永磁同步電動機交流伺服系統作為交流伺服系統的主流，在工業生產自動化領域中應用廣泛、前景廣闊。永磁同步伺服電動機作為伺服系統的執行機構，其性能的優劣在很大程度上決定了整個伺服系統的性能。因此，精心設計性能優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。本課題系統研究了永磁同步伺服電動機的本體設計，包括設計方法、性能計算、有限元分析、參數計算、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狀、存在問題和發展前景，研究了永磁同步伺服電動機的設計特點和方法。開發了永磁同步伺服電動機的電磁計算程序，結合有限元計算數值的校正，完成對樣機的性能計算，計算結果較為準確。 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、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，通過優化設計，得到了明顯改善的正弦氣隙磁場。并拓展研究總結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、穩態運行性能和齒槽轉矩，計算了直、交軸同步電抗等重要參數。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。對測試結果與設計結果進行了比較分析，驗證了設計方法的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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微機電系統（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優化設計對MEMS的開發具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態動態特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態特性的各個模態進行仿真分析，并計算分析了前六階模態的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現多耦合域的求解。 2、從系統角度出發考慮了各個子系統對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統一多學科優化模型并對其進行多學科優化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優與陀螺儀系統級優化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統級優化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優化結果，差分進化算法的優化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統角度出發考慮了各個子系統對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統分別建立相對獨立的優化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統耦合的系統級優化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優化和采用多目標進行優化的區別和結果，優化結果使器件的性能得到了改善。
上傳時間： 2013-05-15
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由于能源危機和環境污染，世界各國均在投巨資發展電動汽車。燃料電池電動汽車成為電動汽車發展的“熱點”。大功率DC/DC變換器能夠改善燃料電池的輸出特性，是燃料電池轎車動力系統中關鍵的零部件。然而它作為一種BUCK形式的開關電源，主電路是很強的電磁干擾源，產生的干擾可能通過電源線進入到控制電路板，同時控制電路部分也要用小功率的開關電源進行穩壓，因此也可能產生開關噪聲經電源線向外傳輸。因此就必須在控制電路輸入端設計電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)濾波器進行傳導干擾的抑制。 本論文首先討論了DC/DC變換器的工作原理，分析了變換器產生傳導干擾從而影響控制電路正常工作的原因。 其次全面、系統地闡述了EMI濾波器的相關理論，包括阻抗失配原則、人工電源網絡、濾波網絡、插入損耗等重要概念。接著研究了濾波元件的選取原則，并針對關鍵點之一—高頻性能展開了分析，借助仿真觀察了元件寄生參數的影響，提出了改善濾波器高頻性能的部分方法。 隨后介紹了濾波器的設計方法，除了介紹通用的設計方法外，著重分析了濾波器設計中的另一個關鍵點—噪聲源阻抗的影響、測量及估算，并在此基礎上系統地形成了基于源阻抗的設計方法，同時也考慮了濾波器與開關電源連接時可能出現的系統不穩定性問題，通過仿真分析提出解決方案。 然后闡述了EMI濾波器在工程應用中的各種注意事項。 最后結合DC/DC變換器控制電路的實際干擾情況，設計了EMI濾波器，使控制電路電源輸入端的傳導干擾基本下降到相關電磁兼容標準(CISPR25)的三級限值以下。
上傳時間： 2013-06-15
