在傳統(tǒng)的直線驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，都是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供原動(dòng)力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。這樣的設(shè)置，不僅在中間傳動(dòng)過(guò)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(shí)也給系統(tǒng)的維護(hù)工作帶來(lái)了麻煩。 直線電機(jī)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(yùn)動(dòng)的能力，直線電機(jī)已經(jīng)在機(jī)床驅(qū)動(dòng)、集成電路組裝等場(chǎng)合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位置。 自19世紀(jì)中期直線電機(jī)的概念被首次提出以來(lái)，經(jīng)過(guò)孕育、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)和實(shí)用這四個(gè)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(jī)控制技術(shù)，直線電機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等各個(gè)方面。 與旋轉(zhuǎn)電機(jī)類似，按工作原理的不同，直線電機(jī)也有著各種類型，應(yīng)用較多的是直線步進(jìn)電機(jī)、直線同步電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)。其中直線步進(jìn)電機(jī)更多的是應(yīng)用在需要精確定位的場(chǎng)合，比如半導(dǎo)體工業(yè)；后兩者則被應(yīng)用在需要連續(xù)和大推力的場(chǎng)合，比如機(jī)床。而直線同步電機(jī)，尤其是永磁直線同步電機(jī)，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點(diǎn)受到了更多的青睞，與此同時(shí)，由于沒有了勵(lì)磁繞組，電機(jī)的整個(gè)結(jié)構(gòu)也得以簡(jiǎn)化。另一方面，我國(guó)豐富的稀土資源也為這種電機(jī)的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機(jī)，目前國(guó)內(nèi)仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)，例如使用雙層疊繞組方案。通過(guò)對(duì)實(shí)際電機(jī)的軟件模擬，我們發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)思路的表現(xiàn)并不能令人滿意，比如造成了動(dòng)子線圈槽滿率過(guò)大，電機(jī)設(shè)計(jì)難以形成系列化等缺點(diǎn)，而電機(jī)本身輸出推力的波動(dòng)也較大。 針對(duì)傳統(tǒng)方案的一系列缺點(diǎn)，本文提出了一種新的永磁直線同步電機(jī)設(shè)計(jì)方案。該方案基于“單元電機(jī)”的概念，使用單層同心式線圈。當(dāng)目標(biāo)推力要求變化時(shí)，只需改變“單元電機(jī)”的數(shù)目和排列組合的方式，就可以達(dá)到改變的目的。而每個(gè)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(fù)雜的繞組設(shè)計(jì)，這就給電機(jī)的系列化設(shè)計(jì)帶來(lái)了便捷。同時(shí)，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(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場(chǎng)有限元分析軟件MagNet對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行了模擬，并得到了電機(jī)的額定輸出推力曲線和反電動(dòng)勢(shì)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(jì)方案的優(yōu)越性。
上傳時(shí)間： 2013-06-29
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隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)作為工業(yè)裝備重要驅(qū)動(dòng)源之一的伺服系統(tǒng)的性能提出了越來(lái)越高的要求。永磁同步電機(jī)( PMSM)作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，正得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)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(jī)的動(dòng)態(tài)dq數(shù)學(xué)模型，從實(shí)現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)矩控制出發(fā)，對(duì)永磁同步電機(jī)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(jìn)行了比較分析。針對(duì)本伺服系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(chǎng)定向的id=0的矢量控制策略，同時(shí)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(tái)對(duì)所選控制方案進(jìn)行了仿真研究。 對(duì)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析了針對(duì)16位定點(diǎn)DSP控制器TMS320LF2407A的程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了電機(jī)的標(biāo)幺值模型，解決了變量的定標(biāo)問題。并介紹了電機(jī)控制程序的總體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。 為實(shí)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(duì)電壓型PWM逆變器“死區(qū)效應(yīng)”引入的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了分析，分析表明了在永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，由“死區(qū)效應(yīng)”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，并應(yīng)用一種實(shí)用的死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)減小了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的性能。 最后在伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)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(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能，在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獨(dú)占螯頭。同步電機(jī)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但它的最大缺點(diǎn)是起動(dòng)困難。目前，大功率同步電機(jī)的軟起動(dòng)大多采用靜止變頻器起動(dòng)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(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)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(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。針對(duì)晶閘管不能自行關(guān)斷的缺點(diǎn)，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(dòng)方法。 @@ 首先，根據(jù)同步電動(dòng)機(jī)的工作原理對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)全壓異步起動(dòng)方法進(jìn)行了仿真研究，得出了起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)相電流、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化曲線。針對(duì)異步起動(dòng)過(guò)程中定子繞組產(chǎn)生過(guò)大沖擊電流的問題，提出了逐級(jí)變頻的轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方法。