制系統中，由于采用了經典的PI調節器，使得控制系統更為簡單易行。 論文利用MATLAB建立了該無傳感器矢量控制系統的仿真模型。為提高系統的適應性和仿真結果的準確性，仿真模型采用了標么值系統，并考慮了控制周期和采樣信號周期對仿真結果的影響。討論了離散控制引起的相位補償問題，使仿真結果更接近實際工程系統。 最后，通過仿真進一步驗證了本文提出的無傳感器矢量控制系統的正確性和可行性，也證明了速度估計模型對速度估計準確，且對參數的變化有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-02
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