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近年來，由于能源危機和環境污染，世界各國均在投巨資發展燃料電池汽車。雙向DC/DC變換器作為燃料電池汽車的中重要部件，需要隨著行駛狀態的改變，頻繁地切換其工作狀態，其動態性能好壞，直接決定汽車動力系統的響應速度。本文主要致力于對DC/DC變換器在不同控制策略下的動態性能進行研究，并在保證其穩態性能的前提下提高系統動態性能。 本文首先研究了線性控制策略下DC/DC變換器的動態性能。介紹了閉環控制系統在頻域和時域的動態性能指標以及二者之間的關系。當系統受到外部干擾較小時，采用頻域分析方法，對Buck和Boost變換器進行了小信號建模，并對其在不同線性補償網絡控制作用下的動態性能進行對比分析。當系統受到較大干擾時，采用時域分析方法，文中介紹了DC/DC變換器大信號建模方法，并對PID參數在工程上整定方法加以分析。 DC/DC變換器是一非線性系統，應用線性控制策略不可避免地存在一定局限性—動態性能和穩態性能之間的矛盾。針對這一問題，引入了模糊—PI控制，將其應用于DC/DC變換器，以在保持系統穩態性能不變的前提下，提高其動態性能。以Buck DC/DC變換器為例，詳細介紹了模糊-PI控制器的設計過程，并對設計的閉環控制系統用MATLAB進行建模與仿真。最后，通過實驗對比驗證了模糊—PI控制的有效性。 和線性控制策略相比，模糊—PI控制在一定程度上提高了系統的動態性能，但效果有限。本文引入了另一種非線性控制策略——滑模控制策略?；？刂撇呗允悄壳皠討B性能最好的控制策略之一，可以極佳地發揮系統的硬件潛能。 本文首先介紹了滑模控制相關知識，推導了其應用于Buck和Boost變換器的理論基礎。設計出針對不同被控對象和工作狀態的控制策略，對每種控制策略通過仿真分析驗證其有效性。就滑?？刂拼嬖诘撵o差問題、抖振問題和變頻問題均提出了行之有效的解決方案。快速響應特性
上傳時間： 2013-08-01
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現代軋鋼機的機組容量日益增大，其有功、無功負荷變動異常劇烈。由于大部分設備供電多半采用晶閘管整流裝置，使電網中諧波增大，功率因數降低，出現較大的電壓波動。因此研究軋鋼廠供電系統電能質量的基本內容—無功補償與諧波抑制，對提高企業供電可靠性、降低損耗、提高用電設備出力等具有重要意義。由于通用的電力分析軟件不具備設計功能，因此有必要開發一套無功補償裝置設計和電能質量分析的專業軟件。 該文詳細分析了軋鋼供電系統各個諧波源產生的諧波特點和功率因數特點，研究了廣泛應用于軋鋼供電系統的TCR+FC型靜止無功補償裝置的補償特性和結構特點。以此為理論基礎，從軟件工程的角度，開發了一套動態補償仿真軟件，其中包括人機交互界面、電力模型和運算模型等。人機交互界面是用戶與軟件的接口，而電力模型和運算模型是內置在軟件內，對用戶不可見。用戶在界面上輸入系統參數，通過界面調用運算模型可以自動地設計TCR+FC型靜止無功補償裝置的各濾波支路和TCR支路的電路參數，除此之外，通過界面調用電力模型，用戶可以從界面上讀取該系統補償前后的電能質量。 因此，該軟件既是一個設計軟件，又是分析軟件，不僅能設計靜止無功補償裝置的各支路具體電路參數，為實際軋鋼系統的靜止無功補償裝置的設計提供理論參考，還能對系統投入SVC前后的電能質量的變化做出詳細的對比分析。 最后，以科學研究領域廣泛應用的PSCAD/EMTDC軟件為測試工具，在其中建立相應的電力模型。通過比較在兩個軟件中仿真得到的軋鋼機負載曲線、電壓電流波形、電壓波動、諧波、功率因數等，證實了該動態軟件的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代工業的迅猛發展，對作為工業裝備重要驅動源之一的伺服系統的性能提出了越來越高的要求。永磁同步電機( PMSM)作為交流伺服系統的執行元件具有結構簡單、功率密度高、效率高、易于散熱及維護保養等優點，正得到越來越廣泛地應用。要構建高性能的伺服系統，好的伺服控制系統則必不可缺，本論文主要圍繞高性能的永磁同步電流伺服控制系統這一主題展開研究。 根據永磁同步電機的動態dq數學模型，從實現高性能的轉矩控制出發，對永磁同步電機的矢量控制技術和直接轉矩控制技術等控制策略進行了比較分析。針對本伺服系統永磁同步電機的轉子結構特點，選用了具有線性控制轉矩特性，能獲得比較平穩轉矩輸出的基于轉子磁場定向的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制技術(SVPWM)，并在MATLAB仿真平臺對所選控制方案進行了仿真研究。 對控制系統的軟件部分進行了設計，詳細分析了針對16位定點DSP控制器TMS320LF2407A的程序設計特點，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構以及相關模塊的詳細設計過程。 為實現高性能的伺服控制系統，使伺服系統輸出平滑的轉矩，本文還對電壓型PWM逆變器“死區效應”引入的轉矩脈動進行了分析，分析表明了在永磁同步電機矢量控制系統中，由“死區效應”造成的誤差電壓矢量與永磁同步電機轉子位置之間的關系，并應用一種實用的死區補償技術減小了轉矩脈動，提高了系統的性能。 最后在伺服系統實驗平臺上對伺服控制系統進行綜合調試，并在此基礎上做了大量的實驗研究，實驗結果表明系統性能可靠且擁有優良的調速性能。