闡述了逐級(jí)變頻開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的原理，即通過(guò)逐級(jí)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(chǎng)轉(zhuǎn)速逐級(jí)升高至額定值。推導(dǎo)出起動(dòng)過(guò)程中變頻器逐級(jí)變化的頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電磁轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的關(guān)系式。通過(guò)對(duì)一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)做工頻起動(dòng)和低頻起動(dòng)的仿真研究，證明了同步電動(dòng)機(jī)在低頻下依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩自行起動(dòng)的可行性。通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到相應(yīng)同步轉(zhuǎn)速的時(shí)間來(lái)確定變頻器逐級(jí)升高的電壓頻率隨時(shí)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(jī)變頻電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了恒壓頻比逐級(jí)變頻軟起動(dòng)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(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并且分別對(duì)空載起動(dòng)和負(fù)載起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速開環(huán)控制同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的可行性。 @@ 針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的并網(wǎng)問題進(jìn)行了理論分析，并研究了相應(yīng)的并網(wǎng)控制方案。應(yīng)用MATLAB/SIMULINK對(duì)并網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，給出并網(wǎng)瞬間電網(wǎng)電壓、同步電機(jī)相電流等參數(shù)變化曲線，從而驗(yàn)證了并網(wǎng)方案的可行性。 @@ 最后，對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了大功率同步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)技術(shù)。 @@關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；軟起動(dòng)；變頻器；恒壓頻比
標(biāo)簽： 大功率 同步電機(jī) 軟起動(dòng)
上傳時(shí)間： 2013-05-26
上傳用戶：assss
伺服系統(tǒng)是一種輸出能夠快速而精確地響應(yīng)外部的輸入指令信號(hào)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(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)伺服設(shè)備的性能也提出了越來(lái)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(shí)意義。 在伺服領(lǐng)域，永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行方式上具有比其它類型的傳統(tǒng)伺服電機(jī)更為優(yōu)秀的運(yùn)行性能和更廣泛的適用范圍，被越來(lái)越多的應(yīng)用到交流伺服系統(tǒng)。以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)、以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行電機(jī)，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(shì)。 本論文在研究永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了磁場(chǎng)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(jī)控制的數(shù)字信號(hào)控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作為控制系統(tǒng)核心處理芯片，設(shè)計(jì)了一套基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，包括功率驅(qū)動(dòng)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(yǔ)言編寫，完成了主程序模塊和子程序模塊設(shè)計(jì)，實(shí)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(shí)現(xiàn)了位置、速度和電流雙閉環(huán)矢量控制，同時(shí)給出了主程序和各個(gè)子程序模塊的流程圖。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、速度超調(diào)小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等特點(diǎn)，具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性以及較高的精度。基本達(dá)到了課題預(yù)期的效果，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 伺服系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
上傳用戶：bpbao2016
繞組勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)大功率場(chǎng)合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。目前開發(fā)高性能繞組勵(lì)磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)定向矢量控制（FOC）。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，在交流傳動(dòng)領(lǐng)域中，越來(lái)越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，交直交型繞組勵(lì)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(duì)繞組勵(lì)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(shí)踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下： @@ 通過(guò)廣泛的查找文獻(xiàn)，對(duì)幾種常見的同步電機(jī)傳動(dòng)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(wú)傳感器技術(shù)在同步電機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無(wú)傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測(cè)方法和基于外加信號(hào)的激勵(lì)法。隨后，對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置的估計(jì)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(jì)，高頻信號(hào)注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計(jì)法和基于相電感計(jì)算法等。繞組勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估計(jì)的研究還很少。 @@ 對(duì)繞組勵(lì)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(shì)等效原理，將三相靜止交流信號(hào)等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號(hào)，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(chǎng)定向的電壓矩陣方程、功率方程和運(yùn)動(dòng)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(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。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(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì)。