上傳時間： 2013-06-18
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矢量控制一直是電機控制領域的熱門話題。本文以異步電機為研究對象，以矢量控制的解耦思想為基礎，采用自動控制的有關方法，對矢量控制進行了探討，著重研究了矢量控制系統中控制器的設計。 @@ 本文對矢量控制和自動控制的相關理論進行了簡單的介紹，包括矢量控制的原理、坐標變換、控制系統的性能指標等。按照矢量控制的解耦思想將耦合的交流電機模擬為解耦的直流電機進行控制，解耦后的交流電機可對轉子磁鏈和轉速進行獨立控制。在設計磁鏈控制器和速度控制器時，通過使用自動控制的相關原理，使得轉子磁鏈和電機轉速達到了預期的性能要求。本文使用的設計方法是先在連續域下設計控制器，然后將其離散化為數字控制器，并對連續域下的控制器和離散域下的控制器進行了仿真和比較。電機轉速是本文的一個重要參數，文中專門設計了轉速實驗，并對測量結果進行了誤差分析。最后，對本文設計方法的不足之處進行了簡單的說明，也給出了對應的改善方法。 @@ 仿真表明，本文設計的矢量控制系統達到了良好的控制效果。 @@關鍵字：矢量控制、磁鏈調節器、速度調節器
上傳時間： 2013-06-17
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由于電動助力轉向（EPS）系統具有高性能、高效率、低成本、節能環保等優點，隨著汽車電子技術的發展，電動助力轉向技術逐漸取代傳統的液壓助力轉向（HPS），成為轉向助力技術的主流。 @@ 本文在詳細了解EPS系統性能要求和工作原理的基礎上，對各種已有的EPS助力電機進行了總結和比較。對比結果表明，無刷直流電機（BLDC）憑借其顯著的優點，成為EPS助力電機的較優選擇。 @@ 無刷直流電機作為一種由電動機本體和驅動器組成的機電一體化產品，與傳統的直流電機一樣，具有良好的起動和調速性能，并且由于用電子換向取代了機械換向，不存在傳統直流電機的換向火花和機械噪聲，在許多性能要求比較高的場合已得到普遍應用。隨著電力電子技術、計算機技術的發展，其應用范圍還在進一步擴展。然而，BLDC電機作為EPS系統的助力電機也并非全無缺點。永磁電機中固有的齒槽轉矩的存在，以及由于采用120°換向工作模式造成的轉矩波動，都會嚴重影響EPS系統的操控性能。 @@ 本課題針對無刷直流電機在汽車電動助力轉向系統中的應用，根據EPS系統對助力電機的要求，設計了一臺轉向助力用永磁無刷直流電動機，并使用有限元方法對電機性能進行了分析。為了反映參數變化對電機性能的影響，從而為電機的設計提供指導，我們還用場路耦合的解析算法對電機性能進行了分析。在分析結果的基礎上，對永磁電機中的齒槽轉矩進行了研究，并針對樣機提出了齒槽轉矩的削弱方法，然后使用三維有限元的方式對所提出的方法進行了仿真驗證。 @@ 根據EPS系統的工作原理，探討了助力電機的控制策略，并設計了帶傳感器的無刷直流電機的控制系統。分別完成控制系統硬件和軟件的設計，并進行了相關實驗，結果表明基本達到了設計的目標。 @@關鍵詞：EPS、無刷直流電機、電機設計與優化、有限元、控制器設計
上傳時間： 2013-07-29
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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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隨著世界經濟的高速發展、人口的增長和科技的進步，傳統能源的消耗量越來越大，這就帶來了一系列能源的耗盡和環境污染問題。太陽能作為一種優越的可再生能源而受到世界各國的重視并具有較大發展潛力。為了進一步提高系統的性能，實現系統的優化及可靠運行，本文研究獨立運行光伏發電系統的結構、工作原理和控制策略。相對并網系統，這對于國家正大力發展的西部太陽能資源開發來說是具有現實意義的。 首先，本文詳細介紹了光伏發電的國內外研究背景，光伏電池的種類、發電原理及輸出特性，并介紹了獨立運行光伏發電系統的組成、運行原理和應用，在此基礎上論述了光伏系統常用的DC/DC變換電路，負載最大功率跟蹤（MPPT）的方法等人們普遍關注的問題。融合了上述原理技術，設計一個功率為25W的獨立運行光伏發電系統。 其次，為減小傳統的固定步長的擾動法進行最大功率跟蹤的步長大振蕩大，步長小跟蹤速度慢的缺陷，本文提出了電壓自適應最大功率跟蹤算法，其原理是引入了不同的步長系數，根據功率變量值的大小，確定合適的控制步長進行電壓參考值的給定，并在MATLAB環境下利用Simulink工具搭建模型進行仿真，仿真結果驗證了此種跟蹤方法具有快速性、穩定性和準確性等優點。 最后，搭建硬件電路，通過對電池板的不同安裝角度測量得到的數據，得出不同季節在大連地區安裝的不同最佳角度值。設計了25W的獨立運行光伏發電系統的主電路及其控制電路，包括光伏電池的選擇，Boost主電路參數、控制電路部分、驅動電路及其檢測電路各模塊分別進行了詳細的探討；對獨立系統的儲能裝置蓄電池的充放電電路進行了設計，利用單片機dsPIC30F3011控制電路同時實現了最大功率跟蹤和蓄電池的充電電壓、放電極限電壓及充電電流的控制，可防止過充過放現象的發生，從而實現獨立光伏發電系統的可靠運行。
上傳時間： 2013-04-24
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