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)磁通觀測(cè)器來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子磁通，實(shí)現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測(cè)器采用降維觀測(cè)器，僅對(duì)轉(zhuǎn)子磁通分量進(jìn)行重構(gòu)，并通過(guò)極點(diǎn)配置算法，合理配置觀測(cè)器的極點(diǎn)，使觀測(cè)器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達(dá)到磁通觀測(cè)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(duì)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(gè)有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個(gè)開關(guān)矢量和兩個(gè)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(chǎng)。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(jì)算各有效開關(guān)矢量的作用時(shí)間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過(guò)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(gè)扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時(shí)間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實(shí)現(xiàn)了SVPWM。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡(jiǎn)單易實(shí)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(yùn)行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點(diǎn)。 @@ 空間矢量過(guò)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(guò)調(diào)制方法。過(guò)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(shí)間： 2013-07-25
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20世紀(jì)90年代以來(lái)，為了緩解能源和環(huán)境對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的壓力，世界各國(guó)都投入了大量資金開發(fā)電動(dòng)汽車。在日本、美國(guó)、法國(guó)等汽車強(qiáng)國(guó)已經(jīng)開發(fā)出一些商品化的電動(dòng)汽車。我國(guó)在“十五”期間，國(guó)家電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)確立以燃料電池汽車、混合電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車以及相關(guān)的多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)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(dòng)電機(jī)相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)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(lái)越多地應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)裝置中。本文課題以印度REVA公司小型純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制器為研究對(duì)象，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)本體及控制器硬件進(jìn)行了比較深入的研究，設(shè)計(jì)并制作了永磁同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)以及基于TMS320LF2407A DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制器，在此基礎(chǔ)上展開了初步試驗(yàn)研究。 本文首先比較了當(dāng)前常用電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，并綜述了電力電子和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在汽車驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用；然后分析永磁同步電機(jī)氣隙磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)性能的影響，針對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，提出了T形轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)，不僅使永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)接近正弦同時(shí)解決了高速運(yùn)行時(shí)磁鋼的固定問題；同時(shí)，制作了基于TMS320LF2407A DSP和IPM模塊的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制器，并對(duì)控制器進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載實(shí)驗(yàn)和永磁同步電機(jī)的空載實(shí)驗(yàn)；最后，分析永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型，并建立了永磁同步電機(jī)的SVPWM驅(qū)動(dòng)的仿真模型，進(jìn)行了id=0的矢量控制系統(tǒng)仿真，研究了永磁同步電機(jī)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。
標(biāo)簽： 電動(dòng)汽車 永磁同步電動(dòng)機(jī) 控制器
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)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(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無(wú)論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)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(wú)速度傳感器控制成為近年來(lái)電機(jī)研究的熱點(diǎn)。 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(jī)無(wú)速度傳感器狀態(tài)觀測(cè)中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢?duì)電機(jī)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(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測(cè)量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過(guò)仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在無(wú)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(shí)不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡(jiǎn)單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢(shì)，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過(guò)分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測(cè)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(jī)為對(duì)象，以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)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(jī)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(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對(duì)卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無(wú)速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無(wú)速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由永磁同步電機(jī)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合而形成的新型交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因其具有良好的運(yùn)行性能而成為當(dāng)代電氣傳動(dòng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、高強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，其輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流不成正比，而是復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，因此要得到好的控制性能，需要進(jìn)行磁場(chǎng)解耦。矢量變換控制技術(shù)正好適用于永磁同步電機(jī)的這種特點(diǎn)。 本文在數(shù)字電機(jī)控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎(chǔ)上，以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其矢量控制技術(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。 首先課題根據(jù)永磁同步電機(jī)實(shí)際物理模型，分析推導(dǎo)得到了永磁同步電機(jī)的三相靜止坐標(biāo)系下及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 接著課題對(duì)永磁同步電機(jī)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析和研究。在此基礎(chǔ)上，課題提出了一種新型的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上，課題提出了應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對(duì)其做了仿真驗(yàn)證。 結(jié)果表明，課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以及應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法準(zhǔn)確可行。 這個(gè)控制系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機(jī)擴(kuò)速增效提供了理論平臺(tái)。 在理論分析、仿真通過(guò)基礎(chǔ)上，課題對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件電路的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)制作了一塊應(yīng)用SCALE模塊的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，此驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)迅速、抗干擾性強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字化設(shè)計(jì)，調(diào)試通過(guò)了速度位置檢測(cè)、電流檢測(cè)、PI調(diào)節(jié)、坐標(biāo)變換等應(yīng)用模塊。 課題最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的做了全面的總結(jié)，并對(duì)今后的工作方向進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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勵(lì)磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制的重要組成部分，它直接影響著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。勵(lì)磁系統(tǒng)性能的優(yōu)化與控制策略的研究，對(duì)發(fā)電機(jī)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有決定性的意義。 本文針對(duì)300MW同步發(fā)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，全面論述了勵(lì)磁系統(tǒng)主電路拓?fù)浼拜o助電路的工作原理。為提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制精度與實(shí)時(shí)性，本文以16位DSP為控制核心，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元軟硬件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，以滿足發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行工況下對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)控制性能的要求。 其次，本文在詳細(xì)闡述PID+PSS控制和線性最優(yōu)勵(lì)磁控制理論的基礎(chǔ)上，客觀分析了兩種控制方式的優(yōu)點(diǎn)與不足，綜合二者的優(yōu)點(diǎn)引出了綜合勵(lì)磁控制的研究方法并在微機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，綜合勵(lì)磁控制器的性能更優(yōu)越，其提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的控制精度，改善了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)針對(duì)單參量PSS存在反調(diào)的不足，進(jìn)行了算法改進(jìn)，給出了加速功率型PSS的數(shù)學(xué)推理與軟件實(shí)現(xiàn)；根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行結(jié)果可知，該算法的改進(jìn)不僅解決了傳統(tǒng)PSS的反調(diào)問題，而且優(yōu)化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發(fā)電機(jī)park微分方程，推導(dǎo)了發(fā)電機(jī)起勵(lì)與滅磁的數(shù)學(xué)方程。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了起勵(lì)與滅磁的仿真模型。給出了發(fā)電機(jī)自并起勵(lì)、他勵(lì)起勵(lì)和故障滅磁的仿真結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行客觀地分析，得出了有用的結(jié)論。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是目前電力電子領(lǐng)域的重要研究方向。研究基于電力電子網(wǎng)絡(luò)的變流系統(tǒng)，對(duì)復(fù)雜電力電子裝置的系統(tǒng)級(jí)集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對(duì)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進(jìn)行分析，提出實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對(duì)基于新網(wǎng)絡(luò)的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實(shí)時(shí)軟件構(gòu)建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和軟件方案標(biāo)準(zhǔn)化提供參考和理論依據(jù)，為應(yīng)用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復(fù)雜中大功率變流系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象。首先，論文以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了應(yīng)用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結(jié)構(gòu)上的對(duì)偶關(guān)系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎(chǔ)上，研究了變流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構(gòu)的初步構(gòu)想，總結(jié)出適合復(fù)雜電力電子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)化理論。 接著，論文對(duì)電力電子網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網(wǎng)絡(luò)和目前用于電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，從結(jié)構(gòu)、速率和協(xié)議等各個(gè)方面將兩類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比。明確了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的定義，分析并總結(jié)復(fù)雜電力電子實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需網(wǎng)絡(luò)必需具備的條件。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景，綜合控制結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)需求，提出了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，論文對(duì)分布式控制結(jié)構(gòu)的通信需求進(jìn)行了研究。以網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對(duì)變流器系統(tǒng)控制信息延時(shí)因素進(jìn)行了分析；通過(guò)對(duì)典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結(jié)了系統(tǒng)的控制功能和控制內(nèi)容，對(duì)系統(tǒng)不同層次的控制任務(wù)進(jìn)行了響應(yīng)時(shí)間需求分析和網(wǎng)絡(luò)的分層配置；通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，研究了應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)模塊控制信息延時(shí)對(duì)不同應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響和對(duì)開關(guān)頻率的限制。根據(jù)變流系統(tǒng)對(duì)控制延時(shí)的接受程度，將電力電子復(fù)雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時(shí)系統(tǒng)；2）定延時(shí)系統(tǒng)。針對(duì)上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的通道容量和應(yīng)用系統(tǒng)開關(guān)周期的計(jì)算方法。 論文對(duì)開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的硬件組成和同步方案進(jìn)行了研究，提出新的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)級(jí)集成方案。根據(jù)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的控制任務(wù)需求，分別從功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)開放式網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成進(jìn)行研究；根據(jù)控制系統(tǒng)的接口需求分析，對(duì)節(jié)點(diǎn)的通用性設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)討論。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的同步問題，本文分析了簡(jiǎn)單有效的解決方法，即基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同步補(bǔ)償方案；此外，論文提出基于實(shí)時(shí)高速電力電子系統(tǒng)同絡(luò)（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實(shí)時(shí)控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的硬件配置。根據(jù)應(yīng)用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對(duì)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的管理進(jìn)行了討論，研究了信息幀管理和相應(yīng)的硬件設(shè)置，并對(duì)各種工作模式下所需的通信時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算和比較。基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構(gòu)以PEBB為基礎(chǔ)的變流系統(tǒng)的方案。 論文對(duì)基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進(jìn)行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進(jìn)行解耦，使得軟件設(shè)計(jì)與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序?qū)崟r(shí)構(gòu)件的內(nèi)聚性；對(duì)軟件模塊化的通用性進(jìn)行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標(biāo)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分類；分析子程序?qū)崟r(shí)構(gòu)件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點(diǎn)。論文對(duì)電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構(gòu)和集成進(jìn)行研究，簡(jiǎn)化軟件主框架。 最后，論文分別對(duì)RT-PES-Net和模塊化軟件方案進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究和分析。論文對(duì)提出的實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net）進(jìn)行了通信實(shí)驗(yàn)，將新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)變流系統(tǒng)的延時(shí)影響與舊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延時(shí)影響進(jìn)行比較，總結(jié)新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在控制實(shí)時(shí)性、提高開關(guān)頻率、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢(shì)。論文針對(duì)RT-PES-Net進(jìn)行應(yīng)用研究，驗(yàn)證該網(wǎng)絡(luò)可解決網(wǎng)絡(luò)通信失步所造成的問題。論文對(duì)基于通用型實(shí)時(shí)構(gòu)件和棧操作的模塊化軟件方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為標(biāo)準(zhǔn)化軟件庫(kù)的建立和系統(tǒng)級(jí)集成提供參考方案。 網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)研究是復(fù)雜電力電子系統(tǒng)級(jí)集成研究的關(guān)鍵。本課題針對(duì)復(fù)雜變流系統(tǒng)提出了實(shí)時(shí)電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net），并以該網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)對(duì)分布式控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的網(wǎng)絡(luò)參考體系，并以此結(jié)構(gòu)來(lái)快速構(gòu)建終端復(fù)雜變流系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)組構(gòu)提供參考方案，有助于解決電力電子標(biāo)準(zhǔn)化推廣所面臨的難題。論文為應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用和動(dòng)態(tài)重構(gòu)提供了研究基礎(chǔ)，從而為最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變流器的應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據(jù)。同時(shí)，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標(biāo)準(zhǔn)化研究的一個(gè)新方向。
標(biāo)簽： 電力電子 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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